Альтернатива ГМО: як можна конструювати рослини, не втручаючись в геном

Я випадково натрапив на повідомлення про ізраїльський стартап, творець якого розробив технологію селекції, що практично замінює генну інженерію. На мій погляд, це надзвичайно цікаво з двох причин. По-перше, мова йде про малий і середній бізнес в агропромі. По-друге, проблема ГMO досить гостра. В Україні регуляції для генно-модифікованих продуктів немає і величезні масиви землі вже отруєні на роки гербіцидами, так як на них вирощують саме ГМО-насіння.

На початку було ... насіннячко

Тисячі років прості фермери, агрономи-селекціонери, вчені-біологи і генетики займалися виведенням нових сортів рослин, використовуючи найрізноманітніші способи і отримуючи, загалом, чудові результати. Однак, робота по виведенню будь-якого сорту тривала як правило дуже довго і вимагала великих складнощів. Пройшли багато років з моменту, коли абат Грегор Іоханн Мендель заклав фундамент сучасної генетики, до моменту, коли розшифровані геноми багатьох організмів.

У 1973 році вчені вперше застосували своє знання клітинних процесів і генетичного коду і вперше в історії перемістили ген з генотипу одного організму в інший. З тих пір з'явилися сільськогосподарські рослини, створені за допомогою генної інженерії, стійкі до холоду, спеки, хвороб, гербіцидів, а також з поліпшеними харчовими якостями (підвищений вміст білків, вітамінів і т.д.).

Однак з тих чи інших причин значний відсоток населення не бажає, щоб їх годували ГМО і вимагає хоча б маркувати таку продукцію. Таким чином класичні методи генетики продовжують застосовуватися для селекції в сільському господарстві та розвиваються і удосконалюються, активно насичуючись сучасними комп'ютерними технологіями.

У генетичному розумінні процес виведення нових сортів рослин - це зібрати в новому сорті більше бажаних комбінацій генів. У класичному варіанті «догенетіческого бридинга» селекціонери спостерігали тільки фенотип організму, тобто результат схрещування можна було отримати тільки після закінчення процесу. За останні пару десятків років методи маркування ділянок ланцюжка ДНК, що відповідають тому чи іншому набору генів, а значить і властивості рослини, дозволили проводить відбір (селекцію) бажаних варіантів схрещування рослин вже не за отриманим примірником (фенотипом), а по набору генів, позначених маркерами. Оскільки технології маркування та аналізу ланцюжка ДНК стали сьогодні дешевими і доступними, тепер уже швидше і дешевше піддати генетичному аналізу отримане насіння і вибрати з них ті, які володіють відповідним генотипом, ніж виростити з них рослини і досліджувати їх властивості. Така технологія називається MAS (Marker-assisted selection). Однак, до недавнього часу селекціонери працювали тільки з однією властивістю організму. Крім того, ймовірність успіху тут теж обмежена тим, що багато властивостей рослин обумовлені кількома генами або взаємодією між різними генами. До сих пір методології отримання організму із заданою властивістю безперервно вдосконалювалися, але поки вони працювали знову таки тільки з однією ознакою/властивістю рослини.

І ось з'явився EQUI-nom!

Гіль Шалев, вчений-селекціонер, доктор наук з Єврейського університету (Єрусалим-Реховот), вирішив докорінно змінити підхід, використовуючи вже існуючі методики. Він поєднав тотальну розшифровку послідовності генів у ланцюжку ДНК з технологією комп'ютерної обробки великих масивів інформації (благо і те, і інше сьогодні в Ізраїлі не представляє великих проблем і не так уже й дорого коштує) і проектував відразу всі необхідні якості, домагаючись їх отримання в ході одного процесу.

Як?

Перший етап отримання нового продукту - створення TPGC (Target Product Genomic Code). TPGC - «генетичний рік цільового продукту», це «генна карта» або карта генотипу майбутнього сорту. Її створення починається з побудови «моделі продукту» (TP), в якій визначаються всі необхідні якості і властивості нового сорту. Після складання такої «специфікації», інформація вводиться в комп'ютер і він починає серію обчислень з метою перевести «мову фенотипу», тобто набір якостей їх співвідношення, на «мову генотипу» або GC - генетичний код. Робить він це, використовуючи величезні масиви даних про «розшифровані» ДНК вже існуючих сортів рослин. База даних складається заздалегідь, на підготовчому етапі, і в ній фіксуються ділянки ДНК, що визначають ті чи інші властивості рослини, а також і їх молекулярні маркери. Алгоритм EQUInom дозволяє обчислити не тільки ймовірне місце розташування безлічі локусів генома, але і їх ймовірнеу взаємодію, включаючи гетерозис (посилення властивості) і епістазіс (отримання нової якості). Отримані варіанти генома дозволяють на ранніх стадіях «польового процесу», коли вже йде реальне схрещування сортів, здійснювати селекцію на дуже ранніх стадіях, без повторної «висадки» насіння і спостереження за отриманими властивостями! А значить, економить масу сил, засобів і часу. За даними розробника, процес прискорюється вдвічі, витрати зменшуються на стільки ж і більше. А ймовірність отримання потрібного сорту піднімається з 10-15% при класичному процесі до 50%.

Першим продуктом фірми став сорт кунжуту, пристосований для механізованого збирання з одночасним поліпшенням харчових характеристик насіння (жирність, наприклад). Фірма працює і з іншими сільськогосподарськими культурами і різними компаніями. Наприклад, з «PepsiCo».

Крім висоти рослини або кількості білків, можна замовити стійкість до типу клімату, кількість харчових компонентів, аж до певних амінокислот, наприклад. І навіть такий параметр, як вирощування помідорів в теплиці під сіткою або плівкою може бути прийнятий до уваги.

На сторінках преси, в соціальних мережах, на телеканалах журналісти, активісти, політики і фахівці ламають списи в суперечках про те, чи призведе ставка на розвиток аграрного сектора в Україні до перетворення країни в відсталий «харчової придаток» західного світу або зможе підштовхнути національну економіку до стабільного зростання. Залишаючи найстаріший в країні киббуц «Гиват Бренер», в якому базується EQUInom, я думаю, що все ж таки мають рацію другі. У агропрому є потенціал не тільки нарощувати експорт простий продукції, але і «ініціювати» розвиток високих технологій, як це відбувається в Ізраїлі: генетики, селекціонери і комп'ютерник працюють на кунжутним зернятком, намагаючись його зробити продуктивнішим і кориснішим і процвітають.