"O método de edición do xenoma non debe opoñerse aos métodos de selección tradicionais. "Esta é máis ben unha ferramenta nova", subliña o xefe do laboratorio de resistencia ao estrés das plantas. Instituto de Investigación de Biotecnoloxía Agrícola de toda Rusia (VNIISB) Vasily Taranov. – Noutro tempo, os cirurxiáns facían operacións cun coitelo, despois aparecían bisturís, despois láseres. Opcións completamente diferentes foron dispoñibles para a cirurxía. Así que a enxeñaría xenética ofrece unha ferramenta coa que podes levar e mellorar algo, pero non cancela nin substitúe todo o que se usaba anteriormente”.
O Instituto de Investigación de Biotecnoloxía Agrícola de toda Rusia (VNIISB) opera un laboratorio para a resistencia ao estrés das plantas, cuxo traballo se realiza en dúas direccións principais: a busca de xenes que determinan a resistencia das plantas ao estrés abiótico e biótico e a edición do xenoma. de plantas cultivadas para aumentar a súa resistencia ao estrés. A área de investigación dos científicos inclúe patacas e vexetais de terra aberta.
Falamos co xefe do laboratorio Vasily Taranov e coa investigadora senior Marina Lebedeva sobre cales son as características e vantaxes das últimas tecnoloxías, que resultados poden acadar e que problemas dos produtores agrícolas rusos son utilizados polos científicos de laboratorio para resolver.
– Hoxe fálase moito da necesidade de axilizar o proceso de selección. Crese que o método de edición do xenoma permite que isto se faga. É verdade?
V.T.: Sería máis correcto dicir que os métodos biotecnolóxicos axudan non tanto a acelerar a selección como a ampliar as capacidades dos científicos. O proceso de traballo sobre unha variedade aínda é bastante longo, xa que estamos a falar de plantas que teñen un certo ciclo de vida.
Pero faise posible que os especialistas obteñan resultados que serían extremadamente difíciles (se non imposibles) de conseguir mediante os métodos de reprodución tradicionais.
Coa axuda da edición xenómica, podemos introducir deliberadamente unha mutación que afecta directamente a unha característica específica dunha variedade, mantendo o resto do complexo de trazos economicamente valiosos sen cambios.
M.L.: Imaxina que queremos introducir un xene de resistencia dunha pataca silvestre na nosa variedade cultivada mediante métodos de reprodución tradicionais. Para iso, o criador realiza unha serie de cruzamentos do "salvaxe" con determinadas liñas culturais. O problema é que, xunto co xene de resistencia, todos os demais xenes "salvaxes" transfírense á variedade, o que a miúdo é extremadamente indesexable. A enxeñaría xenética permítelle tomar/cambiar só un xene desexado.
– Hai un punto de vista de que a pesar de que o método de edición do xenoma se coñece dende hai uns 10 anos, aínda non deu resultados comerciais notables.
V.T.: Isto non é totalmente certo. As principais empresas de reprodución do mundo utilizan a edición do xenoma e non a ocultan. Pero non sabemos o que fan exactamente e que resultados obteñen.
Non se anuncian os logros porque é máis caro sacar ao mercado unha planta que foi procesada mediante métodos de enxeñería xenética que unha que se obtivera tradicionalmente. E ás veces isto é simplemente imposible de facer.
Ao mesmo tempo, é moi difícil probar que se utilizou a edición do xenoma para crear unha variedade determinada utilizando métodos existentes.
Durante a proba, os especialistas buscarán unha secuencia marcadora no xenoma do organismo; se está presente, recoñecerase a planta como modificada xeneticamente. Pero coa edición xenómica non se introduce nada no xenoma, polo que non se pode atopar nada.
Os cambios adoitan afectar non só a un xene, senón a un lugar específico do xene, literalmente un nucleótido, unha letra. E os miles de millóns de letras restantes seguen como estaban. Para determinar que unha planta foi editada, cómpre ler realmente todo o seu xenoma, cunha cobertura dez veces superior ao estándar para eliminar erros. Ninguén fará unha análise tan voluminosa e moi cara, e o criador sempre pode dicir que obtivo a planta mediante a mutaxénese ou a selección tradicional.
-M.L.: A edición do xenoma en xeral, e especialmente a experiencia do uso destas tecnoloxías en plantas, é unha historia bastante recente.
