„გენომის რედაქტირების მეთოდი არ უნდა ეწინააღმდეგებოდეს ტრადიციულ შერჩევის მეთოდებს. "ეს საკმაოდ ახალი ინსტრუმენტია", - ხაზს უსვამს მცენარეთა სტრესის წინააღმდეგობის ლაბორატორიის ხელმძღვანელი სასოფლო-სამეურნეო ბიოტექნოლოგიის სრულიად რუსული კვლევითი ინსტიტუტი (VNIISB) ვასილი ტარანოვი. – ოდესღაც ქირურგები დანით აკეთებდნენ ოპერაციებს, მერე გამოჩნდნენ სკალპელები, შემდეგ ლაზერები. სრულიად განსხვავებული ვარიანტები გახდა ხელმისაწვდომი ქირურგიისთვის. ასე რომ, გენეტიკური ინჟინერია გთავაზობთ ინსტრუმენტს, რომლითაც შეგიძლიათ აიღოთ და გააუმჯობესოთ რაღაც, მაგრამ ის არ გააუქმებს ან ცვლის ყველაფერს, რაც ადრე იყო გამოყენებული. ”
სოფლის მეურნეობის ბიოტექნოლოგიის სრულიად რუსული კვლევითი ინსტიტუტი (VNIISB) ფუნქციონირებს მცენარეთა სტრესის წინააღმდეგობის ლაბორატორიას, რომლის მუშაობა ხორციელდება ორი ძირითადი მიმართულებით: გენების ძიება, რომლებიც განსაზღვრავენ მცენარეთა წინააღმდეგობას აბიოტიკური და ბიოტური სტრესის მიმართ და გენომის რედაქტირება. კულტივირებული მცენარეების სტრესის წინააღმდეგობის გაზრდის მიზნით. მეცნიერთა კვლევის არეალი მოიცავს კარტოფილს და ღია ადგილზე ბოსტნეულს.
ჩვენ ვესაუბრებით ლაბორატორიის ხელმძღვანელს ვასილი ტარანოვს და უფროს მკვლევარ მარინა ლებედევას, რა თვისებები და უპირატესობები აქვს უახლესი ტექნოლოგიებს, რა შედეგების მიღწევა შეუძლიათ მათ და რა პრობლემების გადასაჭრელად იყენებენ რუსი სოფლის მეურნეობის მწარმოებლებს ლაბორანტები.
– დღეს ძალიან ბევრს საუბრობენ შერჩევის პროცესის დაჩქარების აუცილებლობაზე. ითვლება, რომ გენომის რედაქტირების მეთოდი ამის საშუალებას იძლევა. Ეს მართალია?
V.T.: უფრო სწორი იქნება თუ ვიტყვით, რომ ბიოტექნოლოგიური მეთოდები ეხმარება არა იმდენად შერჩევის დაჩქარებას, რამდენადაც მეცნიერთა შესაძლებლობების გაფართოებას. ჯიშზე მუშაობის პროცესი ჯერ კიდევ საკმაოდ ხანგრძლივი რჩება, ვინაიდან საუბარია მცენარეებზე, რომლებსაც აქვთ გარკვეული სასიცოცხლო ციკლი.
მაგრამ სპეციალისტებისთვის შესაძლებელი ხდება ისეთი შედეგების მიღება, რისი მიღწევაც ძალიან რთული (თუ არა შეუძლებელი) იქნება ტრადიციული მეცხოველეობის მეთოდების გამოყენებით.
გენომიური რედაქტირების დახმარებით ჩვენ შეგვიძლია მიზანმიმართულად შემოვიტანოთ მუტაცია, რომელიც პირდაპირ გავლენას ახდენს ჯიშის სპეციფიკურ მახასიათებლებზე, ხოლო ეკონომიკურად ღირებული თვისებების დანარჩენი კომპლექსი უცვლელი რჩება.
M.L.: წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენ გვსურს შემოვიტანოთ ველური კარტოფილიდან რეზისტენტობის გენი ჩვენს კულტივირებულ ჯიშში ტრადიციული მეცხოველეობის მეთოდების გამოყენებით. ამისათვის სელექციონერი ახორციელებს "ველური" ჯვრების სერიას გარკვეული კულტურული ხაზებით. პრობლემა ის არის, რომ რეზისტენტობის გენთან ერთად, ყველა სხვა „ველური“ გენი გადადის ჯიშზე, რაც ყველაზე ხშირად უკიდურესად არასასურველია. გენეტიკური ინჟინერია საშუალებას გაძლევთ აიღოთ/შეცვალოთ მხოლოდ ერთი სასურველი გენი.
