Поиск - новости науки и техники

Картошку все мы 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. 
– 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. 
– 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. 
Юрий ДРИЗЕ
Иллюстрации предоставил М.ТАЛЬЯНСКИЙ

Нет комментариев