Non menos importante porque para cambiar unha función cómpre saber o que exactamente e como editala. Os trazos das plantas están determinados por xenes, a maioría das veces un conxunto de xenes, dos que se deben seleccionar obxectivos axeitados para a edición. Pero dilucidar as funcións e a regulación de xenes específicos que contribúen aos trazos de interese require estudos complexos e moitas veces longos. Cando se compara cos animais e cos humanos, podemos dicir que non coñecemos moi ben moitos dos mecanismos moleculares dos trazos das plantas (por exemplo, a resistencia, a produtividade, etc.). Ao mesmo tempo, os xenomas das plantas son máis grandes e complexos, o que non simplifica en absoluto a tarefa. Porén, xa se sabe moito a través da investigación básica en bioloxía vexetal, e canto máis entendemos isto, máis aumentan as nosas posibilidades de modificación.
Ademais, estamos a falar dun método que permite corrixir determinadas características, pero non introducir novas variedades no mercado, traballos nos que, a pesar de certa aceleración, aínda leva anos.
– Os biotecnólogos fan edición de xenes? Como determinan a dirección real do traballo (o propósito da edición)?
V.T.: O biotecnólogo debe traballar en conxunto cun criador exitoso do cultivo elixido e, idealmente, implicar a outros produtores especializados. O criador, xunto cos agricultores, establece a tarefa, o criador axuda a seleccionar xenotipos axeitados. Nós, á súa vez, consultamos con bioquímicos e xenetistas, pensamos o que podemos ofrecer sobre esta base (as características necesarias non sempre están suficientemente estudadas dende o punto de vista biolóxico). Observamos o que realmente podemos facer, levar a cabo a nosa etapa de traballo, devolver a liña resultante ao criador e o criador aporta o resultado á variedade.
- A edición do xenoma é unha tecnoloxía cara?
V.T.: O custo da obtención dunha planta depende do cultivo e de se a planta resultante é editada ou transxénica.
Se falamos de equipos, entón para unha empresa que xa se dedica á obtención de material libre de virus e microclonación, a compra de equipos e reactivos para a edición do xenoma custará unha cantidade relativamente pequena. O obstáculo para comezar tal traballo pode non ser a esmagadora cantidade de investimento, senón a falta de persoal cualificado. Hai moi poucas persoas que poidan asumir e realizar unha tarefa tan especializada.
E volvendo aos custos: o progreso tecnolóxico neste ámbito é moi rápido. Os métodos de edición do xenoma, por exemplo, en 2012, cando se descubriu CRISPR/Cas9 (unha tecnoloxía para editar os xenomas de organismos superiores, baseada no sistema inmunitario das bacterias), e o que temos agora son moi diferentes. A eficiencia operativa aumenta ano tras ano e os custos diminúen.
M.L.: Isto pódese comparar co proxecto de secuenciación do xenoma humano. O primeiro xenoma humano foi secuenciado por un consorcio internacional durante 10 anos por 2.7 millóns de dólares simplemente porque tales tecnoloxías estaban dispoñibles nos anos 90. Actualmente, a secuenciación dun xenoma humano completo custa menos de 1000 dólares e leva un par de días.
– Pasemos a falar do teu laboratorio, está enfocado á ciencia fundamental ou á investigación aplicada?
V.T.: Intentamos facer as dúas cousas. Inicialmente, dábase prioridade ás cousas fundamentais, pero agora intentamos aplicar os nosos desenvolvementos á práctica.
Neste momento, por exemplo, estamos estudando os mecanismos de resistencia da pataca ao virus Y. Este é un traballo fundamental, pero se ten éxito, o resultado será moi interesante para a selección de variedades resistentes.
M.L.: A ciencia fundamental e a aplicada están estreitamente interconectadas; unha non pode existir sen a outra. Se non sabemos como interactúa o virus coa planta, con que proteínas específicas, non poderemos cambialas para que a planta sexa resistente.
Levamos a cabo investigacións sobre o virus Y desde 2018 e agora achegámonos ao feito de que nos próximos dous anos obteremos unha fórmula para a resistencia e, no futuro, o resultado práctico necesario: a planta de pataca non sintetizará proteínas virais, será resistente ao virus.