– არსებობს მოსაზრება, რომ მიუხედავად იმისა, რომ გენომის რედაქტირების მეთოდი ცნობილია დაახლოებით 10 წელია, მას ჯერ კიდევ არ მოუტანია შესამჩნევი კომერციული შედეგები.
V.T.: ეს მთლად სიმართლეს არ შეესაბამება. მსოფლიოს წამყვანი მეცხოველეობის კომპანიები იყენებენ გენომის რედაქტირებას და ამას არ მალავენ. მაგრამ ჩვენ არ ვიცით კონკრეტულად რას აკეთებენ და რა შედეგს იღებენ.
მიღწევების რეკლამირება არ ხდება, რადგან გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდებით დამუშავებული მცენარის ბაზარზე გამოტანა უფრო ძვირია, ვიდრე ტრადიციულად მიღებული. და ზოგჯერ ამის გაკეთება უბრალოდ შეუძლებელია.
ამავდროულად, ძალიან რთულია იმის მტკიცება, რომ გენომის რედაქტირება გამოიყენებოდა კონკრეტული ჯიშის შესაქმნელად არსებული მეთოდების გამოყენებით.
ტესტის დროს სპეციალისტები მოძებნიან მარკერულ თანმიმდევრობას ორგანიზმის გენომში, მისი არსებობის შემთხვევაში მცენარე გენმოდიფიცირებულად იქნება აღიარებული. მაგრამ გენომიური რედაქტირებით გენომში არაფერია შემოტანილი, ამიტომ ვერაფერი მოიძებნება.
ცვლილებები ხშირად მოქმედებს არა მხოლოდ ერთ გენზე, არამედ გენში კონკრეტულ ადგილს, ფაქტიურად ერთ ნუკლეოტიდს, ერთ ასოს. და დარჩენილი მილიარდობით ასო რჩება ისე, როგორც იყო. იმის დასადგენად, რომ მცენარის რედაქტირება მოხდა, თქვენ რეალურად უნდა წაიკითხოთ მისი მთელი გენომი, შეცდომის აღმოსაფხვრელად სტანდარტზე ათჯერ მეტი დაფარვით. არავინ გააკეთებს ასეთ მოცულობით და ძალიან ძვირადღირებულ ანალიზს და სელექციონერს ყოველთვის შეუძლია თქვას, რომ მან მცენარე მიიღო მუტაგენეზის ან ტრადიციული სელექციის გამოყენებით.
- M.L.: ზოგადად გენომის რედაქტირება და განსაკუთრებით მცენარეებზე ამ ტექნოლოგიების გამოყენების გამოცდილება საკმაოდ უახლესი ამბავია.
არანაკლებ იმიტომ, რომ ფუნქციის შესაცვლელად თქვენ უნდა იცოდეთ ზუსტად რა და როგორ შეცვალოთ იგი. მცენარეთა თვისებები განისაზღვრება გენებით, ყველაზე ხშირად გენების ნაკრებით, საიდანაც უნდა შეირჩეს რედაქტირებისთვის შესაფერისი სამიზნეები. მაგრამ კონკრეტული გენების ფუნქციებისა და რეგულირების გარკვევა, რომლებიც ხელს უწყობენ ინტერესის მახასიათებლებს, მოითხოვს რთულ და ხშირად ხანგრძლივ კვლევებს. ცხოველებთან და ადამიანებთან შედარებისას შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მცენარის ნიშან-თვისებების ბევრი მოლეკულური მექანიზმი (მაგალითად, წინააღმდეგობა, პროდუქტიულობა და ა.შ.) კარგად არ ვიცით. ამავდროულად, მცენარეთა გენომი უფრო დიდი და რთულია, რაც ამოცანას საერთოდ არ ამარტივებს. თუმცა, უკვე ბევრი რამ არის ცნობილი მცენარეთა ბიოლოგიის საბაზისო კვლევებით და რაც უფრო მეტად გვესმის ეს, მით უფრო იზრდება ჩვენი მოდიფიკაციის შესაძლებლობები.
