"El mètode d'edició del genoma no s'ha d'oposar als mètodes de selecció tradicionals. "Aquesta és més aviat una eina nova", subratlla el cap del laboratori de resistència a l'estrès de les plantes. Institut de Recerca de Biotecnologia Agrícola de tot Rússia (VNIISB) Vasily Taranov. – Hi havia una vegada, els cirurgians feien operacions amb un ganivet, després van aparèixer bisturís, després làser. Es van disposar d'opcions completament diferents per a la cirurgia. Per tant, l'enginyeria genètica ofereix una eina amb la qual pots agafar i millorar alguna cosa, però no cancel·la ni substitueix tot el que s'utilitzava anteriorment”.
L'Institut de Recerca de Biotecnologia Agrícola de tot Rússia (VNIISB) opera un laboratori de resistència a l'estrès de les plantes, el treball del qual es porta a terme en dues direccions principals: la recerca de gens que determinen la resistència de les plantes a l'estrès abiòtic i biòtic i l'edició del genoma. de plantes cultivades per tal d'augmentar la seva resistència a l'estrès. L'àrea de recerca dels científics inclou patates i verdures a terra.
Parlem amb el cap del laboratori Vasily Taranov i la investigadora sènior Marina Lebedeva sobre quines són les característiques i els avantatges de les últimes tecnologies, quins resultats poden aconseguir i quins problemes dels productors agrícoles russos els utilitzen els científics de laboratori per resoldre.
– Avui es parla molt de la necessitat d'agilitzar el procés de selecció. Es creu que el mètode d'edició del genoma permet fer-ho. Això és cert?
V.T.: Seria més correcte dir que els mètodes biotecnològics ajuden no tant a accelerar la selecció com a ampliar les capacitats dels científics. El procés de treball d'una varietat encara és força llarg, ja que estem parlant de plantes que tenen un cert cicle de vida.
Però és possible que els especialistes obtinguin resultats que serien extremadament difícils (si no impossibles) d'aconseguir amb els mètodes de cria tradicionals.
Amb l'ajuda de l'edició genòmica, podem introduir deliberadament una mutació que afecti directament una característica específica d'una varietat, mantenint la resta del complex de trets econòmicament valuosos sense canvis.
M.L.: Imagineu que volem introduir un gen de resistència d'una patata silvestre a la nostra varietat cultivada mitjançant mètodes de cria tradicionals. Per fer-ho, el criador realitza una sèrie d'encreuaments del “salvatge” amb determinades línies culturals. El problema és que juntament amb el gen de resistència, tots els altres gens "salvatges" es transfereixen a la varietat, que sovint és extremadament indesitjable. L'enginyeria genètica us permet prendre/canviar només un gen desitjat.
– Hi ha un punt de vista que malgrat que el mètode d'edició del genoma és conegut des de fa uns 10 anys, encara no ha donat resultats comercials notables.
V.T.: Això no és del tot cert. Les empreses de cria líders del món utilitzen l'edició del genoma i no l'amaguen. Però no sabem què fan exactament i quins resultats obtenen.
Els èxits no s'anuncien perquè és més car portar al mercat una planta que s'ha processat mitjançant mètodes d'enginyeria genètica que una que s'obtenia tradicionalment. I de vegades això és simplement impossible de fer.
Al mateix temps, és molt difícil demostrar que l'edició del genoma s'ha utilitzat per crear una varietat en particular utilitzant mètodes existents.
Durant la prova, els especialistes buscaran una seqüència marcador en el genoma de l'organisme; si està present, es reconeixerà la planta com a modificada genèticament. Però amb l'edició genòmica, no s'introdueix res al genoma, de manera que no es pot trobar res.
Els canvis sovint afecten no només un gen, sinó un lloc específic del gen, literalment un nucleòtid, una lletra. I els milers de milions de cartes restants romanen com estaven. Per determinar que una planta s'ha editat, cal llegir realment tot el seu genoma, amb una cobertura deu vegades superior a l'estàndard per eliminar errors. Ningú farà una anàlisi tan voluminosa i molt costosa, i el criador sempre pot dir que va obtenir la planta mitjançant la mutagènesi o la selecció tradicional.
