Рыбу с отредактированным геномом уже выращивают коммерческие операторы аквакультуры в Японии, и эта технология имеет огромный потенциал для улучшения охраны окружающей среды, продуктивности и устойчивости сектора к болезням.
В настоящее время более 25 видов аквакультуры подверглись успешному редактированию генов.
В этом твердо убеждены Ксавье Лаут и Джон Бьюкенен, соответственно директор по инновациям и генеральный директор Центра технологий аквакультуры (CAT), компании, которая находится в авангарде разработки методов редактирования генов для широкого спектра видов аквакультуры.
«Исследования ГМ на рыбе, особенно на тиляпии , наиболее продвинуты, но некоторые ранние стадии работы также ведутся на креветках и устрицах . В CAT мы коммерциализируем 100-процентную стерильность выращиваемой рыбы с помощью редактирования генома. Мы рассматриваем стерильность как необходимое предварительное условие для коммерциализации других полезных изменений генома в аквакультуре. Выращенная на ферме рыба, которая на 100 процентов стерильна, также обеспечивает решение проблемы государственного регулирования технологий ГМ, обеспечивает экологические преимущества за счет сохранения биоразнообразия и повышает производительность и экономику», — размышляет Бьюкенен.
Лаут соглашается, указывая на потребности в питании растущего населения планеты как на основной стимул для использования редактирования генов.
«Речь идет не только об увеличении производства продуктов питания, мы также должны принять во внимание сокращение наших ресурсов и изменение климата и переоценить, какие продукты питания нам нужно производить и как их нужно производить, уделяя особое внимание питанию и эффективности производства. — замечает он.
Объяснение редактирования генома
В то время как GE может поляризовать общественное мнение, Лаут, который использует эту технологию с 2012 года, предлагает очень четкий аргумент в пользу того, почему ее следует принять. Это основано на его прочном понимании научного процесса и на том факте, что это процесс, который происходит естественным образом на регулярной основе.
«Редактирование генома — это, по сути, набор очень точных и программируемых инструментов, которые мы можем использовать для переписывания генетического кода живого организма. Это естественная система, которая развилась у бактерий 1 миллиард лет назад, чтобы помочь им бороться с вирусами. Теперь она была перепрофилирована и оптимизирована в разных версиях, включая CrispR-Cas9 для работы в клетках растений и животных. Технология создает генетические вариации, которые могли бы возникать естественным образом. Первоначально она использовалась для дезактивации генов с большой точностью и эффективностью, но теперь мы можем фактически переписать геном на определенном участке ДНК и заменить неидеальную версию на хорошую и исправить генетические проблемы на корню», — объясняет он.
«По сути, редактирование генов изначально было открытием и превратилось в серию изобретений, которые теперь имеют очень далеко идущие применения в биотехнологии, сельском хозяйстве и медицине. Он создал новый мир, в котором мы можем добиться потрясающих улучшений в сфере здравоохранения и производства продуктов питания, а также в других сферах», — добавляет он.
Использование ГМ в аквакультуре
По словам Лаута, к настоящему времени успешно отредактировано генотипирование более 25 видов аквакультуры, но на сегодняшний день тилапия стала предметом большинства исследований в этой области – из-за ее устойчивого характера, плодовитости и короткого времени размножения.
Между тем, с точки зрения признаков, бесплодие, определение пола, урожайность, рост, пигментация и устойчивость к болезням доминируют в научных исследованиях в этой области.
«Ученые, включая нашу команду из CAT, работают над двумя основными типами исследований. Во-первых, это генная инженерия, которая создаст вариации в генах, ведущие к улучшению коммерческих показателей, что приведет к экономическому прогрессу и устойчивости рыбоводства. Второе — создание инструментов для проведения ГЭ в коммерческих масштабах в отношении рыбы и моллюсков. Такие инструменты необходимы для эффективного внедрения GE в мировую промышленность. Потенциал ГМ заключается в увеличении генетического прогресса на несколько порядков больше, чем это достигается при традиционной селекции по ключевым признакам. Такое улучшение роста, эффективности и устойчивости к болезням произведет революцию в отраслевой стратегии генетического улучшения и в скорости, с которой генетика сможет удовлетворить меняющиеся потребности отрасли аквакультуры», — объясняет Бьюкенен.
Генная инженерия использует механизм, разработанный древними бактериями.
Вехи развития аквакультуры GE
По словам Лаута, первым прорывом CAT в области редактирования генов стало получение тиляпии без пигментации в 2012 году, а в 2018 году им удалось добиться крупномасштабного производства 100-процентно стерильной тиляпии из популяции однополых рыб.
«Это ответило на дилемму, стоящую перед фермерами: они хотят иметь плодородную рыбу в своих программах разведения, но бесплодную рыбу для производства, и патенты в настоящее время поданы в более чем 20 странах на пяти континентах. Мы также показали, что бесплодие улучшает производительность, поскольку энергия, которая была бы направлена на воспроизводство, вместо этого используется для роста», — объясняет он.
В 2019 году, когда компанию приобрела компания Cuna del Mar , CAT запустила новую инициативу по улучшению условий содержания животных, повышению урожайности и росту.
«Недавно были получены данные, которые показывают значительное увеличение роста тилапии на 33 процента в возрасте восьми месяцев по сравнению с ее неотредактированными братьями и сестрами. Это было достигнуто за счет оптимизации баланса между потреблением пищи и расходом энергии», — отмечает Лаут.
Инвестиции Куна-дель-Мар позволили им расширить и открыть современные научно-исследовательские центры по изучению тилапии и креветок.