გარდა ამისა, საუბარია მეთოდზე, რომელიც შესაძლებელს ხდის გარკვეული მახასიათებლების გამოსწორებას, მაგრამ არა ახალი ჯიშების შემოტანას ბაზარზე, რომელზე მუშაობა, გარკვეული აჩქარების მიუხედავად, მაინც წლებია.
– ბიოტექნოლოგები აკეთებენ გენის რედაქტირებას? როგორ განსაზღვრავენ ნაწარმოების რეალურ მიმართულებას (რედაქტირების მიზანს)?
V.T.: ბიოტექნოლოგმა უნდა იმუშაოს ტანდემში არჩეული მოსავლის წარმატებულ სელექციონერთან და, იდეალურ შემთხვევაში, ჩართოს სხვა სპეციალიზირებული მწარმოებლები. სელექციონერი ფერმერებთან ერთად ადგენს დავალებას, სელექციონერი ეხმარება შესაფერისი გენოტიპების შერჩევაში. ჩვენ, თავის მხრივ, კონსულტაციებს ვუწევთ ბიოქიმიკოსებს და გენეტიკოსებს, ვფიქრობთ, რა შეგვიძლია შემოგთავაზოთ ამის საფუძველზე (აუცილებელი მახასიათებლები ყოველთვის არ არის საკმარისად შესწავლილი ბიოლოგიური თვალსაზრისით). ჩვენ ვუყურებთ, რისი გაკეთება შეგვიძლია რეალურად, ვასრულებთ სამუშაოს ეტაპს, ვუბრუნებთ მიღებულ ხაზს სელექციონერს და სელექციონერს მიაქვს შედეგი ჯიშამდე.
- არის თუ არა გენომის რედაქტირება ძვირადღირებული ტექნოლოგია?
V.T.: მცენარის მოპოვების ღირებულება დამოკიდებულია მოსავალზე და მიღებულ მცენარეზე დამუშავებული თუ ტრანსგენური.
თუ ვსაუბრობთ აღჭურვილობაზე, მაშინ კომპანიისთვის, რომელიც უკვე დაკავებულია ვირუსისგან თავისუფალი მასალის მოპოვებითა და მიკროკლონირებით, გენომის რედაქტირებისთვის აღჭურვილობისა და რეაგენტების შეძენა შედარებით მცირე თანხა დაჯდება. ასეთი სამუშაოს დაწყების დაბრკოლება შეიძლება იყოს არა ინვესტიციის დიდი რაოდენობა, არამედ კვალიფიციური კადრების ნაკლებობა. ძალიან ცოტაა ადამიანი, ვისაც შეუძლია მიიღოს და შეასრულოს ასეთი სპეციალიზებული დავალება.
და დავუბრუნდეთ ხარჯებს: ტექნოლოგიური პროგრესი ამ სფეროში ძალიან სწრაფია. გენომის რედაქტირების მეთოდები, ვთქვათ, 2012 წელს, როდესაც CRISPR/Cas9 აღმოაჩინეს (უფრო მაღალი ორგანიზმების გენომის რედაქტირების ტექნოლოგია, ბაქტერიების იმუნურ სისტემაზე დაფუძნებული) და ის, რაც ახლა გვაქვს, ძალიან განსხვავებულია. საოპერაციო ეფექტურობა წლიდან წლამდე იზრდება და ხარჯები მცირდება.
M.L.: ეს შეიძლება შევადაროთ ადამიანის გენომის თანმიმდევრობის პროექტს. პირველი ადამიანის გენომი საერთაშორისო კონსორციუმმა 10 წლის განმავლობაში 2.7 მილიარდ დოლარად დაადგინა მხოლოდ იმიტომ, რომ ასეთი ტექნოლოგიები ხელმისაწვდომი იყო 90-იან წლებში. ამჟამად, ადამიანის სრული გენომის თანმიმდევრობა 1000 დოლარზე ნაკლები ღირს და რამდენიმე დღე სჭირდება.
– გადავიდეთ თქვენს ლაბორატორიაზე საუბარზე, ის ფუნდამენტურ მეცნიერებაზეა ორიენტირებული თუ გამოყენებითი კვლევაზე?
V.T.: ჩვენ ვცდილობთ ორივე გავაკეთოთ. თავიდან პრიორიტეტი ფუნდამენტურ საკითხებს ენიჭებოდა, ახლა კი ვცდილობთ ჩვენი განვითარება პრაქტიკაში გამოვიყენოთ.
