«Գենոմի խմբագրման մեթոդը չպետք է հակադրվի ընտրության ավանդական մեթոդներին: «Սա բավականին նոր գործիք է»,- շեշտում է բույսերի սթրեսակայունության լաբորատորիայի ղեկավարը Գյուղատնտեսական կենսատեխնոլոգիայի համառուսաստանյան գիտահետազոտական ինստիտուտ (VNIISB) Վասիլի Տարանով. – Մի ժամանակ վիրաբույժները դանակով վիրահատություններ էին անում, հետո հայտնվեցին scalpels, ապա լազերներ. Վիրահատության համար հասանելի դարձան բոլորովին այլ տարբերակներ։ Այսպիսով, գենետիկական ինժեներիան առաջարկում է մի գործիք, որով դուք կարող եք ինչ-որ բան վերցնել և բարելավել, բայց այն չի չեղարկում կամ փոխարինում այն ամենը, ինչ նախկինում օգտագործվել է»:
Գյուղատնտեսական կենսատեխնոլոգիայի համառուսաստանյան գիտահետազոտական ինստիտուտը (VNIISB) գործում է բույսերի սթրեսային դիմադրության լաբորատորիա, որի աշխատանքն իրականացվում է երկու հիմնական ուղղություններով. աճեցվող բույսերը՝ նրանց սթրեսակայունությունը բարձրացնելու նպատակով։ Գիտնականների հետազոտական տարածքը ներառում է կարտոֆիլ և բաց հողի բանջարեղեն:
Մենք խոսում ենք լաբորատորիայի ղեկավար Վասիլի Տարանովի և ավագ գիտաշխատող Մարինա Լեբեդևայի հետ, թե որոնք են նորագույն տեխնոլոգիաների առանձնահատկություններն ու առավելությունները, ինչ արդյունքների կարող են հասնել և ռուս գյուղատնտեսական արտադրողների ինչ խնդիրներ են լուծում լաբորատոր գիտնականները։
– Այսօր շատ է խոսվում ընտրության գործընթացն արագացնելու անհրաժեշտության մասին։ Ենթադրվում է, որ գենոմի խմբագրման մեթոդը թույլ է տալիս դա անել: Սա ճի՞շտ է:
V.T.: Ավելի ճիշտ կլինի ասել, որ կենսատեխնոլոգիական մեթոդներն օգնում են ոչ այնքան արագացնել ընտրությունը, որքան ընդլայնել գիտնականների հնարավորությունները։ Սորտերի վրա աշխատելու գործընթացը դեռ բավականին երկար է մնում, քանի որ խոսքը բույսերի մասին է, որոնք ունեն որոշակի կենսացիկլ:
Բայց մասնագետների համար հնարավոր է դառնում ստանալ այնպիսի արդյունքներ, որոնց հասնելը չափազանց դժվար (եթե ոչ անհնար) կլինի՝ օգտագործելով բուծման ավանդական մեթոդները։
Գենոմային խմբագրման օգնությամբ մենք կարող ենք նպատակաուղղված ներմուծել մի մուտացիա, որն ուղղակիորեն ազդում է սորտի կոնկրետ բնութագրի վրա՝ միաժամանակ անփոփոխ պահելով տնտեսապես արժեքավոր հատկանիշների մնացած համալիրը:
M.L.: Պատկերացրեք, որ մենք ցանկանում ենք վայրի կարտոֆիլի դիմադրողական գենը ներմուծել մեր աճեցված սորտի մեջ՝ օգտագործելով բուծման ավանդական մեթոդները: Դրա համար բուծողը կատարում է «վայրենիի» մի շարք խաչեր՝ որոշակի մշակութային գծերով: Խնդիրն այն է, որ դիմադրողական գենի հետ մեկտեղ մյուս բոլոր «վայրի» գեները փոխանցվում են սորտին, որն ամենից հաճախ ծայրահեղ անցանկալի է։ Գենետիկական ինժեներիան թույլ է տալիս վերցնել/փոխել միայն մեկ ցանկալի գեն:
