Семена перемен: как генное редактирование меняет сельское хозяйство?
На глобальном уровне, по оценкам экспертов, выручка от продаж семян вырастет в среднем на 3,29%, а объем продаж — на 2,83% в течение прогнозируемого периода 2020-2028 годов.
В России новая доктрина продовольственной безопасности, подписанная президентом 21 января 2020 года, предусматривает запрет на ввоз в страну генно-модифицированных организмов с целью их посева, выращивания и разведения. Исключение сделали для ученых, которые в опытных целях могут выращивать растения и животных. Можно также отметить, что законодательство в отношении ГМО в РФ находится на стадии обсуждения и пересмотра.
С 1 марта 2021 года вступили в силу приказы Министерства сельского хозяйства (№ 650, 655), которые определяют методики исследования генно-инженерно-модифицированных животных и генно-инженерно-модифицированных микроорганизмов, произведенных на территории страны. С 1 сентября 2021 года планируется ввод в действие еще одного подобного документа, который будет регламентировать исследования выращиваемых в России генно-инженерно-модифицированных растений.
Эти методики дополнят постановление Правительства Российской Федерации № 839 «О государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов, предназначенных для выпуска в окружающую среду, а также продукции, полученной с применением таких организмов или содержащей такие организмы, включая указанную продукцию, ввозимую на территорию РФ». Помимо этого, планируется федеральное законодательство привести в соответствие с международным. А также актуализировать положения федерального закона «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», который был принят в 1996 году. Ожидается, что в 2023 году страна присоединится к Картахенскому протоколу по биобезопасности, регулирующему перемещение живых измененных организмов из одной страны в другую.
Что имеют в виду ученые, когда говорят про виды генной модификации? Свое мнение по этому поводу высказал доктор биологических наук, профессор, вице-президент «Сколтеха» по биомедицинским исследованиям Михаил Гельфанд, отвечая на вопросы слушателей программы «Вопрос науки».
«Если отталкиваться от определения, то генная модификация — это вставление фрагментов генома из другого организма в геном нужной культуры. Современные методы позволяют экспериментаторам точно выбирать место, куда вставить фрагмент генома. Генная модификация — это когда вносится что-то снаружи, а внутренних модификаций может быть сколько угодно: можно усиливать работу одних генов, ослаблять другие и даже ломать какие-то гены, если они не нужны. Это все генная инженерия, но не ГМО в строгом смысле, а инструмент для точечного редактирования генома и целый ряд разных экспериментальных техник. Классическое геномное редактирование — это точечные изменения, которых можно достигать и при помощи традиционной селекции. Мы можем ждать, пока произойдет та мутация, которая нам нужна, а можем этот процесс ускорить».
Михаил Гельфанд — доктор биологических наук, профессор, вице-президент «Сколтеха» по биомедицинским исследованиям
По всему миру набирает популярность технология CRISPR — уникальный инструмент для редактирования генома, который позволяет генетикам и исследователям редактировать части генома путем удаления, добавления или изменения последовательных участков ДНК, по сути «вырезать и вставлять» определенные участки. Это делает процесс получения растений с заданными свойствами более быстрым, эффективным и недорогим.
«Получение доступа к технологии Crispr-Cas позволяет нам ускорить темпы инноваций в развитии новых сортов растений, быстрее и с большей эффективностью передать их в руки производителей».
Компания инвестирует в глобальные научные разработки около 1,3 миллиарда долларов в год, большая часть которых направлена на получение семян основных мировых сельхозкультур и овощей. Crispr-Cas — это один из инструментов, который используют ученые для внесения специфических изменений в геном кукурузы, сои, пшеницы, томатов, риса и подсолнечника. В результате получаются более устойчивые к болезням, засухе и гербицидам культуры, что, в свою очередь, способствует повышению урожайности. (Источник: nytimes.com).
Прецизионное редактирование генов с использованием ряда технологий в селекции приводит к значительному снижению затрат, в результате чего цена нового признака снижается со 135 миллионов долларов до менее чем десятой части этой суммы, сокращает время между «редактированием» и урожаем в поле до 18-24 месяцев.
В какой-то мере развитие таких технологий выгодно сельхозпроизводителям. Аграрный бизнес традиционно является рискованным и часто низкомаржинальным, что делает фермеров более склонными к экспериментам. Почему бы не попробовать семена, которые гарантируют снижение затрат и получение максимально высоких урожаев?
Мировые тенденции развития сельского хозяйства: технологии, которые накормят человечество
Эти взгляды отражают представление о том, как биотехнологические корпорации хотели бы формировать общественное восприятие технологий редактирования генома, чтобы избежать излишней шумихи и споров вокруг ГМО.
Однако не все ученые настроены оптимистично по поводу бурного развития этих инноваций. Методы редактирования генома быстро совершенствуются в лабораториях несмотря на то, что знания о том, как работают геномы, остаются неполными.
«В средствах массовой информации и научном сообществе немало шума по поводу «редактирования генов». В фермерской прессе эти методы описываются как высокоточные и не относящиеся к ГМО. Ни то, ни другое неверно. Они могут быть использованы для изменения генетического материала растений, животных и других организмов. Методы редактирования генома — это разновидность генной инженерии, в результате которой создаются генетически модифицированные организмы». (Источник: bcorganicgrower.ca).