ამ მომენტში, მაგალითად, ვსწავლობთ კარტოფილის წინააღმდეგობის მექანიზმებს Y ვირუსის მიმართ. ეს არის ბევრი ფუნდამენტური სამუშაო, მაგრამ წარმატების შემთხვევაში შედეგი ძალიან საინტერესო იქნება რეზისტენტული ჯიშების შერჩევისთვის.
M.L.: ფუნდამენტური და გამოყენებითი მეცნიერება ერთმანეთთან მჭიდრო კავშირშია, ერთი მეორის გარეშე ვერ იარსებებს. თუ არ ვიცით, როგორ ურთიერთქმედებს ვირუსი მცენარესთან, რომელ კონკრეტულ ცილებს, ჩვენ ვერ შევცვლით მათ, რათა მცენარის რეზისტენტული გავხადოთ.
ჩვენ ვატარებთ კვლევას ვირუსზე Y 2018 წლიდან და ახლა ვუახლოვდებით იმას, რომ მომდევნო ორი წლის განმავლობაში მივიღებთ წინააღმდეგობის ფორმულას და მომავალში საჭირო პრაქტიკულ შედეგს: კარტოფილის მცენარე არ ასინთეზებს ვირუსულ ცილებს. ვირუსის მიმართ მდგრადი იქნება.
– რუსულ სანაშენე კომპანიებთან/სელექციონერებთან თუ თანამშრომლობთ?
V.T.: კარტოფილზე, ჩვენ ვმუშაობთ ახალგაზრდა სელექციონერ მარია პოლიაკოვასთან, აქტიურად ვუკავშირდებით კარტოფილის კავშირის ექსპერტებს და ვინარჩუნებთ კონტაქტებს კარტოფილის ფედერალურ კვლევით ცენტრთან. ა.გ. ლორჯა. რაც შეეხება კომბოსტოს, ჩვენ ვურთიერთობთ რუსეთის სახელმწიფო აგრარული უნივერსიტეტის-მოსკოვის სასოფლო-სამეურნეო აკადემიის სელექციონერებთან და მეთესლეებთან. კ.ა. ტიმირიაზევი გრიგორი და სოკრატე მონააქოსები. და რას ვაკეთებთ ამ სფეროში, ჩვენ მთლიანად ვხელმძღვანელობთ მათ მიერ.
– და ისევ ვირუსებზე. მარინა ვალერიევნა, თქვენი სამეცნიერო ინტერესების სპექტრი მოიცავს არა მხოლოდ ვირუსს Y. 2023 წელს თქვენ მიიღეთ გრანტი რუსეთის სამეცნიერო ფონდისგან, რათა ჩაეტარებინათ კვლევა პროექტზე „კულტურული კარტოფილის ვირომების შესწავლა (Solanum tuberosum L.) მაღალი გამტარუნარიანობის თანმიმდევრობის მეთოდების გამოყენებით“. რატომ არის ეს თემა საინტერესო?
M.L.: კარტოფილი, უფრო მეტად, ვიდრე ბევრი სხვა მცენარე, განიცდის ვირუსულ დაავადებებს, რადგან ისინი მრავლდება ვეგეტატიურად. ვირუსები გროვდება ტუბერებში და გადაეცემა შემდეგ თაობებს, რითაც ვირუსული დატვირთვა მუდმივად იზრდება. როცა ამბობენ, რომ კარტოფილი გადაგვარებულია, სწორედ ამაზეა საუბარი.
ვირუსები არ არის ინერტული სისტემები; ისინი აქტიურად ურთიერთობენ როგორც მასპინძელ მცენარესთან, ასევე ერთმანეთთან. არის შემთხვევები, როდესაც მცენარე, რომელიც უკვე დაავადებულია ერთი კონკრეტული ვირუსით, მეორეთი ვერ ინფიცირდება. და არის ვირუსები, რომლებიც მარტო მცენარეს ვერ აინფიცირებენ; ისინი მოქმედებენ მხოლოდ სხვა ვირუსებთან ერთად. სულ ახლახან გამოქვეყნდა ნაშრომი, სადაც აღწერილია ვირუსების ფორმები, რომლებიც ეხმარება მცენარეებს გვალვის გადარჩენაში. ასეთი მოულოდნელი გადასვლა პარაზიტიზმიდან მუტუალიზმზე.
