Від класики до CRISPR: агромайбутнє – за біотехнологіями

Новини

По всьому світу проводяться генетичні експерименти, в результаті яких отримують покращені сорти сільськогосподарських рослин (гірчиці, банани та ін.) І породних тварин (безродні корови, свині з двоядерною м’язовою масою та ін.). В різних країнах відношення до генетично модифікованих організмів і правила використання технології редагування геноми відрізняються. Роман Куліков, директор з акселераційних програм в агро та промислових біотехнологій  Фонда «Сколково» розповідає про  еволюцію селекції організмів і суміші біології, математики та ІТ.

Від класики до CRISPR

Редагування генома є останнім інструментом для селекції організмів із заданими властивостями, вважає Роман Куліков. Ще 100 років тому тварин і рослини виводили селекціонери: схрещували особин або рослини між собою, спостерігали, яке виходить потомство, вибирали кращих, потім знову схрещували. Сьогодні ж на зміну класичної селекції прийшли технології редагування генома.

Істотний прорив в селекції тварин і рослин змогли забезпечити відкриття структури ДНК Джеймсом Уотсоном і Френсісом Криком в 1953 році і те, що з’явилися згодом методи секвенування ДНК – визначення її нуклеотидної послідовності. Коли дослідники приступили до «читання» генома, з’явилася маркерна селекція. «Ми визначаємо в генотипі фрагменти ДНК, які відповідальні за цікаві для нас ознаки. І якщо у даного організму ми бачимо ці фрагменти, то беремо його для схрещування, якщо у організмі їх немає – не беремо. Це прискорило селекцію», – пояснює експерт.

Потім з’явилася повногеномна селекція, в ході якої відбираються організми (мікроби, рослини), геном яких повністю секвенован – «прочитаний». Знання генотипу організму дає знання ознак, якими він володіє, що робить селекцію ще більш цілеспрямованою.

 

Наступний етап розвитку селекції – генна інженерія – інструмент біотехнологій, що дозволяє в тому числі виділяти гени з клітин організмів, змінювати їх і вносити в клітину. Такі маніпуляції дозволяють отримати у організмі необхідні ознаки.

«Самий останній щабель еволюції – це геномні редагування без чужого генетичного матеріалу, – підкреслює Роман Куліков. – Ми можемо вже не вносити в генотип яблуні генетичну інформацію, наприклад, їжака або вірусу, але можемо відредагувати генотип яблуні таким чином, щоб потрібні нам ознаки у яблуні реалізовувалися, а не потрібних не було».

Серед наявних на сьогоднішній день методів редагування геномів – системи TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) і CRISPR (Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeats) / Cas9.

 

Один з відомих прикладів використання технології редагування генома полягає в тому, що в рослину вносять ген, який синтезує, наприклад, людський білок. Так розробляються протипухлинні препарати: в рослину австралійського тютюну вноситься фрагмент ДНК, який кодує певний імунний білок. «ДНК вносять в клітину рослини в спеціальній, так званій векторній конструкції, і рослина починає включати цей ген в свій генотип, починає синтезувати імунний білок», – уточнює експерт.

Синтезувати такі білки складно і дорого, тепер же їх можна отримувати у великих кількостях від рослин. За словами експерта «Сколково», як кілька десятків років тому людство навчилося отримувати вітаміни і амінокислоти, навчивши мікробну масу синтезувати вітаміни, тепер дослідники так само вчать рослини синтезувати великі білкові молекули, необхідні для лікування різних важких захворювань: дегенеративних, нервової системи, онкологічних і багатьох інших.

«У Китаї число біотехнологічних компаній обчислюється сотнями, тисячами”- зазначає Роман Куліков.

Розумне сільське господарство

Точкою концентрації передових технологій і знань в галузі селекції та генетики стала школа SmartAgro, що проводиться Фондом «Сколково» (Росія). Якщо перший захід для молодих вчених в 2016 році носив загальний освітній характер: аспірантам-професіоналам розповідали про популярні біотехнології, то в 2017 році акцент був зроблений на прикладних методах селекції і генетики рослин.

 

«Сьогодні будь-який новий організм створюється насамперед в комп’ютері: ми розшифровуємо генотип, потім аналізуємо і підбираємо пари для схрещування. Це суміш біології, математики та IT, – підкреслює експерт. – Цим і займалися слухачі. Так ми хочемо ініціювати освітній процес в області технологій генетики та селекції, показати молодим вченим, що ці технології є і що ними можна займатися». Директор з акселерації проектів в сфері агро і промислових біотехнологій Фонду «Сколково» дав кілька порад початківцям агроінноваторам, підкресливши затребуваність і перспективність технологій генетики та селекції.

«За біотехнологіями майбутнє: виробництво їжі, виробництво ліків, лікування захворювань, навколишнє середовище, переробка сміття – це все біотехнології. Тільки за допомогою біотехнологій ми будемо отримувати нові речовини, – переконаний Роман Куликов. – Світ стає більш прикладним. Потрібно знаходити актуальні тренди і працювати в їх рамках».

SEEDs.org.ua

 

 

Leave a Reply