– ¿Cooperas con empresas/creadores rusos?
V.T.: En patacas, traballamos cunha nova criadora Maria Polyakova, comunicámonos activamente con expertos da Unión da pataca e mantemos contactos co Centro Federal de Investigación da Pataca que leva o seu nome. A.G. Lorja. En canto ao repolo, interactuamos cos criadores e produtores de sementes da Universidade Agraria Estatal de Rusia-Academia Agrícola de Moscova que leva o nome. K.A. Timiryazev de Grigory e Sócrates Monachos. E no que facemos neste ámbito, guiámonos completamente por eles.
– E outra vez sobre virus. Marina Valerievna, a túa gama de intereses científicos inclúe non só o virus Y. En 2023, recibiu unha subvención da Fundación Científica Rusa para realizar investigacións sobre o proxecto "Estudo de viromas de patacas cultivadas (Solanum tuberosum L.) usando métodos de secuenciación de alto rendemento". Por que é interesante este tema?
M.L.: As patacas, en maior medida que moitas outras plantas, sofren enfermidades virais, xa que se propagan de forma vexetativa. Os virus acumúlanse nos tubérculos e transmítense ás próximas xeracións, polo que a carga viral está en constante crecemento. Cando din que as patacas están a dexenerar, é exactamente do que estamos a falar.
Os virus non son sistemas inertes; interactúan activamente tanto coa planta hóspede como entre si. Hai casos nos que unha planta que xa está enferma cun virus específico non pode infectarse con outro. E hai virus que non poden infectar unha planta sós; actúan só en cooperación con outros virus. Recentemente publicouse un traballo que describe formas de virus que axudan ás plantas a sobrevivir á seca. Unha transición tan inesperada do parasitismo ao mutualismo.
Non hai produtos químicos eficaces para combater as enfermidades virais nas patacas. Para mellorar a súa saúde desenvolvéronse métodos bastante complexos e, sobre todo, custosos: mediante cultivo in vitro, obtención de microtuberculos. Pero o resultado só dura unhas poucas xeracións. Para atopar outras solucións, cómpre estudar con máis detalle as características dos virus, polo que o estudo é moi, moi relevante.
– GOST 33996-2016 “Patacas de semente. Condicións técnicas e métodos para determinar a calidade" enuméranse cinco virus (PVK - virus X da pataca; SBK - virus da pataca S; MVK - virus M da pataca; YBK - virus Y da pataca; VSLK - virus do curl das follas. pataca) e un viroide (PSTV – potato spindle tuber viroid). Te centrarás neles?
M.L.: O meu proxecto pretende utilizar métodos de alto rendemento para estudar aqueles viromas (coleccións de virus) que están presentes nas patacas en Rusia. Isto é interesante tanto desde o punto de vista dos complexos de diferentes virus que se atopan nunha planta, como desde o punto de vista da prevalencia destes virus.
En total, coñécense no mundo máis de 50 virus que se atopan nas patacas. Os que figuran en GOST están entre os máis perigosos e, ademais, teñen sinais externos claros. Así, a necrose do mosaico é unha manifestación común da infección polo virus Y, e a presenza do virus do rizo das follas pode determinarse pola deformación característica das láminas das follas.
Pero hai moitos virus que non se manifestan fenotípicamente, aínda que tamén poden ter un efecto sobre o cultivo. Poucas veces se descobren, pero só porque non se buscan.
Como exemplo, podo citar o traballo de compañeiros do Instituto de Investigación de Protección Vegetal de toda Rusia (VIZR). En 2019, publicaron un artigo sobre o descubrimento do virus da pataca P en Rusia. Anteriormente críase que se distribuía exclusivamente en América do Sur.
A pregunta é que descubriremos se non miramos "debaixo da farola" onde hai luz, senón onde aínda non miramos.
-¿Onde vai levar a cabo a súa investigación?
M.L.: Segundo as condicións da subvención, o proxecto terá unha duración de dous anos. O ano pasado colaboramos cunha granxa de patacas da comarca de Tula, recollemos material, traballamos con diferentes variedades e reproducións. Este ano iremos a outras rexións e veremos que virus se atopan alí.
Os resultados do estudo resumiranse en 2025 e definitivamente contarémoslles aos produtores de pataca rusos.