– Տեսակետ կա, որ չնայած այն հանգամանքին, որ գենոմի խմբագրման մեթոդը հայտնի է մոտ 10 տարի, այն դեռ նկատելի կոմերցիոն արդյունքներ չի տվել։
V.T.: Սա լիովին ճիշտ չէ: Աշխարհի առաջատար բուծող ընկերությունները օգտագործում են գենոմի խմբագրում և չեն թաքցնում դա։ Բայց մենք չգիտենք, թե կոնկրետ ինչ են անում և ինչ արդյունքներ են ստանում։
Ձեռքբերումները չեն գովազդվում, քանի որ ավելի թանկ է շուկա հանել մի բույս, որը մշակվել է գենետիկական ինժեներիայի մեթոդներով, քան ավանդաբար ստացված բույսը: Եվ երբեմն դա պարզապես անհնար է անել:
Միևնույն ժամանակ, շատ դժվար է ապացուցել, որ գենոմի խմբագրումն օգտագործվել է գոյություն ունեցող մեթոդների կիրառմամբ որոշակի բազմազանություն ստեղծելու համար:
Փորձարկման ընթացքում մասնագետները օրգանիզմի գենոմում կփնտրեն մարկերային հաջորդականություն, որի առկայության դեպքում բույսը կճանաչվի գենետիկորեն ձևափոխված։ Բայց գենոմային խմբագրմամբ ոչինչ չի ներմուծվում գենոմի մեջ, ուստի ոչինչ հնարավոր չէ գտնել:
Փոփոխությունները հաճախ ազդում են ոչ միայն մեկ գենի վրա, այլ գենի որոշակի տեղ, բառացիորեն մեկ նուկլեոտիդ, մեկ տառ: Իսկ մնացած միլիարդավոր տառերը մնում են այնպես, ինչպես եղել են։ Որոշելու համար, որ բույսը խմբագրվել է, դուք պետք է իրականում կարդաք նրա ամբողջ գենոմը՝ սխալը վերացնելու համար ստանդարտից տասն անգամ ավելի բարձր ծածկույթով: Ոչ ոք նման ծավալուն և շատ թանկ վերլուծություն չի անի, և սելեկցիոները միշտ կարող է ասել, որ բույսը ձեռք է բերել մուտագենեզի կամ ավանդական սելեկցիայի միջոցով:
- M.L.: Ընդհանուր առմամբ գենոմի խմբագրումը և հատկապես բույսերի վրա այս տեխնոլոգիաների կիրառման փորձը բավականին նոր պատմություն է:
Հատկապես այն պատճառով, որ գործառույթը փոխելու համար անհրաժեշտ է իմանալ, թե կոնկրետ ինչ և ինչպես խմբագրել այն: Բույսերի հատկությունները որոշվում են գեներով, առավել հաճախ գեների մի շարք, որոնցից պետք է ընտրել խմբագրման համար հարմար թիրախներ։ Սակայն հատուկ գեների գործառույթները և կարգավորումը, որոնք նպաստում են հետաքրքրության գծերին, պահանջում են բարդ և հաճախ երկար ուսումնասիրություններ: Կենդանիների և մարդկանց հետ համեմատելիս կարելի է ասել, որ մենք լավ չգիտենք բույսերի հատկությունների մոլեկուլային մեխանիզմներից շատերը (օրինակ՝ դիմադրողականություն, արտադրողականություն և այլն): Միևնույն ժամանակ, բույսերի գենոմներն ավելի մեծ և բարդ են, ինչը բոլորովին չի պարզեցնում խնդիրը։ Այնուամենայնիվ, շատ բան արդեն հայտնի է բույսերի կենսաբանության հիմնարար հետազոտությունների միջոցով, և որքան շատ ենք մենք դա հասկանում, այնքան ավելի են մեծանում փոփոխությունների մեր հնարավորությունները:
