Цивилизация
Пшеница 2.0
Ученые геномного центра Всероссийского НИИ сельскохозяйственной биотехнологии (ВНИИСБ), участники консорциума «Курчатовский геномный центр», начали создание особых линий пшеницы, в геном которой вносятся изменения при помощи редактора CRISPR/Cas9.
«Мы впервые в России создали отдельное направление — лабораторию цифрового фенотипирования редактированных растений в рамках развития геномного центра, — говорит Михаил Дивашук, кандидат биологических наук, руководитель геномного центра-ВНИИСБ. — Самое интересное из того, что мы делаем, — это, наверное, создание и изучение полноценных отредактированных растений. И больше всего нас интересует главная продовольственная культура России — пшеница».
В основе всего этого лежит технология CRISPR/Cas9, используемая для направленного редактирования геномов, однако российская технология гораздо шире, чем просто CRISPR/Cas9. Ведь просто переставлять какие-то кусочки геномов в пробирке сейчас могут и студенты на лабораторных занятиях.
Ученые целенаправленно используют технологию редактирования для получения улучшенных линий пшеницы. Необходимо выбрать важный ген, определить, какие точечные изменения мы хотим в этот ген внести, создать вектор, затем бомбардировать частицами золота вместе с разработанными векторами крохотный зародыш пшеницы, провести культивирование клеток растения в условиях in vitro, регенерировать, провести адаптацию, все проверки и наконец получить полноценное растение, которое уже живет самостоятельно и нормально размножается. А значит уже может быть использовано для создания сорта.
Пшеницу можно улучшать в нескольких направлениях.
«Можно целенаправленно улучшать ее качество и устойчивость, или можно, например, сокращать срок ее вегетации — и тогда она будет быстрее созревать», — объясняет Михаил Дивашук.
В России условия для выращивания растений всюду разные. Пшеница Московской области растет в условиях Нечерноземья, в отличие от Воронежской. У почвы и климата Краснодарского края — свои особенности, у Сибири — свои. Где-то нужно, чтобы пшеница быстрее созрела, «накачать» зерно питательными веществами до жары или засухи, — объясняет ученый.
Благодаря тому, что появилась возможность направленно редактировать гены, теперь сорта пшеницы можно «подгонять» под условия внешней среды гораздо быстрее, нежели с помощью методов классической селекции.
«Наш институт в коллаборации с коллегами из двух других российских институтов (ИБХ и ИЦиГ) впервые в России получил генетически редактированную пшеницу, — говорит академик Геннадий Карлов, директор Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии. — И впервые в мире мы редактировали несколько генов. Один такой ген (VRN1) связан с образом жизни пшеницы — ведь есть яровые, есть озимые формы. В результате работы по редактированию мы видим более ранние сроки колошения. Это может быть использовано для засушливых регионов, где требуются сорта пшеницы с сокращенным периодом вегетации».
Усвоить удобрения
Еще одно важное направление в деле редактирования сортов — это усвояемость растениями удобрений. Ведь существенная часть цены, которая закладывается в урожай зерновых, — это количество вносимых удобрений,— объясняют специалисты.
Вмешательство в геном позволяет изменять и качественный состав продуктов, которые можно получить из пшеницы, — муку, макароны, каши. Можно так скомбинировать отредактированные гены, чтобы получился, например, резистентный крахмал, который очень плохо расщепляется в организме. Таким образом можно получить диетический продукт, в котором меньше калорий. С другой комбинацией генов хлеб будет медленнее черстветь.
«Сейчас выращивается в основном пшеница, которая универсальна. Она подходит и для того, и для другого, но она не оптимальна. – говорит Карлов. — Мы же получаем формы пшеницы, которые в будущем, как мы надеемся, станут сортами с нужными потребительскими характеристиками. Их можно будет использовать направленно для тех или иных целей. Допустим, один — для производства лапши, другой — для производства хлеба, третий — для биотоплива. В принципе, определенный крахмал используется еще и в фармакологии», — отметил академик.
Серая зона
Впрочем, ученые признаются, что пока до посева отредактированной пшеницы в полях еще далеко, этому серьезно препятствует несовершенство российского законодательства, и пока геномное редактирование культур остается «в серой зоне».
«Я думаю, мы дождемся того, что наши сорта можно будет зарегистрировать, — говорит академик Геннадий Карлов. — Создание сорта — очень длительный процесс, он занимает где-то 10-20 лет. Но мы надеемся пройти этот путь быстрее».
В России в 2016 году был принят закон, запрещающий выращивание и разведение в России генно-инженерно-модифицированных растений и животных, за исключением проведения научных работ.
Однако растения, которые подверглись генетическому редактированию с использованием технологии CRISPR/Cas9, ряд научных школ не считает «классическими» ГМО. Ведь редактируются «свои» гены организма, и после редактирования внутри генома не остается чужеродной генетической информации, это в гораздо большей степени предсказуемые и контролируемые изменения.
Свои надежды ученые связывают с принятием поправок в закон о ГМО.
«Планируется, что будут разделены генетически модифицированные и генетически редактированные растения, — утверждает Геннадий Карлов. — На генетически модифицированные, скорее всего, запрет так и останется, хотя в мире есть все-таки тенденция к тому, чтобы разрешать эти растения. Но мы со своей стороны очень надеемся, что генетически редактированные будут все-таки разрешены».
На новые технологии редактирования ученые уже получили два патента. На рассмотрении находятся еще две заявки на патенты уже на сами генетически редактированные линии.
«Бояться генно-модифицированных организмов не рационально, они ничем не хуже, чем новые селекционные сорта, а в чем-то даже лучше с точки зрения безопасности, если мы пытаемся учесть какие-то неизвестные риски, — считает Александр Панчин, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем передачи информации имени Харкевича РАН и член Комиссии РАН по борьбе с лженаукой. — Поэтому и отношение к ним с точки зрения закона должно быть таким же, как отношение к обычным селекционным сортам. Мне кажется, что, если бы такие законы были приняты, это дало бы большой толчок отечественной генной инженерии. У нас есть много специалистов, которые обладают всеми необходимыми квалификациями и навыками, чтобы этим заниматься, это создавать. Единственное, что их останавливает, — это понимание, что этим нет смысла заниматься в России, и происходит утечка мозгов, утечка компетентных кадров, возникает ощущение безысходности, когда ученые не могут делать то, чем они хотели бы заниматься, принося пользу человечеству».
Подобные технологии непременно нужно развивать хотя бы на случай всяких форс-мажорных обстоятельств. Достаточно вспомнить в связи с этим историю с COVID-19, считают ученые. Когда он появился, Россия первой создала вакцину. Это произошло потому, что в НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи много лет занимались изучением и разработкой технологий создания вакцин на основе аденовируса. И в сельском хозяйстве никто не застрахован от того, чтобы появилась новая вредоносная болезнь, которая будет пробивать любую защиту нынешних сортов. И инструмент редактирования будет наиболее оптимален для решения этой проблемы вместе с селекционерами и фитопатологами.
Вот и во ВНИИСБ полным ходом идет работа. На данный момент в рамках геномного центра создана отредактированная пшеница. Это было сделано в тесном сотрудничестве с группой, возглавляемой Сергеем Долговым из ИБХ РАН и Еленой Салиной из ИЦиГ СО РАН.
В России – это первый успешный опыт получения отредактированной пшеницы.