Совсем недавно Лаут указывает на новаторские технико-экономические исследования по редактированию генов у креветок ваннаме , которые провели Ашутош Пудасаини и Туонг Тран.
«Это была сложная задача — обращение с икрой креветок является серьезной проблемой, поскольку она очень маленькая и очень хрупкая — и потребовало \ лет утомительных усилий, но теперь у них есть система, которая работает очень эффективно, и мы очень гордимся их достижением», — объясняет он.
Правила GE
В то время как GE разделяет общественное мнение и национальные правила, Бьюкенен и Лаут считают, что это становится все более приемлемым.
«Некоторые страны в настоящее время смягчили или дерегулировали регулирование ГМО как естественной формы создания генетических вариаций, поэтому наблюдается тенденция к принятию редактирования генов, но все еще существуют разрывы между научным и политическим управлением и управлением ГМО-продуктами, и существует необходимость в гармонизации рамок регулирования ГМО», — отмечает Лаут.
Бьюкенен указывает на ряд достижений в области регулирования и науки.
«Генетически отредактированная тиляпия для повышения урожайности от AquaBounty была дерегулирована в Аргентине и Бразилии. Хотя в настоящее время ее не выращивают, это может произойти. В Японии были одобрены отредактированный геном красного морского леща и тигрового иглобрюха, которые выращиваются на объектах RAS и продаются в продажу компанией Regional Fish Company, но объемы производства невелики. ГМ уже используется в медицине для лечения заболеваний, вызванных дефектными генами. Свиноводы вывели штамм ГМ свиней, устойчивых к эндемичному вирусу, вызывающему смертность поросят», — объясняет он.
«Большинство правительственных регулирующих органов понимают, что ГЭ неотличима от естественных генетических вариаций и что никакая чужеродная ДНК не привносится. На многих рынках ГМО регулируется иначе, чем ГМО, трансгенные материалы и другие биотехнологии. Это имеет решающее значение для продвижения этой технологии на коммерциализацию. CAT рассматривает внедрение стерильной ГМ-рыбы как катализатор реализации потенциальных преимуществ этой технологии. Мы инвестировали в средства редактирования генома рыб и креветок и собираемся вывести на рынок решение по обеспечению стерильности для редактирования генома», — добавляет он.
Генная инженерия постепенно становится все более популярной, но остается темой, вызывающей разногласия в обществе.
Социальная лицензия
По словам Бьюкенена, поскольку проблемы продовольственной безопасности и окружающей среды стали основными проблемами, потребители становятся более восприимчивыми к преимуществам GE.
«Там, где будет продемонстрировано, что GE приносит пользу рыбе, окружающей среде, потребителю и производителю, тогда потребители примут эту технологию. CAT видит, что большинство потребителей готовы к решениям, которые предлагает технология; мы продолжим пропагандировать преимущества ГМ во всех аспектах рыбоводства», — утверждает он.
Тем временем Лаут рекомендует сотрудничать с регулирующими органами, фермерами, политиками и общественностью для обсуждения рисков и преимуществ технологии редактирования генов.
«Нам нужно лучше объяснить, что изменения в генетическом коде у генно-модифицированных рыб неотличимы от естественных изменений ДНК, которые существуют миллионами, если сравнивать представителей одного вида, и они также происходят спонтанно каждый день. В среднем происходит одна мутация при каждом делении клетки, и мутации могут приводить к кардинальным улучшениям — так работает эволюция. Это естественное явление», — отмечает он.
Коммерческая жизнеспособность
Редактирование генов по-прежнему опирается на методы, которые делают его дорогостоящим для широкого применения в коммерческой аквакультуре, но Лаут предполагает, что ранние последователи поймут потенциальную экономическую отдачу от внедрения технологии, предлагающей привлекательную отдачу от инвестиций. Он указывает на огромную долгосрочную экономию, которую может принести редактирование генов.
«Если вы увеличите эффективность переработки корма в тиляпии на 10 процентов, это удвоит прибыль фермера», — отмечает он.
Однако он реалистично оценивает сроки.
«Одной из проблем является время, необходимое для установления этих линий. Есть виды, для которых это будет медленный, изнурительный процесс, чтобы получить правки и установить линии, особенно для видов рыб, которым требуется четыре года для созревания. Вам нужно иметь по крайней мере два, а скорее всего, три поколения, прежде чем вы получите коммерчески значимую интеграцию вашей правки в популяцию», — отмечает он.
Однако, потратив 12 лет на использование этой технологии – период, за который были достигнуты огромные успехи – он считает, что темпы прогресса продолжают расти.
«Я ожидаю прорывов в методах доставки генного редактирования и лучшего понимания механизмов, которые проложат путь для более эффективных и точных распространенных приложений. Передовые технологии, такие как редактирование оснований, которое может изменить одну букву ДНК на другую, не разрывая цепь ДНК, откроют новые возможности и непревзойденную точность. Они уже с нами, и это действительно захватывающее время для работы в этой отрасли», — замечает он.
Тем временем CAT активно наращивает свою работу в этой сфере.
«Мы стремимся внедрить генетически модифицированные технологии в коммерческое применение для различных признаков и видов и вложили значительные средства в НИОКР в этой области. В 2024 году мы продолжим работать с коммерческими партнерами над 100-процентной стерильностью посредством генетически модифицированных технологий для рыб в коммерческом производстве, что послужит основой для добавления дополнительных генетически модифицированных технологий, полезных для производителей и потребителей, при одновременном содействии охране окружающей среды», — заключает Бьюкенен.