Բացի այդ, մենք խոսում ենք մի մեթոդի մասին, որը հնարավորություն է տալիս շտկել որոշակի բնութագրեր, բայց ոչ շուկա ներմուծել նոր սորտեր, որոնց վրա աշխատանքը, չնայած որոշակի արագացման, դեռ տարիներ է պահանջում։
– Կենսատեխնոլոգիաները գեների խմբագրում են անում: Ինչպե՞ս են նրանք որոշում աշխատանքի իրական ուղղությունը (խմբագրման նպատակը):
V.T.: Կենսատեխնոլոգիան պետք է աշխատի ընտրված բերքի հաջողակ բուծողի հետ և, իդեալականը, ներգրավի այլ մասնագետ արտադրողների: Սելեկցիոները ֆերմերների հետ միասին խնդիր է դնում, սելեկցիոներն օգնում է ընտրել համապատասխան գենոտիպեր։ Մենք, իր հերթին, խորհրդակցում ենք կենսաքիմիկոսների և գենետիկների հետ, մտածում ենք, թե ինչ կարող ենք առաջարկել դրա հիման վրա (անհրաժեշտ բնութագրերը միշտ չէ, որ բավականաչափ ուսումնասիրված են կենսաբանական տեսանկյունից): Մենք նայում ենք, թե իրականում ինչ կարող ենք անել, իրականացնել մեր աշխատանքի փուլը, ստացված գիծը վերադարձնել սելեկցիոներին, և սելեկցիոները արդյունքը բերում է սորտին:
- Արդյո՞ք գենոմի խմբագրումը թանկ տեխնոլոգիա է:
V.T.: Բույս ձեռք բերելու արժեքը կախված է բերքից և ստացված բույսը խմբագրված է, թե տրանսգենիկ:
Եթե խոսենք սարքավորումների մասին, ապա մի ընկերության համար, որն արդեն զբաղվում է վիրուսազերծ նյութի ստացմամբ և միկրոկլոնավորմամբ, գենոմի խմբագրման համար սարքավորումների և ռեակտիվների գնումը համեմատաբար փոքր գումար կարժենա։ Նման աշխատանք սկսելու համար խոչընդոտ կարող է լինել ոչ թե ներդրումների ճնշող մեծությունը, այլ որակյալ կադրերի բացակայությունը։ Շատ քիչ մարդիկ կան, ովքեր կարող են իրենց վրա վերցնել և կատարել նման մասնագիտացված առաջադրանք։
Եվ վերադառնանք ծախսերին. տեխնոլոգիական առաջընթացն այս ոլորտում շատ արագ է: Գենոմի խմբագրման մեթոդները, ասենք, 2012-ին, երբ հայտնաբերվեց CRISPR/Cas9-ը (բարձրագույն օրգանիզմների գենոմների խմբագրման տեխնոլոգիա՝ հիմնված բակտերիաների իմունային համակարգի վրա), և այն, ինչ հիմա ունենք, շատ տարբեր են: Գործառնական արդյունավետությունը տարեցտարի ավելանում է, իսկ ծախսերը նվազում են։
M.L.: Սա կարելի է համեմատել մարդու գենոմի հաջորդականության նախագծի հետ: Մարդու առաջին գենոմը հաջորդականացվել է միջազգային կոնսորցիումի կողմից 10 տարով 2.7 միլիարդ դոլարով միայն այն պատճառով, որ նման տեխնոլոգիաները հասանելի են եղել 90-ականներին: Ներկայումս մարդու ամբողջական գենոմի հաջորդականությունը 1000 դոլարից պակաս արժե և տևում է մի քանի օր:
-Անցնենք ձեր լաբորատորիայի մասին խոսելուն, այն կենտրոնացած է ֆունդամենտալ գիտությա՞ն, թե՞ կիրառական հետազոտությունների վրա:
V.T.: Մենք փորձում ենք երկուսն էլ անել: Սկզբում առաջնահերթությունը տրվել է ֆունդամենտալ բաներին, սակայն այժմ մենք փորձում ենք մեր զարգացումները կիրառել գործնականում։
