"Metoda e redaktimit të gjenomit nuk duhet të kundërshtohet me metodat tradicionale të përzgjedhjes. “Ky është më tepër një mjet i ri,” thekson shefi i laboratorit të rezistencës ndaj stresit të bimëve Instituti Kërkimor Gjith-Rus i Bioteknologjisë Bujqësore (VNIISB) Vasily Taranov. – Njëherë e një kohë kirurgët bënin operacione me thikë, pastaj shfaqeshin bisturi, pastaj lazer. Opsione krejtësisht të ndryshme u bënë të disponueshme për kirurgji. Pra, inxhinieria gjenetike ofron një mjet me të cilin mund të marrësh dhe të përmirësosh diçka, por nuk anulon ose zëvendëson gjithçka që është përdorur më parë.”
Instituti Gjith-Rus i Kërkimeve të Bioteknologjisë Bujqësore (VNIISB) operon një laborator për rezistencën ndaj stresit të bimëve, puna e të cilit kryhet në dy drejtime kryesore: kërkimi i gjeneve që përcaktojnë rezistencën e bimëve ndaj stresit abiotik dhe biotik, dhe redaktimi i gjenomit. të bimëve të kultivuara për të rritur rezistencën e tyre ndaj stresit. Zona e kërkimit të shkencëtarëve përfshin patate dhe perime në terren të hapur.
Ne flasim me kreun e laboratorit Vasily Taranov dhe studiuesin e vjetër Marina Lebedeva se cilat janë tiparet dhe avantazhet e teknologjive më të fundit, cilat rezultate mund të arrijnë dhe cilat probleme të prodhuesve bujqësorë rusë përdoren nga shkencëtarët laboratorikë për të zgjidhur.
– Sot flitet shumë për nevojën e përshpejtimit të procesit të përzgjedhjes. Besohet se metoda e redaktimit të gjenomit e lejon këtë. Kjo eshte e vertetë?
V.T.: Do të ishte më e saktë të thuhet se metodat bioteknologjike ndihmojnë jo aq për të shpejtuar përzgjedhjen, sa për të zgjeruar aftësitë e shkencëtarëve. Procesi i punës në një varietet mbetet ende mjaft i gjatë, pasi po flasim për bimë që kanë një cikël të caktuar jetësor.
Por bëhet e mundur që specialistët të marrin rezultate që do të ishte jashtëzakonisht e vështirë (nëse jo e pamundur) të arriheshin duke përdorur metoda tradicionale të mbarështimit.
Me ndihmën e redaktimit gjenomik, ne mund të prezantojmë qëllimisht një mutacion që prek drejtpërdrejt një karakteristikë specifike të një varieteti, duke mbajtur të pandryshuar pjesën tjetër të kompleksit të tipareve ekonomikisht të vlefshme.
M.L.: Imagjinoni që ne duam të fusim një gjen rezistence nga një patate e egër në varietetin tonë të kultivuar duke përdorur metoda tradicionale të mbarështimit. Për ta bërë këtë, mbarështuesi kryen një seri kryqëzimesh të "egërsisë" me linja të caktuara kulturore. Problemi është se së bashku me gjenin e rezistencës, të gjitha gjenet e tjera "të egra" transferohen në varietetin, i cili më së shpeshti është jashtëzakonisht i padëshirueshëm. Inxhinieria gjenetike ju lejon të merrni/ndryshoni vetëm një gjen të dëshiruar.
– Ekziston një këndvështrim që pavarësisht se metoda e redaktimit të gjenomit është e njohur për rreth 10 vjet, ajo ende nuk ka dhënë rezultate të dukshme tregtare.
V.T.: Kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Kompanitë kryesore të mbarështimit në botë përdorin modifikimin e gjenomit dhe nuk e fshehin atë. Por ne nuk e dimë se çfarë bëjnë saktësisht dhe çfarë rezultatesh marrin.
Arritjet nuk reklamohen sepse është më e shtrenjtë të nxjerrësh në treg një bimë që është përpunuar duke përdorur metoda të inxhinierisë gjenetike sesa ajo që është marrë tradicionalisht. Dhe ndonjëherë kjo është thjesht e pamundur të bëhet.
