„A genomszerkesztés módszerét nem szabad szembeállítani a hagyományos szelekciós módszerekkel. „Ez inkább egy új eszköz” – hangsúlyozza a növényi stressz-rezisztencia laboratóriumának vezetője Összoroszországi Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (VNIISB) Vaszilij Taranov. – Réges-régen a sebészek késsel végeztek műtéteket, aztán megjelentek szike, majd lézer. Teljesen más lehetőségek váltak elérhetővé a műtét számára. A géntechnológia tehát egy olyan eszközt kínál, amellyel átvehet és javíthat valamit, de nem törli vagy helyettesíti mindazt, amit korábban használtak.”
Az Összoroszországi Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet (VNIISB) a növényi stresszrezisztencia laboratóriumát működteti, melynek munkája két fő irányban folyik: a növények abiotikus és biotikus stresszel szembeni rezisztenciáját meghatározó gének felkutatása, illetve a genom szerkesztése. a termesztett növényeket, hogy növeljék stresszállóságukat. A tudósok kutatási területe a burgonya és a nyíltföldi zöldségfélék.
Vaszilij Taranov laboratóriumvezetővel és Marina Lebedeva tudományos főmunkatárssal beszélgetünk arról, hogy mik a legújabb technológiák jellemzői, előnyei, milyen eredményeket érhetnek el, és milyen orosz mezőgazdasági termelők problémáinak megoldására használják őket a laboratóriumi tudósok.
– Ma sok szó esik arról, hogy fel kell gyorsítani a kiválasztási folyamatot. Úgy gondolják, hogy a genomszerkesztés módszere ezt lehetővé teszi. Ez igaz?
V.T.: Helyesebb lenne azt mondani, hogy a biotechnológiai módszerek nem annyira a szelekció felgyorsításában, mint inkább a tudósok képességeinek bővítésében segítenek. A fajtán végzett munka még mindig meglehetősen hosszadalmas, mivel olyan növényekről beszélünk, amelyeknek bizonyos életciklusa van.
De a szakemberek számára lehetővé válik, hogy olyan eredményeket érjenek el, amelyeket rendkívül nehéz (ha nem lehetetlen) elérni hagyományos tenyésztési módszerekkel.
A genomikus szerkesztés segítségével olyan mutációt tudunk célirányosan bevezetni, amely közvetlenül befolyásolja a fajta egy-egy jellemzőjét, miközben a gazdaságilag értékes tulajdonságok komplexumának többi részét változatlanul hagyjuk.
M.L.: Képzeljük el, hogy egy vadon élő burgonyából származó rezisztenciagént szeretnénk bevinni termesztett fajtánkba hagyományos nemesítési módszerekkel. Ennek érdekében a tenyésztő egy sor keresztezést hajt végre a „vad” bizonyos kulturális vonalakkal. A probléma az, hogy a rezisztenciagénnel együtt az összes többi „vad” gén is átkerül a fajtába, ami legtöbbször rendkívül nemkívánatos. A géntechnológia lehetővé teszi, hogy csak egy kívánt gént vegyen be/cseréljen.
– Van egy olyan álláspont, hogy annak ellenére, hogy a genomszerkesztés módszere nagyjából 10 éve ismert, még nem hozott feltűnő kereskedelmi eredményt.
V.T.: Ez nem teljesen igaz. A világ vezető tenyésztő cégei genomszerkesztést alkalmaznak, és ezt nem is titkolják. De nem tudjuk, hogy pontosan mit csinálnak és milyen eredményeket érnek el.
Az eredményeket nem hirdetik meg, mert drágábban kerül forgalomba egy géntechnológiai módszerekkel feldolgozott növény, mint a hagyományosan előállított növény. És néha ezt egyszerűen lehetetlen megtenni.
Ugyanakkor nagyon nehéz bizonyítani, hogy genomszerkesztést használtak egy adott fajta létrehozására meglévő módszerekkel.
A teszt során a szakemberek markerszekvenciát keresnek a szervezet genomjában, ha ez jelen van, a növényt genetikailag módosítottnak ismerik el. De genomi szerkesztéssel semmit sem visznek be a genomba, így semmit sem lehet találni.
A változások gyakran nemcsak egy gént érintenek, hanem a gén egy meghatározott helyét, szó szerint egy nukleotidot, egy betűt. A maradék milliárd levél pedig olyan marad, amilyen volt. Annak megállapításához, hogy egy növényt szerkesztettek-e, ténylegesen be kell olvasnia a teljes genomját, a szabványnál tízszer nagyobb lefedettséggel, hogy kiküszöbölje a hibát. Senki nem fog ilyen terjedelmes és nagyon költséges elemzést végezni, és a tenyésztő mindig elmondhatja, hogy mutagenezissel vagy hagyományos szelekcióval szerezte a növényt.
– M.L.: A genomszerkesztés általában, és különösen az ilyen technológiák növényeken való használatának tapasztalata meglehetősen friss történet.
