Новости

23 ноября, 2018 15:50

Картошку мы все уважаем… Биотехнологии сделают главный овощ страны более вкусным и здоровым

Так уж вышло, что много лет назад выпускника биофака МГУ Михаила ТАЛЬЯНСКОГО распределили в аспирантуру НИИ картофельного хозяйства. Однако проблемами главного овоща страны начинающему ученому все же заняться не пришлось - он попал в отдел биохимии. Да и то ненадолго, поскольку снова вернулся на биофак. Но, что удивительно, судьба, направив однажды М.Тальянского на овощную стезю, так и не дает ему с нее свернуть. Сначала - в Шотландии: 24 года ученый работает в Институте Джеймса Хаттона - организации не только академической, но и прикладной - раньше это был Институт растениеводства. Правда, и здесь сферой его интересов стала молекулярная биология, а в последние годы еще и бионанотехнологии. М.Тальянский увлекся применением в сельском хозяйстве природных наночастиц, в том числе вирусов.
Фото: Михаил Тальянский. Источник: пресс-служба РНФ

- А как же их вредный характер?

- Это самое распространенное заблуждение, - объясняет доктор биологических наук Михаил Тальянский. - Ведь мы соседствуем с вирусами растений: в цветке на моем подоконнике их не меньше грамма. Хватает их и на наших пальцах, особенно у курильщиков. Кроме того, существует множество методов, делающих вирусы более безопасными. В фундаментальных исследованиях и экспериментах природные наночастицы микроорганизмов выгодно отличаются от инженерных (искусственных). Этим я и занимался в Шотландии - создавал новые биологически безопасные и экологически чистые наноматериалы. Затем в нашей стране неожиданно встала проблема здорового картофеля. Обсуждение ее растянулось на несколько лет. Пока, наконец, два года назад Министерство образования и науки не объявило конкурс на мегагранты пятой очереди, и меня пригласили принять в нем участие. Я согласился, мегагрант мы выиграли, и, согласно его условиям, мне предстояло организовать лабораторию в Институте биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова (ИБХ РАН). И теперь я работаю здесь. Еще мы выиграли грант Российского научного фонда по проекту геномного редактирования картофеля, который проводим на базе ООО “Дока - Генные Технологии” в Дмитровском районе Московской области.

- Как так получилось, что молекулярный генетик занялся картофелем?

- Конечно, я не взялся бы за его разведение. Но речь шла вовсе не об этом, а о применении замечательной перспективной программы геномного редактирования. Мне было очень интересно в нее окунуться.

- Если совсем просто, что она собой представляет?

- Эта необыкновенная технология позволяет целенаправленно проводить мутации и по собственному усмотрению менять структуру генома. Лет 10-12 назад мой коллега по МГУ Евгений Кунин (сейчас - академик Академии США), использовав биоинформатические методы, предсказал существование новой иммунной системы у бактерий, содержащих так называемые CRISPR-каскады, кодирующие “защитные” белки, и короткие молекулы РНК, определяющие специфичность действия защитных белков. Оказалось, что данные каскады можно использовать в практических целях, чтобы резать (в прямом смысле) любую ДНК в определенном месте. Таков ответ иммунной системы на вмешательства вредных бактерий.
Затем известные американские исследователи Дженифер Дудна и Фенг Женг предположили, что раз бактерии используют это явление в качестве защиты, то не попробовать ли сделать то же самое для лечения человека? Провели серию экспериментов и доказали, что фермент Cas9 способен резать ДНК в любом заданном месте. Значит, можно идти дальше: в месте разреза вставлять все что угодно - фермент, ген - чтобы изменить структуру, скажем, клетки растения и тем самым улучшить качество любой сельско­хозяйственной культуры. А человеку помогли бы “поправить организм”, вылечив таким образом от множества болезней. Безусловно, это - революция в биотехнологиях. С помощью эффективного метода можно, например, изучить функции генов, то есть провести фундаментальные исследования, цель которых - дальнейшее познание возможностей этой необыкновенной технологии. Выключать, допустим, определенные гены, заменять их, менять местами. Уникальных возможностей масса.

1

- Чем вас привлек конкурс РНФ?

- На биофаке МГУ я вел фундаментальные исследования в области молекулярной биологии. В Шотландии увлекся, как уже говорил, бионанотехнологиями. В Китае, где работал недолго, занимался нанотехнологиями в растениеводстве. Использовал разные наночастицы, чтобы доставлять геномный материал в клетки растений, - таковы возможности все той же программы редактирования генома - не допустив превращения продукта в генномодифицированный, что запрещено практически везде в мире. Этого, вероятно, можно добиться методом геномного редактирования, позволяющим использовать технологии, свободные от ДНК. Таким образом, много лет изучал и применял программу редактирования генома, но лишь по частям. Грант дал мне возможность освоить всю ее целиком. Это был шанс, и я постарался им воспользоваться, хотя речь шла о картофеле.