Në të njëjtën kohë, është shumë e vështirë të vërtetohet se redaktimi i gjenomit është përdorur për të krijuar një varietet të veçantë duke përdorur metodat ekzistuese.
Gjatë testit, specialistët do të kërkojnë një sekuencë shënjuese në gjenomën e organizmit; nëse është e pranishme, bima do të njihet si e modifikuar gjenetikisht. Por me redaktimin gjenomik, asgjë nuk futet në gjenom, kështu që asgjë nuk mund të gjendet.
Ndryshimet shpesh prekin jo vetëm një gjen, por një vend specifik në gjen, fjalë për fjalë një nukleotid, një shkronjë. Dhe miliarda letrat e mbetura mbeten ashtu siç ishin. Për të përcaktuar se një bimë është redaktuar, duhet të lexoni në fakt të gjithë gjenomin e saj, me një mbulim dhjetë herë më të lartë se standardi për të eliminuar gabimin. Askush nuk do të bëjë një analizë kaq voluminoze dhe shumë të shtrenjtë, dhe mbarështuesi mund të thotë gjithmonë se e ka marrë bimën duke përdorur mutagjenezë ose përzgjedhje tradicionale.
- M.L.: Redaktimi i gjenomit në përgjithësi, dhe veçanërisht përvoja e përdorimit të këtyre teknologjive në bimë, është një histori mjaft e fundit.
Jo më pak sepse për të ndryshuar një veçori duhet të dini se çfarë saktësisht dhe si ta modifikoni atë. Tiparet e bimëve përcaktohen nga gjenet, më së shpeshti një grup gjenesh, nga të cilat duhet të zgjidhen caqet e përshtatshme për redaktim. Por sqarimi i funksioneve dhe rregullimit të gjeneve specifike që kontribuojnë në tiparet e interesit kërkon studime komplekse dhe shpesh të gjata. Krahasuar me kafshët dhe njerëzit, mund të themi se nuk i njohim mirë shumë nga mekanizmat molekularë të tipareve të bimëve (për shembull, rezistencën, produktivitetin, etj.). Në të njëjtën kohë, gjenomet e bimëve janë më të mëdha dhe më komplekse, gjë që nuk e thjeshton aspak detyrën. Megjithatë, shumëçka dihet tashmë përmes kërkimeve bazë në biologjinë e bimëve dhe sa më shumë ta kuptojmë këtë, aq më shumë rriten mundësitë tona për modifikim.
Përveç kësaj, ne po flasim për një metodë që bën të mundur korrigjimin e disa karakteristikave, por jo futjen e varieteteve të reja në treg, punë për të cilën, pavarësisht një përshpejtimi, kërkon ende vite.
– A bëjnë bioteknologët redaktimin e gjeneve? Si e përcaktojnë ata drejtimin aktual të punës (qëllimin e redaktimit)?
V.T.: Bioteknologu duhet të punojë së bashku me një kultivues të suksesshëm të kulturës së zgjedhur dhe, në mënyrë ideale, të përfshijë prodhues të tjerë të specializuar. Seleksionuesi, së bashku me fermerët, vendos detyrën, seleksionuesi ndihmon në përzgjedhjen e gjenotipeve të përshtatshme. Ne, nga ana tjetër, konsultohemi me biokimistët dhe gjenetistët, mendojmë se çfarë mund të ofrojmë mbi këtë bazë (karakteristikat e nevojshme nuk janë gjithmonë të studiuara mjaftueshëm nga pikëpamja biologjike). Ne shikojmë se çfarë mund të bëjmë në të vërtetë, kryejmë fazën tonë të punës, kthejmë linjën që rezulton te seleksionuesi dhe seleksionuesi sjell rezultatin në varietet.
- A është redaktimi i gjenomit një teknologji e shtrenjtë?
V.T.: Kostoja e marrjes së një bime varet nga kultura dhe nëse bima që rezulton është e modifikuar ose transgjenike.