Nem utolsósorban azért, mert egy funkció megváltoztatásához tudnia kell, hogy pontosan mit és hogyan kell szerkeszteni. A növényi tulajdonságokat gének, leggyakrabban génkészletek határozzák meg, amelyek közül kell kiválasztani a szerkesztéshez megfelelő célpontokat. De az érdeklődésre számot tartó tulajdonságokhoz hozzájáruló specifikus gének funkcióinak és szabályozásának tisztázása összetett és gyakran hosszadalmas tanulmányokat igényel. Az állatokkal és az emberekkel összehasonlítva elmondhatjuk, hogy a növényi tulajdonságok (például rezisztencia, termelékenység stb.) számos molekuláris mechanizmusát nem ismerjük jól. Ugyanakkor a növényi genomok nagyobbak és összetettebbek, ami egyáltalán nem egyszerűsíti a feladatot. A növénybiológiai alapkutatások révén azonban már sok minden ismert, és minél jobban megértjük ezt, annál inkább megnőnek a módosítási lehetőségeink.
Emellett egy olyan módszerről beszélünk, amely lehetővé teszi bizonyos tulajdonságok korrigálását, de nem új fajták piacra vitelét, amelyek munkája némi gyorsulás ellenére is évekig tart.
– Génszerkesztéssel foglalkoznak a biotechnológusok? Hogyan határozzák meg a munka tényleges irányát (a szerkesztés célját)?
V.T.: A biotechnológusnak együtt kell dolgoznia a kiválasztott növény sikeres nemesítőjével, és ideális esetben más szakosodott termelőket is bevonnia kell. A tenyésztő a gazdákkal közösen jelöli ki a feladatot, a nemesítő segít a megfelelő genotípusok kiválasztásában. Mi viszont biokémikusokkal, genetikusokkal konzultálunk, gondoljuk, mit tudunk ez alapján ajánlani (biológiai szempontból nem mindig kellően tanulmányozzuk a szükséges jellemzőket). Megnézzük, hogy mit tudunk ténylegesen megtenni, elvégezzük a munkafázisunkat, az így kapott sort visszaadjuk a nemesítőnek, és a nemesítő beviszi az eredményt a fajtába.
- A genomszerkesztés drága technológia?
V.T.: A növény megszerzésének költsége a terméstől és attól függ, hogy a kapott növény szerkesztett vagy transzgénikus-e.
Ha berendezésekről beszélünk, akkor egy vírusmentes anyag beszerzésével és mikroklónozással már foglalkozó cég számára a genomszerkesztéshez szükséges berendezések és reagensek beszerzése viszonylag kis összegbe kerül. Az ilyen munkák megkezdésének akadálya nem a túl sok beruházás, hanem a szakképzett munkaerő hiánya. Nagyon kevesen tudnak ilyen speciális feladatokat vállalni és ellátni.
És visszatérve a költségekhez: a technológiai fejlődés ezen a területen nagyon gyors. A genomszerkesztés módszerei, mondjuk 2012-ben, amikor felfedezték a CRISPR/Cas9-et (a magasabb rendű élőlények genomjának szerkesztésére szolgáló technológia, amely a baktériumok immunrendszerén alapul), és a mostaniak nagyon különböznek egymástól. A működési hatékonyság évről évre nő, a költségek csökkennek.
M.L.: Ez összehasonlítható az emberi genom szekvenálási projekttel. Az első emberi genomot egy nemzetközi konzorcium szekvenálta 10 éven keresztül 2.7 milliárd dollárért, egyszerűen azért, mert a 90-es években már elérhetőek voltak ilyen technológiák. Jelenleg egy teljes emberi genom szekvenálása kevesebb, mint 1000 dollárba kerül, és néhány napig tart.
– Térjünk át az Ön laboratóriumára, az alaptudományra vagy az alkalmazott kutatásra összpontosít?
V.T.: Igyekszünk mindkettőt megtenni. Kezdetben az alapvető dolgok kaptak prioritást, de most igyekszünk a gyakorlatban is alkalmazni fejlesztéseinket.
Jelenleg például a burgonya Y vírussal szembeni rezisztenciájának mechanizmusait tanulmányozzuk. Ez nagyon sok alapvető munka, de ha sikerül, az eredmény nagyon érdekes lesz a rezisztens fajták kiválasztásához.
M.L.: Az alaptudomány és az alkalmazott tudomány szorosan összefügg egymással, egyik sem létezhet a másik nélkül. Ha nem tudjuk, hogy a vírus hogyan lép kölcsönhatásba a növénnyel, milyen konkrét fehérjékkel, akkor nem tudjuk azokat megváltoztatni, hogy ellenállóvá tegyük a növényt.
2018 óta folytatunk kutatásokat az Y vírussal kapcsolatban, és most közeledünk ahhoz, hogy a következő pár évben megkapjuk a rezisztencia képletét, a jövőben pedig a szükséges gyakorlati eredményt: a burgonya nem fog vírusfehérjéket szintetizálni, ellenálló lesz a vírussal szemben.
– Együttműködik orosz tenyésztő cégekkel/tenyésztőkkel?