– M.L.: L'edició del genoma en general, i especialment l'experiència d'utilitzar aquestes tecnologies en plantes, és una història força recent.
No menys important perquè per canviar una funció cal saber què exactament i com editar-la. Els trets de les plantes estan determinats per gens, sovint un conjunt de gens, dels quals s'han de seleccionar els objectius adequats per a l'edició. Però dilucidar les funcions i la regulació de gens específics que contribueixen a trets d'interès requereix estudis complexos i sovint llargs. En comparació amb animals i humans, podem dir que no coneixem molt bé molts dels mecanismes moleculars dels trets vegetals (per exemple, la resistència, la productivitat, etc.). Al mateix temps, els genomes de les plantes són més grans i complexos, cosa que no simplifica gens la tasca. Tanmateix, ja se sap molt a través de la investigació bàsica en biologia vegetal, i com més ho entenem, més augmenten les nostres possibilitats de modificació.
A més, estem parlant d'un mètode que permet corregir determinades característiques, però no introduir noves varietats al mercat, treballs que, malgrat una certa acceleració, encara triguen anys.
– Els biotecnòlegs fan edició de gens? Com determinen la direcció real de l'obra (el propòsit de l'edició)?
V.T.: El biotecnòleg ha de treballar conjuntament amb un obtentor d'èxit del cultiu escollit i, idealment, implicar altres productors especialitzats. El criador, juntament amb els agricultors, estableix la tasca, el criador ajuda a seleccionar els genotips adequats. Nosaltres, al seu torn, consultem amb bioquímics i genetistes, pensem què podem oferir sobre aquesta base (les característiques necessàries no sempre estan prou estudiades des del punt de vista biològic). Ens fixem en què podem fer realment, dur a terme la nostra etapa de treball, retornar la línia resultant al obtentor i el obtentor aporta el resultat a la varietat.
- L'edició del genoma és una tecnologia cara?
V.T.: El cost d'obtenir una planta depèn del cultiu i de si la planta resultant és editada o transgènica.
Si parlem d'equips, per a una empresa que ja es dedica a obtenir material lliure de virus i microclonatge, la compra d'equips i reactius per a l'edició del genoma costarà una quantitat relativament petita. L'obstacle per començar aquest treball pot no ser l'aclaparadora quantitat d'inversió, sinó la manca de personal qualificat. Hi ha molt poques persones que puguin assumir i realitzar una tasca tan especialitzada.
I tornant als costos: el progrés tecnològic en aquest àmbit és molt ràpid. Els mètodes d'edició del genoma, per exemple, el 2012, quan es va descobrir CRISPR/Cas9 (una tecnologia per editar els genomes d'organismes superiors, basat en el sistema immunitari dels bacteris), i el que tenim ara són molt diferents. L'eficiència operativa augmenta any rere any i els costos disminueixen.
M.L.: Això es pot comparar amb el projecte de seqüenciació del genoma humà. El primer genoma humà va ser seqüenciat per un consorci internacional durant 10 anys per 2.7 milions de dòlars simplement perquè aquestes tecnologies estaven disponibles als anys 90. Actualment, seqüenciar un genoma humà complet costa menys de 1000 dòlars i triga un parell de dies.
– Passem a parlar del teu laboratori, està enfocat a la ciència fonamental o a la recerca aplicada?
V.T.: Intentem fer les dues coses. Inicialment es donava prioritat a les coses fonamentals, però ara estem intentant aplicar els nostres desenvolupaments a la pràctica.
En aquests moments, per exemple, estem estudiant els mecanismes de resistència de la patata al virus Y. És un treball fonamental, però si té èxit, el resultat serà molt interessant per a la selecció de varietats resistents.
M.L.: La ciència fonamental i la ciència aplicada estan estretament interconnectades; una no pot existir sense l'altra. Si no sabem com interactua el virus amb la planta, amb quines proteïnes específiques, no podrem canviar-les per fer que la planta sigui resistent.
Portem investigacions sobre el virus Y des del 2018 i ara ens apropem al fet que en els propers dos anys obtindrem una fórmula de resistència, i en el futur el resultat pràctic necessari: la planta de patata no sintetitzarà proteïnes virals, sinó que serà resistent al virus.
– Coopereu amb empreses de cria/criadors russos?