Nëse flasim për pajisje, atëherë për një kompani që tashmë është e angazhuar në marrjen e materialit pa viruse dhe mikroklonimin, blerja e pajisjeve dhe reagentëve për redaktimin e gjenomit do të kushtojë një sasi relativisht të vogël. Pengesë për fillimin e një pune të tillë mund të mos jetë shuma dërrmuese e investimeve, por mungesa e personelit të kualifikuar. Ka shumë pak njerëz që mund të marrin përsipër dhe të kryejnë një detyrë kaq të specializuar.
Dhe duke iu kthyer kostove: progresi teknologjik në këtë fushë është shumë i shpejtë. Metodat e redaktimit të gjenomit, le të themi, në vitin 2012, kur u zbulua CRISPR/Cas9 (një teknologji për redaktimin e gjenomave të organizmave më të lartë, bazuar në sistemin imunitar të baktereve), dhe ajo që kemi tani janë shumë të ndryshme. Efikasiteti operativ rritet nga viti në vit dhe kostot ulen.
M.L.: Kjo mund të krahasohet me projektin e sekuencës së gjenomit njerëzor. Gjenomi i parë njerëzor u rendit nga një konsorcium ndërkombëtar për 10 vjet për 2.7 miliardë dollarë thjesht sepse teknologji të tilla ishin të disponueshme në vitet '90. Aktualisht, sekuenca e një gjenomi të plotë njerëzor kushton më pak se 1000 dollarë dhe zgjat disa ditë.
– Le të kalojmë te flasim për laboratorin tuaj, ai është i fokusuar në shkencën themelore apo kërkimin e aplikuar?
V.T.: Ne përpiqemi t'i bëjmë të dyja. Fillimisht prioritet u jepej gjërave themelore, por tani po përpiqemi t'i zbatojmë zhvillimet tona në praktikë.
Për momentin, për shembull, ne po studiojmë mekanizmat e rezistencës së patates ndaj virusit Y. Kjo është shumë punë themelore, por nëse është e suksesshme, rezultati do të jetë shumë interesant për përzgjedhjen e varieteteve rezistente.
M.L.: Shkenca themelore dhe ajo e aplikuar janë të ndërlidhura ngushtë; njëra nuk mund të ekzistojë pa tjetrën. Nëse nuk e dimë se si ndërvepron virusi me bimën, me cilat proteina specifike, nuk do të jemi në gjendje t'i ndryshojmë ato për ta bërë bimën rezistente.
Ne kemi kryer kërkime mbi virusin Y që nga viti 2018 dhe tani po i afrohemi faktit që në dy vitet e ardhshme do të marrim një formulë për rezistencën dhe në të ardhmen rezultatin e nevojshëm praktik: bima e patates nuk do të sintetizojë proteinat virale, ajo do të jetë rezistent ndaj virusit.
– A bashkëpunoni me kompanitë ruse të mbarështimit?
V.T.: Në lidhje me patatet, ne punojmë me një mbarështuese të re Maria Polyakova, komunikojmë në mënyrë aktive me ekspertë nga Unioni i Patateve dhe mbajmë kontakte me Qendrën Federale të Kërkimit të Patates me emrin. A.G. Lorja. Sa i përket lakrës, ne ndërveprojmë me mbarështuesit dhe kultivuesit e farave të Universitetit Shtetëror Agrare Rus-Akademia Bujqësore e Moskës me emrin. K.A. Timiryazev nga Grigory dhe Socrates Monachos. Dhe në atë që bëjmë në këtë fushë, ne udhëhiqemi plotësisht prej tyre.
– Dhe përsëri për viruset. Marina Valerievna, gama juaj e interesave shkencore përfshin jo vetëm virusin Y. Në vitin 2023, ju morët një grant nga Fondacioni Rus i Shkencës për të kryer kërkime mbi projektin "Studimi i viromeve të patateve të kultivuara (Solanum tuberosum L.) duke përdorur metoda të renditjes me performancë të lartë". Pse është interesante kjo temë?