არ არსებობს ეფექტური ქიმიკატები კარტოფილზე ვირუსულ დაავადებებთან საბრძოლველად. მისი ჯანმრთელობის გასაუმჯობესებლად შემუშავებულია საკმაოდ რთული და რაც მთავარია ძვირადღირებული მეთოდები: ინ ვიტრო კულტურის საშუალებით მიკროტუბერების მიღება. მაგრამ შედეგი მხოლოდ რამდენიმე თაობას გრძელდება. სხვა გადაწყვეტილებების მოსაძებნად, თქვენ უნდა შეისწავლოთ ვირუსების მახასიათებლები უფრო დეტალურად, ამიტომ კვლევა ძალიან, ძალიან აქტუალურია.
- GOST 33996-2016 "სათესლე კარტოფილი. ხარისხის განსაზღვრის ტექნიკური პირობები და მეთოდები" ჩამოთვლილია ხუთი ვირუსი (PVK - X კარტოფილის ვირუსი; SBK - S კარტოფილის ვირუსი; MVK - M კარტოფილის ვირუსი; YBK - Y კარტოფილის ვირუსი; VSLK - ფოთლების დახვევის ვირუსი კარტოფილი) და ერთი ვიროიდი (PSTV – potato spindle tuber viroid). მათზე გაამახვილებთ ყურადღებას?
M.L.: ჩემი პროექტი მიზნად ისახავს მაღალი გამტარუნარიანობის მეთოდების გამოყენებას იმ ვირომების (ვირუსების კოლექციების) შესასწავლად, რომლებიც გვხვდება რუსეთში კარტოფილზე. ეს საინტერესოა როგორც იმ თვალსაზრისით, თუ რა კომპლექსები გვხვდება სხვადასხვა ვირუსებზე ერთ მცენარეზე, ასევე ამ ვირუსების გავრცელების თვალსაზრისით.
საერთო ჯამში, მსოფლიოში ცნობილია 50-ზე მეტი ვირუსი, რომელიც კარტოფილზეა ნაპოვნი. GOST-ში ჩამოთვლილი ისინი ყველაზე საშიშია და გარდა ამისა, მათ აქვთ მკაფიო გარეგანი ნიშნები. ამრიგად, მოზაიკური ნეკროზი არის Y ვირუსით ინფექციის საერთო გამოვლინება და ფოთლის დახვევის ვირუსის არსებობა შეიძლება განისაზღვროს ფოთლის პირების დამახასიათებელი დეფორმაციით.
მაგრამ არის ბევრი ვირუსი, რომელიც არ ვლინდება ფენოტიპურად, თუმცა მათ ასევე შეუძლიათ გავლენა მოახდინონ მოსავალზე. ისინი იშვიათად ხვდებიან, მაგრამ მხოლოდ იმიტომ, რომ არ ეძებენ.
მაგალითად, შემიძლია მოვიყვანო კოლეგების მუშაობა მცენარეთა დაცვის სრულიად რუსული კვლევითი ინსტიტუტიდან (VIZR). 2019 წელს მათ გამოაქვეყნეს სტატია რუსეთში კარტოფილის P ვირუსის აღმოჩენის შესახებ. მანამდე ითვლებოდა, რომ ის ექსკლუზიურად სამხრეთ ამერიკაში იყო გავრცელებული.
საკითხავია, რას აღმოვაჩენთ, თუ არა „ქუჩის შუქის ქვეშ“ ვიყურებით, სადაც სინათლეა, არამედ სად ჯერ არ გვიყურებია.
- სად ჩაატარებთ კვლევას?
M.L.: გრანტის პირობების მიხედვით, პროექტს ორი წელი დასჭირდება. გასულ წელს ჩვენ ვთანამშრომლობდით ტულას რეგიონში კარტოფილის ფერმასთან, შევაგროვეთ მასალა, ვიმუშავეთ სხვადასხვა ჯიშებთან და რეპროდუქციებთან. წელს წავალთ სხვა რეგიონებში და ვნახოთ რა ვირუსებია იქ.
კვლევის შედეგები 2025 წელს შეჯამდება და მათ შესახებ რუს კარტოფილის მწარმოებლებს აუცილებლად მოვუყვებით.