Այս պահին, օրինակ, մենք ուսումնասիրում ենք Y վիրուսի նկատմամբ կարտոֆիլի դիմադրության մեխանիզմները: Սա շատ հիմնարար աշխատանք է, բայց հաջողության դեպքում արդյունքը շատ հետաքրքիր կլինի դիմացկուն սորտերի ընտրության համար:
M.L.: Ֆունդամենտալ և կիրառական գիտությունը սերտորեն փոխկապակցված են, մեկը չի կարող գոյություն ունենալ առանց մյուսի: Եթե մենք չգիտենք, թե ինչպես է վիրուսը փոխազդում բույսի հետ, կոնկրետ որ սպիտակուցների հետ, մենք չենք կարողանա փոխել դրանք՝ բույսը դիմացկուն դարձնելու համար:
2018 թվականից մենք հետազոտություն ենք իրականացնում Y վիրուսի վերաբերյալ և այժմ մոտենում ենք նրան, որ առաջիկա մի քանի տարում մենք կստանանք դիմադրության բանաձև, իսկ ապագայում անհրաժեշտ գործնական արդյունքը. կարտոֆիլի բույսը չի սինթեզի վիրուսային սպիտակուցներ, այն դիմացկուն կլինի վիրուսի նկատմամբ։
– Համագործակցո՞ւմ եք ռուսական բուծող ընկերությունների/բուծողների հետ:
V.T.: Կարտոֆիլի վրա մենք աշխատում ենք երիտասարդ սելեկցիոներ Մարիա Պոլյակովայի հետ, ակտիվորեն շփվում ենք Կարտոֆիլի միության փորձագետների հետ և կապ ենք պահպանում Կարտոֆիլի դաշնային հետազոտական կենտրոնի հետ: Ա.Գ. Լորջա. Ինչ վերաբերում է կաղամբին, ապա մենք շփվում ենք Ռուսաստանի պետական ագրարային համալսարան-Մոսկվայի գյուղատնտեսական ակադեմիայի բուծողների և սերմարտադրողների հետ։ Ք.Ա. Տիմիրյազևը Գրիգորի և Սոկրատ Մոնաչոսի կողմից: Եվ այն, ինչ մենք անում ենք այս ոլորտում, ամբողջությամբ առաջնորդվում ենք դրանցով։
– Եվ կրկին վիրուսների մասին։ Մարինա Վալերիևնա, ձեր գիտական հետաքրքրությունների շրջանակը ներառում է ոչ միայն վիրուսը Y. 2023 թվականին դուք Ռուսաստանի գիտության հիմնադրամից ստացաք դրամաշնորհ՝ «Կուլտիվացված կարտոֆիլի (Solanum tuberosum L.) վիրուսների ուսումնասիրություն բարձր արդյունավետության հաջորդականության մեթոդներով» նախագծի վերաբերյալ հետազոտություն իրականացնելու համար։ Ինչու է այս թեման հետաքրքիր:
M.L.: Կարտոֆիլն ավելի շատ, քան շատ այլ բույսեր, տառապում է վիրուսային հիվանդություններից, քանի որ դրանք տարածվում են վեգետատիվ ճանապարհով։ Վիրուսները կուտակվում են պալարներում և փոխանցվում հաջորդ սերունդներին, ուստի վիրուսային բեռը անընդհատ աճում է։ Երբ ասում են, որ կարտոֆիլը դեգեներացվում է, խոսքը հենց դրա մասին է։
Վիրուսները իներտ համակարգեր չեն, նրանք ակտիվորեն փոխազդում են ինչպես ընդունող բույսի, այնպես էլ միմյանց հետ: Կան դեպքեր, երբ բույսը, որն արդեն հիվանդ է մի կոնկրետ վիրուսով, չի կարող վարակվել մյուսով։ Եվ կան վիրուսներ, որոնք միայնակ չեն կարող վարակել բույսը, նրանք գործում են միայն այլ վիրուսների հետ համագործակցելով: Վերջերս հրապարակվեց մի աշխատություն, որտեղ նկարագրվում էին վիրուսների ձևերը, որոնք օգնում են բույսերին գոյատևել երաշտը: Նման անսպասելի անցում մակաբուծությունից դեպի փոխադարձություն։
