Дорожная карта использования вирусов для улучшения урожая
Международная группа исследователей под руководством Института молекулярной и клеточной биологии растений (IBMCP) в составе Испанского национального исследовательского совета (CSIC) в статье в Nature Reviews Bioengineering отмечает парадокс: люди, скот и домашние животные получают пользу от вирусных вакцин и генной терапии, а сельскохозяйственные культуры — нет.
Исследование предлагает дорожную карту по использованию аттенуированных (ослабленных) вирусов для повышения устойчивости культур к экстремальным и меняющимся климатическим условиям или для производства пищевых добавок. По мнению авторов, это более эффективная и устойчивая альтернатива агрохимикатам и более быстрый метод, чем традиционная селекция.
Авторы предлагают использовать вирусные векторы на основе безвредных для растений вирусов для внедрения специфических генов в культуры и улучшения их агрономических признаков. Эти векторы можно применять для:
- Индукции цветения и ускорения сбора урожая.
- Разработки улучшенных сортов.
- Модификации архитектуры растений для облегчения механизации.
- Повышения засухоустойчивости.
- Производства метаболитов, полезных для здоровья человека.
«Представьте, что вы используете компьютер без интернета, и для каждого обновления ПО вам нужно покупать новый компьютер. Наша идея — использовать вирус как USB-накопитель: вы подключаете его, устанавливаете обновления и продолжаете пользоваться компьютером», — поясняет ведущий автор Фабио Пасин (CSIC, IBMCP).
Эти векторы также можно использовать для точного редактирования генома с помощью CRISPR-Cas для достижения наследуемых улучшений, например, длины и веса зерна у пшеницы или цвета плодов у томатов. Временные улучшения с помощью вирусных векторов предлагают быструю альтернативу агрохимикатам.
Парадоксы регулирования
Авторы указывают на несколько парадоксов:
- Рекомбинантные вирусы считаются безопасными для введения людям (например, вакцины против COVID-19) и животным, но их сельскохозяйственное использование не зарегистрировано.
- Люди и животные могут получать пользу от генной терапии на основе рекомбинантных вирусов, а культуры — нет.
- Рекомбинантные вирусы можно выпускать в окружающую среду для вакцинации диких животных (например, для контроля бешенства), но их использование в сельском хозяйстве, даже в контролируемых условиях, не разрешено.
Что нужно для внедрения?
Ключевым препятствием являются регуляторные вопросы. Подход с временной доставкой генов — это новый тип продукта, биологического, но не имеющего аналогов на рынке для сельскохозяйственного использования.
Процесс регулирования можно ускорить, используя рекомбинантные вирусы с системами биобезопасности и применяя технологию сначала для культур, используемых на корм животным, для производства текстильных волокон, биотоплива или в декоративных целях.
В настоящее время технология вирусных векторов для растений находится в продвинутой исследовательской фазе, и её эффективность доказана в экспериментальных условиях. В CSIC исследователи оптимизируют технологические платформы для ускорения разработки и валидации сельскохозяйственных применений, используя подходы синтетической биологии, и изучают применение векторов для улучшения агрономических характеристик таких культур, как томаты.