M.L.: Patatet, në një masë më të madhe se shumë bimë të tjera, vuajnë nga sëmundje virale, pasi shumohen në mënyrë vegjetative. Viruset grumbullohen në zhardhokët dhe kalojnë në gjeneratat e ardhshme, kështu që ngarkesa virale po rritet vazhdimisht. Kur thonë se patatet po degjenerojnë, pikërisht për këtë po flasim.
Viruset nuk janë sisteme inerte; ato ndërveprojnë në mënyrë aktive si me bimën pritëse ashtu edhe me njëri-tjetrin. Ka raste kur një bimë që tashmë është e sëmurë me një virus specifik nuk mund të infektohet me një tjetër. Dhe ka viruse që nuk mund të infektojnë vetëm një bimë; ata veprojnë vetëm në bashkëpunim me viruse të tjera. Kohët e fundit, u botua një vepër që përshkruan format e viruseve që ndihmojnë bimët t'i mbijetojnë thatësirës. Një tranzicion kaq i papritur nga parazitizmi në reciprocitet.
Nuk ka kimikate efektive për të luftuar sëmundjet virale në patate. Për të përmirësuar shëndetin e tij, janë zhvilluar metoda mjaft komplekse dhe më e rëndësishmja, të shtrenjta: përmes kulturës in vitro, marrja e mikrotuberave. Por rezultati zgjat vetëm për disa breza. Për të gjetur zgjidhje të tjera, duhet të studioni më në detaje karakteristikat e viruseve, kështu që studimi është shumë, shumë i rëndësishëm.
– GOST 33996-2016 “Farë patate. Kushtet teknike dhe metodat për përcaktimin e cilësisë" janë renditur pesë viruse (PVK - virusi i patates X; SBK - virusi i patateve S; MVK - virusi i patateve M; virusi i patateve YBK - virusi i patates Y; VSLK - virusi i kaçurrelave të gjetheve patate) dhe një viroid (PSTV – patato spindle tuber viroid). A do të fokusoheni tek ata?
M.L.: Projekti im synon të përdorë metoda të përpunimit të lartë për të studiuar ato virome (koleksione virusesh) që janë të pranishme në patate në Rusi. Kjo është interesante si nga pikëpamja e komplekseve të viruseve të ndryshme që gjenden në një bimë, ashtu edhe nga pikëpamja e përhapjes së këtyre viruseve.
Në total, më shumë se 50 viruse që gjenden në patate janë të njohura në botë. Ato të listuara në GOST janë ndër më të rrezikshmet, dhe përveç kësaj, ato kanë shenja të qarta të jashtme. Kështu, nekroza e mozaikut është një manifestim i zakonshëm i infeksionit me virusin Y dhe prania e virusit të kaçurrelave të gjetheve mund të përcaktohet nga deformimi karakteristik i teheve të gjetheve.
Por ka shumë viruse që nuk manifestohen në mënyrë fenotipike, megjithëse mund të kenë një efekt edhe në të korrat. Ato rrallë zbulohen, por vetëm sepse nuk kërkohen.
Si shembull, mund të citoj punën e kolegëve nga Instituti Kërkimor Gjith-Rus i Mbrojtjes së Bimëve (VIZR). Në vitin 2019, ata publikuan një artikull për zbulimin e virusit të patates P në Rusi. Më parë besohej se ai shpërndahej ekskluzivisht në Amerikën e Jugut.
Pyetja është se çfarë do të zbulojmë nëse nuk shikojmë "nën dritën e rrugës" ku është dritë, por ku nuk kemi parë ende.
– Ku do ta kryeni kërkimin tuaj?
M.L.: Sipas kushteve të grantit, projekti do të zgjasë dy vjet. Vitin e kaluar kemi bashkëpunuar me një fermë patate në rajonin e Tulës, kemi mbledhur materiale, kemi punuar me varietete dhe riprodhime të ndryshme. Këtë vit do të shkojmë në rajone të tjera dhe do të shohim se çfarë virusesh gjenden atje.
Rezultatet e studimit do të përmblidhen në vitin 2025 dhe ne patjetër do t'u tregojmë kultivuesve rusë të patates për to.