V.T.: A burgonya területén egy fiatal tenyésztővel, Maria Polyakovával dolgozunk, aktívan kommunikálunk a Potato Union szakértőivel, és kapcsolatot tartunk fenn a róla elnevezett Burgonya Szövetségi Kutatóközponttal. A.G. Lorja. Ami a káposztát illeti, kapcsolatba lépünk az Orosz Állami Agráregyetem-Moszkvai Mezőgazdasági Akadémia tenyésztőivel és vetőmagtermesztőivel. K.A. Timirjazev, Grigorij és Szókratész Monachosz. És abban, amit ezen a területen csinálunk, teljes mértékben ők irányítanak bennünket.
– És megint a vírusokról. Marina Valerievna, az Ön tudományos érdeklődési köre nem csak a vírussal foglalkozik Y. 2023-ban támogatást kapott az Orosz Tudományos Alapítványtól, hogy kutatást végezzen a „Tenyésztett burgonya (Solanum tuberosum L.) viromjainak vizsgálata nagy áteresztőképességű szekvenálási módszerekkel” című projekttel kapcsolatban. Miért érdekes ez a téma?
M.L.: A burgonya, mint sok más növény, vírusos betegségekben szenved, mivel vegetatív úton szaporítják. A vírusok a gumókban felhalmozódnak, és továbbadódnak a következő generációknak, így a vírusterhelés folyamatosan nő. Amikor azt mondják, hogy a burgonya degenerálódik, pontosan erről beszélünk.
A vírusok nem inert rendszerek, aktív kölcsönhatásba lépnek mind a gazdanövényekkel, mind egymással. Vannak esetek, amikor egy növény, amely már megbetegedett egy adott vírussal, nem fertőződhet meg egy másikkal. És vannak vírusok, amelyek önmagukban nem képesek megfertőzni a növényt, csak más vírusokkal együttműködve hatnak. Nemrég jelent meg egy munka, amely a vírusok olyan formáit írja le, amelyek segítik a növényeket a szárazság túlélésében. Egy ilyen váratlan átmenet a parazitizmusból a kölcsönösségbe.
Nincsenek hatékony vegyszerek a burgonya vírusos betegségeinek leküzdésére. Egészségi állapotának javítása érdekében meglehetősen összetett, és ami a legfontosabb, költséges módszereket fejlesztettek ki: in vitro tenyésztéssel, mikrogumók beszerzésével. De az eredmény csak néhány generációig tart. Más megoldások megtalálásához részletesebben kell tanulmányoznia a vírusok jellemzőit, ezért a tanulmány nagyon-nagyon releváns.
– GOST 33996-2016 „Vetõburgonya. A minőség meghatározásának technikai feltételei és módszerei" öt vírust sorol fel (PVK - X burgonya vírus; SBK - S burgonya vírus; MVK - M burgonya vírus; YBK - Y burgonya vírus; VSLK - levél curl vírus burgonya) és egy viroid (PSTV – burgonya orsógumó viroid). Rájuk fogsz koncentrálni?
M.L.: Projektem célja, hogy nagy áteresztőképességű módszerekkel vizsgálja meg azokat a viromokat (vírusgyűjteményeket), amelyek jelen vannak a burgonyán Oroszországban. Ez mind abból a szempontból érdekes, hogy egy növényen milyen különböző vírusok komplexei találhatók, mind pedig e vírusok elterjedtsége szempontjából.
Összesen több mint 50 burgonyán található vírus ismert a világon. A GOST-ban felsoroltak a legveszélyesebbek közé tartoznak, és emellett egyértelmű külső jelekkel rendelkeznek. Így a mozaik nekrózis az Y vírusfertőzés gyakori megnyilvánulása, a levélgöndörödés vírus jelenléte pedig a levéllemezek jellegzetes deformációjával határozható meg.
De sok olyan vírus van, amely nem nyilvánul meg fenotípusosan, bár hatással lehet a termésre is. Ritkán fedezik fel őket, de csak azért, mert nem keresik őket.
Példaként említhetem az Összoroszországi Növényvédelmi Kutatóintézet (VIZR) kollégáinak munkáját. 2019-ben publikáltak egy cikket a burgonya P vírus oroszországi felfedezéséről. Korábban azt hitték, hogy kizárólag Dél-Amerikában terjesztették.
A kérdés az, hogy mit fedezünk fel, ha nem „az utcai lámpa alá” nézünk, ahol világos, hanem azt, ahol még nem.
– Hol fogja végezni a kutatást?
M.L.: A támogatás feltételei szerint a projekt két évig tart. Tavaly együttműködtünk egy Tula régióban található burgonyafarmmal, anyagot gyűjtöttünk, különféle fajtákkal és reprodukciókkal dolgoztunk. Idén más régiókra is ellátogatunk, és megnézzük, milyen vírusokat találtak ott.
A vizsgálat eredményeit 2025-ben összesítik, ezekről mindenképpen beszámolunk az orosz burgonyatermesztőknek.