V.T.: Sobre les patates, treballem amb una jove criadora Maria Polyakova, ens comuniquem activament amb experts de la Unió de la Patata i mantenim contactes amb el Centre Federal de Recerca de la Patata que porta el nom. A.G. Lorja. Pel que fa a la col, interactuem amb criadors i productors de llavors de la Universitat Agrària Estatal de Rússia-Acadèmia Agrària de Moscou que porta el seu nom. K.A. Timiryazev de Grigori i Sòcrates Monachos. I en el que fem en aquest àmbit, ens guiem completament per ells.
– I de nou sobre els virus. Marina Valerievna, el vostre ventall d'interessos científics inclou no només el virus Y. El 2023, vau rebre una subvenció de la Fundació Científica Russa per dur a terme investigacions sobre el projecte "Estudi de viromes de patates cultivades (Solanum tuberosum L.) mitjançant mètodes de seqüenciació d'alt rendiment". Per què és interessant aquest tema?
M.L.: Les patates, en major mesura que moltes altres plantes, pateixen malalties víriques, ja que es propaguen vegetativament. Els virus s'acumulen als tubercles i es transmeten a les properes generacions, de manera que la càrrega viral augmenta constantment. Quan diuen que les patates estan degenerant, d'això estem parlant exactament.
Els virus no són sistemes inerts; interactuen activament tant amb la planta hoste com entre ells. Hi ha casos en què una planta que ja està malalta amb un virus específic no pot infectar-se amb un altre. I hi ha virus que no poden infectar una planta sols; només actuen en cooperació amb altres virus. Fa poc es va publicar un treball que descriu formes de virus que ajuden les plantes a sobreviure a la sequera. Una transició tan inesperada del parasitisme al mutualisme.
No hi ha productes químics efectius per combatre les malalties víriques de les patates. Per millorar la seva salut, s'han desenvolupat mètodes força complexos i, sobretot, cars: mitjançant cultiu in vitro, obtenció de microtuberculs. Però el resultat només dura unes quantes generacions. Per trobar altres solucions, cal estudiar les característiques dels virus amb més detall, de manera que l'estudi és molt i molt rellevant.
– GOST 33996-2016 “Patates de llavors. Condicions tècniques i mètodes per determinar la qualitat" s'enumeren cinc virus (PVK - virus de la patata X; virus de la patata SBK - S; virus de la patata MVK - M; virus de la patata YBK - Y; VSLK - virus del curl de fulla). patata) i un viroide (PSTV – potato spindle tuber viroide). Et centraràs en ells?
M.L.: El meu projecte pretén utilitzar mètodes d'alt rendiment per estudiar aquells viromes (col·leccions de virus) que estan presents a les patates a Rússia. Això és interessant tant des del punt de vista de quins complexos de diferents virus es troben en una planta, com des del punt de vista de la prevalença d'aquests virus.
En total, es coneixen més de 50 virus que es troben a les patates al món. Els que figuren a GOST es troben entre els més perillosos i, a més, tenen signes externs clars. Així, la necrosi del mosaic és una manifestació comuna de la infecció pel virus Y, i la presència del virus de l'enrotllament de les fulles es pot determinar per la deformació característica de les fulles.
Però hi ha molts virus que no es manifesten fenotípicament, encara que també poden afectar el cultiu. Poques vegades es descobreixen, però només perquè no es busquen.
Com a exemple, puc citar el treball de col·legues de l'Institut de Recerca de Protecció Vegetal de tota Rússia (VIZR). L'any 2019 van publicar un article sobre el descobriment del virus de la patata P a Rússia. Abans es creia que es distribuïa exclusivament a Amèrica del Sud.
La pregunta és què descobrirem si no mirem “sota el fanal” on hi ha llum, sinó on encara no hem mirat.
– On realitzaràs la teva recerca?
M.L.: Segons les condicions de la subvenció, el projecte tindrà una durada de dos anys. L'any passat vam col·laborar amb una granja de patates de la regió de Tula, vam recollir material, vam treballar amb diferents varietats i reproduccions. Aquest any anirem a altres regions i veurem quins virus s'hi troben.
Els resultats de l'estudi es resumiran el 2025 i, sens dubte, els explicarem als productors de patates russos.