Несмотря на то, что не все организмы с отредактированным геномом являются трансгенными (имеют чужеродную ДНК), Люси Шарратт считает, что новые технологии настолько мощные, что порой приводят к неожиданными и не всегда безобидным последствиям.
Методы редактирования генома, такие, как система CRISPR-Cas9 могут создавать непреднамеренные изменения в генах, которые не были целью системы редактирования.
Нецелевые эффекты редактирования генома
- намеченное изменение в целевом местоположении приводит к другим неожиданным результатам;
- редактирование генома может непреднамеренно вызвать обширные делеции (хромосомные перестройки, при которых происходит потеря участка хромосомы) и сложные перестройки ДНК;
- чужеродная ДНК может непреднамеренно интегрироваться в организм в процессе редактирования.
Периодически деятельность ученых-генетиков сопровождают скандалы. Например, пересаженный в культуру сои ген бразильского ореха для увеличения жирности и маслянистости вызвал кросс-аллергию у людей с аллергией к орехам. Этот случай был выявлен на ранней стадии регуляторики. Исключенный из проверки «Проект без ГМО» на рынке Канады рапс в Европе производителем продавался как нетрансгенный. Показательным является пример, когда предложения правительства США по оценке безопасности животных с отредактированным геномом были названы «безумными» одним из разработчиков безрогих коров с отредактированным геномом за три года до того, как ученые обнаружили, что эти животные содержат неожиданную чужеродную ДНК.
Продолжаются споры по поводу зарегулированности отрасли. С одной стороны, механизмы таковы, что пройти все этапы регистрации нового сорта может только крупная и финансово мощная компания. С другой стороны, несмотря на возможные негативные последствия, до сих пор не существует стандартных протоколов для выявления побочных и целевых эффектов редактирования генома.
Поэтому многие ученые призывают к осторожности. Непредвиденные последствия такой работы, будь то на клеточном или экосистемном уровне, сложно предвидеть заранее.
Мы будем держать читателей в курсе последних тенденции развития сельского хозяйства. Продолжение темы о строительстве вертикальных ферм в сердце мегаполисов читайте в ближайших выпусках «ГлавАгроном».
Источник
Как получить семена гмо растений
Когда гены живых организмов изменяются с помощью генной инженерии, измененные растения или животные называются ГМО или генетически модифицированными организмами. Генетические коды растений и животных находились под влиянием естественного отбора, скрещивания и селекции с тех пор, как земледелие началось в доисторические времена, но новые технологии позволяют ученым гораздо больше контролировать функции, которые должны иметь растения или животные. Генная инженерия может выделить желательные характеристики в организме и добавить их в гены другого растения или животного. Практика противоречива, потому что этот процесс может создать организм с характеристиками, которые не произошли бы естественным путем. Страх состоит в том, что, если такой неестественный организм убегает в дикую природу и размножается, это может нарушить естественную экосистему.
Как работает процесс ГМО
Создание ГМО — это процесс, состоящий из четырех частей. Первым этапом является выбор желаемой характеристики или признака у растения или животного. Затем ученые выделяют соответствующий генетический код. Часть хромосомы, которая содержит выбранный генетический код, затем физически вырезается и удаляется. Наконец, этот генетический материал вводится в семена или яйца, так что новые растения или животные будут расти с выбранной чертой.
Выбор желаемой черты является легкой частью процесса ГМО. Найти гены, которые его контролируют, гораздо сложнее. Если у некоторых растений есть черта, а у других нет, сравнение генетических кодов и поиск различий является одним из методов. Другой метод сравнивает генетический код различных видов, которые имеют эту особенность, и ищет похожие последовательности. Если эти два метода не сработают, ученые выбьют кусочки генетического кода, который, по их мнению, контролирует признак, пока признак не исчезнет. Тогда они знают, что нашли гены.
Одним из способов выделения выбранного генетического материала является использование ферментов для разрезания цепей ДНК по обе стороны от мишени. Затем ученые могут отсортировать короткие отрезки ДНК и получить образец, содержащий выбранные гены. Этот материал затем вводится в семена или недавно оплодотворенные яйца. Для семян, генные пистолеты используются для стрельбы металлическими частицами, покрытыми генетическим материалом, в семена. Более новые методы также используют бактерии, инъецированные генетическим материалом, для заражения семян или яиц или инъекции генов непосредственно в стволовые клетки эмбриона. Семена, яйца или эмбрионы затем выращивают, чтобы получить растения или животных с новыми характеристиками.
Ограничения на производство ГМО
Хотя создание ГМО в настоящее время находится в компетенции многих ученых и лабораторий, большинство юрисдикций регулируют их производство и либо запрещают коммерческое использование, либо подвергают его ограничениям и испытаниям. Опасение заключается в том, что, в отличие от скрещивания и селекции, которые работают с природными комбинациями генов, создание ГМО может привести к тому, что организм не появится естественным путем. Такой организм может вырваться в дикую природу и негативно повлиять на другие виды и баланс экосистем. Из-за таких правил только несколько генетически модифицированных растений разрешено употреблять в пищу людям, и барьеры для одобрения генетически модифицированных животных в пищу очень высоки.
Источник