- Но у нас в стране он известен уже несколько столетий. Его сорта как только ни улучшали. Зачем еще менять его свойства?

- Картофель действительно совсем неплох, но совершенствовать все равно есть что. Например, его устойчивость к патогенам - вредным микроорганизмам - вирусам, бактериям, грибам... Необходимо его укрепить, чтобы он не боялся никакой заразы. К тому же эта культура умеренного климата плодоносит даже при низких температурах. Однако из-за глобального потепления картофель стал испытывать стресс, к которому, заметим, чрезвычайно чувствителен. И наша задача - защитить его от всех напастей. Сделать это можно с помощью метода геномного редактирования. Но при этом необходимо соблюдать необыкновенную осторожность с чужеродными ДНК, избегая их введения в клетки и используя только РНК и белки, чтобы любимый овощ не стал генномодифицированным.
Мы постарались этого избежать, разработав новый метод геномного редактирования - без ДНК, но с использованием наночастиц в качестве платформы для доставки макромолекул (РНК и белок) в клетки. Отмечу, что когда мы подавали заявку на грант в конце 2015 года, ничего подобного в мире еще не знали. Предстояло провести принципиально новое исследование. Это меня тоже привлекало. И еще один очень важный момент. Проект представлял собой как бы цепочку, в которой фундаментальные исследования переходили в прикладные, а на завершающем этапе предусматривал подключение компании, способной выращивать картофель с защитными свойствами

- Три года почти прошло, грант РНФ заканчивается. Что удалось сделать, а что еще предстоит?

- Метод геномного редактирования разработан, и сейчас мы готовы вносить в клетки растений все что угодно, чтобы исправить характеристики картофеля. Фундаментальная задача выполнена, а практическое продолжение, уверен, при достаточном финансировании также возможно. Достичь успеха удалось благодаря созданному нами с нуля великолепному коллективу. Такой квалифицированной междисциплинарной научной группы в нашей стране еще не было. В нее вошли отличные специалисты разных профилей: биологи из НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского МГУ, биохимики из ИБХ РАН и картофелеведы из компании Александра Михайловича Чуенко (в прошлом - физика, работавшего в Зеленограде, а теперь главы фирмы). Всего 10 человек. Они прекрасно сработались и дополняли друг друга, а, главное, горели желанием выполнить интереснейший проект, соединив разные элементы исследований в единое целое. А когда столкнулись с реальной проблемой, убедились, что метод, на который мы так рассчитывали, не работает и мы не в состоянии осуществить задуманное, нашли выход. У нас все получилось! За что я благодарен РНФ? Грант позволил сформировать оптимальный, необходимый для решения конкретной задачи научный коллектив. И, что важно, нам никто не указывал, сколько и откуда брать сотрудников. Фонд в это не вмешивался - спасибо ему за это. Уверен, в противном случае успеха мы бы вряд ли добились.

- Так каким теперь будет картофель?

- Сказать пока трудно. Мы свою программу выполнили - разработали метод доставки. Однако решили, что пока будем вести себя тихо и не станем трубить в научной печати о наших достижениях. Мы ищем ответ на вопрос, что с нашим методом делать дальше, как использовать на практике? Я вижу несколько направлений. В первую очередь для изучения культур картофеля предстоит исследовать роль каждого гена - идентифицировать хорошие и плохие (последние уничтожить). Это чрезвычайно важно, поскольку сделает картофель устойчивым к патогенам, вирусам, грибам. Он сможет выдерживать высокие температуры и не бояться стресса. Еще одна задача - создание новых геномных технологий. Они позволят достигать в картофелеводстве тех же самых целей, но за более короткий срок. Если мы преодолеем оставшиеся трудности, то резко сократим время выращивания новых сортов: не за 7-10 лет, как сейчас, а всего за три года. К тому же урожайность картофеля и его ценные свойства повысятся.

- Что нужно, чтобы ваш метод заработал?

- Все просто: желание и возможности. Чтобы они совпали, потребуется новый весомый грант. Тогда мы сможем продолжить, как я уже говорил, поиск полезных генов. Задача сложная, ведь придется перебрать буквально все гены картофеля, а их приблизительно 39 000, и посмотреть, будет от них прок или нет. Для этого исследования потребуются достаточные средства, современные приборы и время, естественно. Думаю, лет пять хватит.

- Ваш метод ведь не ограничивается одним только картофелем?

- Безусловно. Его можно распространить на кукурузу, пшеницу, ячмень, огурцы, томаты, усовершенствовать массу сельскохозяйственных растений.


29 ноября, 2022
Ученые разработали эффективный способ редактирования генома коров
Ученые Уральского федерального аграрного НИЦ УрО РАН (Екатеринбург) и Института биологии гена РАН (М...
18 ноября, 2022
Молодые ученые ИГУ открыли новые полезные свойства трюфелей
Проект по исследованию трюфелевых грибов и созданию трюфельной фермы молодых ученых лаборатори...