Կարտոֆիլի վրա վիրուսային հիվանդությունների դեմ արդյունավետ քիմիական նյութեր չկան: Նրա առողջությունը բարելավելու համար մշակվել են բավականին բարդ և, որ ամենակարևորը, թանկարժեք մեթոդները՝ in vitro կուլտուրայի միջոցով, միկրոպալարների ստացում։ Բայց արդյունքը պահպանվում է միայն մի քանի սերունդ: Այլ լուծումներ գտնելու համար հարկավոր է ավելի մանրամասն ուսումնասիրել վիրուսների բնութագրերը, ուստի ուսումնասիրությունը շատ ու շատ տեղին է։
– ԳՕՍՏ 33996-2016 «Կարտոֆիլի սերմեր. Տեխնիկական պայմանները և որակի որոշման մեթոդները» թվարկված են հինգ վիրուսներ (PVK - X կարտոֆիլի վիրուս; SBK - S կարտոֆիլի վիրուս; MVK - M կարտոֆիլի վիրուս; YBK - Y կարտոֆիլի վիրուս; VSLK - տերևի գանգրացման վիրուս կարտոֆիլ) և մեկ վիրոիդ (PSTV – potato spindle tuber viroid): Կկենտրոնանա՞ք դրանց վրա։
M.L.: Իմ նախագիծը նպատակ ունի օգտագործել բարձր արդյունավետության մեթոդներ՝ ուսումնասիրելու այն վիրուսները (վիրուսների հավաքածուները), որոնք առկա են Ռուսաստանում կարտոֆիլի վրա: Սա հետաքրքիր է թե՛ մեկ բույսի վրա տարբեր վիրուսների ինչ բարդույթներ են հայտնաբերվել, թե՛ այդ վիրուսների տարածվածության տեսանկյունից։
Ընդհանուր առմամբ, աշխարհում հայտնի է կարտոֆիլի վրա հայտնաբերված ավելի քան 50 վիրուս։ ԳՕՍՏ-ում թվարկվածներն ամենավտանգավորներից են, բացի այդ, ունեն հստակ արտաքին նշաններ։ Այսպիսով, խճանկարային նեկրոզը վիրուսային Y վարակի տարածված դրսևորումն է, և տերևի գանգրացման վիրուսի առկայությունը կարող է որոշվել տերևի շեղբերների բնորոշ դեֆորմացմամբ:
Բայց կան բազմաթիվ վիրուսներ, որոնք իրենց ֆենոտիպային չեն դրսևորում, թեև կարող են ազդեցություն ունենալ նաև բերքի վրա։ Դրանք հազվադեպ են հայտնաբերվում, բայց միայն այն պատճառով, որ չեն փնտրում:
Որպես օրինակ կարող եմ բերել Բույսերի պաշտպանության համառուսաստանյան գիտահետազոտական ինստիտուտի (VIZR) գործընկերների աշխատանքը: 2019 թվականին նրանք հոդված են հրապարակել Ռուսաստանում կարտոֆիլի P վիրուսի հայտնաբերման մասին։ Նախկինում ենթադրվում էր, որ այն տարածվում է բացառապես Հարավային Ամերիկայում։
Հարցն այն է, թե ինչ կբացահայտենք, եթե նայենք ոչ թե «փողոցի լույսի տակ», որտեղ լույս է, այլ որտեղ դեռ չենք նայել։
-Որտե՞ղ եք անցկացնելու ձեր հետազոտությունը:
M.L.: Դրամաշնորհի պայմանների համաձայն՝ ծրագիրը կտևի երկու տարի։ Անցյալ տարի մենք համագործակցեցինք Տուլայի շրջանի կարտոֆիլի ֆերմայի հետ, հավաքեցինք նյութեր, աշխատեցինք տարբեր սորտերի և վերարտադրության հետ: Այս տարի կգնանք այլ մարզեր և կտեսնենք, թե այնտեղ ինչ վիրուսներ են հայտնաբերվել։
Հետազոտության արդյունքները կամփոփվեն 2025 թվականին, որոնց մասին անպայման կպատմենք ռուս կարտոֆիլագործներին։