По данным Министерства сельского хозяйства США, урожай пшеницы в США в этом году был самым низким за последние 15 лет. Причины исходят из низких цен и влажной весенней погоды, что способствовало распространению вредителей и болезней. Но некоторые производители ищут точные методы редактирования генов для выращивания пшеницы, которая может производить более твердые, более успешные зерна.
Между тем, бактериальный ожог риса, вызванный Xanthomonas oryzae, уничтожает урожай в Азии и Африке. На недавней конференции в Сан-Диего селекционеры изучали исследования с использованием методов генетического редактирования, чтобы сделать рис менее восприимчивым к патогену, не вводя никаких генов из других организмов.
С тех пор, как люди перестали кочевать и стали выращивать растения, они начали выбирать те их них, которые им больше всего нравятся. Размножение растений с тех пор было достигнуто с помощью целого ряда методов, в том числе основного целевого мутантного растительного и селективного, направленного мутагенеза, переноса зародышевой плазмы из дикой природы в домашние растения и трансгенных комбинаций, которые дали нам современные гербицидно-стойкие культуры. Но теперь новое редактирование гена CRISPR дает возможность радикально изменить способ выращивания сельскохозяйственных культур.
Проще говоря, «кластеризованные регулярно пересекающиеся короткие палиндромные повторы», эти естественные, но причудливые последовательности ДНК используются бактериями для борьбы с болезнями, и теперь они находятся под пристальным наблюдением по причине своего потенциала по созданию новых свойств в растениях. Но, как и любая новая технология, есть несколько недостатков, которые могут или не могут блокировать ее использование в коммерческих целях, и не все из них связаны с «анти» активизмом.
Но пищевая промышленность предпочла бы не рисковать технологией, которая еще не была частью какой-либо имеющейся в продаже пищи. В частности, они хотели бы, чтобы преимущества технологии CRISPR избегали общественного мнения и нормативные препятствия, которые замедляли принятие трансгенных и так называемых «ГМО» приложений к растениям, культурам и продовольствию.
С этой целью члены пищевой промышленности (например, Американский Свиной Совет, Monsanto, Syngenta и Bayer) создали Коалицию по ответственному генному редактированию в сельском хозяйстве. Эта организация надеется начать больше говорить с потребителями о еде, CRISPR и укреплять доверие между этими потребителями и производителями продуктов питания. «Если люди доверяют вам, наука не имеет значения. Если люди не доверяют вам, наука имеет значение», - сказал Чарли Арно, генеральный директор Центра по обеспечению продовольственной целостности и лидер коалиции.
Что касается регулирующей стороны, то до сих пор Министерство сельского хозяйства США обходит стороной подход к сбору урожая и других продуктов, которые были изменены с помощью CRISPR. Отвечая на измененный c помощью CRISPR коричневый гриб, агентство сообщило, что оно не будет регулировать продукты, разработанные CRISPR, потому что в пище нет инородного генетического материала. Тем временем Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США заявило, что будет продолжать проверять продукты, чтобы определить, является ли конечный продукт безопасным.
Некоторые группы, которые выступали против ГМО и трансгенных препаратов, также предупреждали о CRISPR. Дуг Гуриан-Шерман, директор по устойчивому сельскому хозяйству из Центра продовольственной безопасности, предупредил, что «чем больше мы узнаем об этой технологии, тем больше мы уверены, что эта технология все еще нуждается в регулировании. Может быть, в какой-то момент это не понадобится, но это все еще новая технология».
Хотя для одобрения Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США не было представлено ни одного продукта, в работе находятся несколько экспериментов:
- Франциско Барро, биолог завода из Института устойчивого сельского хозяйства в Кордове, Испания, и его команда используют CRISPR для выбивания генов в пшенице, которые отвечают за глиадины, часть глютена, которые наиболее ответственны за проявление целиакии у восприимчивых людей. Белок глиадина имеет 45 копий гена, которые вызывают проблемы; до сих пор команда Барро выбила 35 из них.
- AddGene, компания из Кембридж, штат Массачусетс, которая производит и хранит плазмиды для исследователей, недавно начала строительство CRISPR плазмидов для широкого спектра применений. Компания утверждает, что обработала более 95 000 запросов на структуры и связи CRISPR.
- Производители помидоров долгое время были разочарованы сочетанием двух (индивидуально) полезных особенностей, одна особенность, которая способствовала увеличению роста овощей, а другая - устранению «суставов» в ветвях томатов, которые облегчали сбор урожая. Однако, комбинируя особенности используя традиционные методы, производились томаты, которые сильно ветвились, уменьшая урожайность. Генетик Захари Липпман из лаборатории Cold Spring Harbor отметил, что CRISPR может закрыть специфические гены, лежащие в основе гиперветвящегося поведения.
Рынок инструментов и продуктов для исследований CRISPR продолжает расти, но ученые все еще опасаются побочных эффектов. Техника, хотя и точная, может иногда делать точные разрезы в неправильных частях генома, чего достаточно, чтобы (по крайней мере на данный момент) сорвать способность производить необходимые свойства.
Однако в биологии растений эти побочные эффекты могут быть менее проблематичными. Как показало ранее упомянутое исследование глиадины/глютена, у растительных геномов много избыточных генов, поэтому многие гены должны быть выбиты, чтобы закрыть определенный путь восстановления особенности. Использование CRISPR на нескольких семействам генов может увеличить риск побочных эффектов, но исследователи обнаружили, что очень мало или вообще отсутствуют какие-либо побочные эффекты у растений. Это может быть связано с тем, что растения используют негомологичную рекомбинацию, которая не требует сопряжения структурно идентичных концов ДНК по сравнению с животными, которые восходят к разрыву ДНК с гомологичной рекомбинацией, сказала Кара Соярс, аспирант Университета Северной Каролины, работающий с CRISPR.
Существует также давняя проблема с CRISPR-Cas9, сравнивающая резку гена для его редактирования и фактическое изменение базовой пары или добавление ДНК. Разрезать легко, а добавить базовые пары все еще намного сложнее. Недавно исследователи внедрили методы, которые связаны с изменением отдельных базовых пар без резки, поэтому продолжается прогресс в расширении эффективных применений этой новой техники.
В течение последних нескольких лет CRISPR брал исследовательский мир штурмом. Будет ли этот штурм распространяться на селекцию сельскохозяйственных культур, будет зависеть от науки, а также от общественного и нормативного принятия.