Автор: Rob Fletcher
Стаття від: 2 грудня 2024 року
Виробництво стерильних тварин має широкий спектр переваг над виробництвом фертильних, а редагування геному наразі є найперспективнішою технологією для забезпечення того, щоб стерилізація була і можливою, і ефективною.
У CAT є команда вчених, які працюють над проектами з редагування геному низки видів водних тварин © CAT
Тож вітайте команду Центру технологій аквакультури (CAT) – одного з провідних представників галузі, що займається редагуванням геному, – яка з великим успіхом випробувала цю технологію на низці видів водних тварин, що призвело до значного покращення ключових характеристик, включаючи темпи росту та конверсію корму..
Аргументи на користь стерильності
Існує безліч вагомих аргументів на користь вирощування тварин, які не здатні пройти статеве дозрівання – аргументів, які відповідають багатьом ключовим цілям галузі аквакультури.
“Статеве дозрівання викликає цілу низку цікавих поведінкових змін, але деякі з них є менш бажаними в середовищі культивування, знижуючи продуктивність та результативність,” зазначає Dr Debbie Plouffe, віце-президнтка з розвитку бізнесу у CAT.
Зміни, спричинені статевим дозріванням у деяких нещодавно одомашнених видів, включають підвищення рівня агресії, що призводить до проблем з добробутом і можливого збільшення смертності.
“Якщо не витрачати енергію на статеве дозрівання, це також збільшує темпи росту, і, як правило, коли ви покращуєте показники росту, ви також покращуєте показник FCR. Це, звичайно, дуже цікаво з комерційної точки зору, тому що корм є найдорожчим ресурсом, і якщо ви можете зменшити кількість корму і виробити таку ж кількість риби, це чудова історія як для сталого розвитку, так і для бізнесу,” – зазначає Plouffe.
Існує також вагомий аргумент на користь добробуту, оскільки енергія, яка витрачається на статеве дозрівання, відволікається від імунної системи, що робить зрілу рибу більш сприйнятливою до хвороб. Існує також важлива екологічна перспектива.
“Справа в тому, що ми все ще вирощуємо культурних тварин поруч з дикими тваринами, але ми не хочемо, щоб риси, важливі для аквакультури та комерційного виробництва, передавалися дикій рибі, оскільки вони можуть не збігатися з тими рисами, які роблять дику рибу успішною,” – зазначає Plouffe.
Водночас, існують також сильні стимули, якщо розглядати ширшу картину – роль аквакультури в забезпеченні планети їжею, оскільки перехід на стерильне поголів’я може допомогти підвищити ефективність виробництва, а також зменшити вплив галузі на навколишнє середовище.
“Основна мотивація пов’язана з продовольчою безпекою та необхідністю прогодувати населення планети, яке, як очікується, досягне 9 мільярдів до середини століття. Аквакультура стане важливою складовою збільшення виробництва тваринного білка, але в міру її розвитку ми повинні робити це екологічно відповідально. Ми не можемо сидіти і чекати, коли зміниться спосіб виробництва продуктів харчування. Ми повинні пропонувати рішення вже зараз. Нічого не робити – це нераціонально”, – пояснює д-р Xavier Lauth, директор з інновацій компанії CAT.
“Починаючи зі стерильності як основоположної ознаки, теоретично усувається занепокоєння щодо потенційного впливу на навколишнє середовище і спрощується регуляторний процес, що робить його більш заспокійливим для регуляторних органів. Ми завжди говорили, що редагування геному стане успішною технологією лише тоді, коли потреби виробників і споживачів будуть узгоджені, і всі будуть прагнути до більш сталого виробництва і кращого добробуту тварин. Отже, якщо ви почнете зі стерильності, яка сама по собі багато чого дає, тоді ви можете почати говорити про додавання додаткових ознак за допомогою редагування геному, будь то ознаки опірності до хвороб, вихід філе або додаткова поживна цінність,” – додає Plouffe.
Dr Debbie Plouffe, віце-президентка з розвитку бізнесу у CAT © CAT
Техніки стерилізації
Існує кілька варіантів індукції стерильності у вирощуваних водних видів, але найпоширенішим комерційним підходом наразі є триплоїдизація – метод, який широко використовується у секторі тихоокеанських устриць і, меншою мірою, в атлантичному лососевому рибальстві. “Триплоїдний лосось створюється шляхом застосування гідростатичного тиску до щойно заплідненої ікринки. І це створює рибу з трьома наборами хромосом, а не двома. Однак ця риба є неоптимальною, коли умови вирощування не є ідеальними. Вони, як правило, мають нижчий рівень виживання на ранніх стадіях розвитку, і було відмічено, що вони мають різний ступінь скелетних деформацій”, – пояснює Lauth.
Ще одним обмеженням є те, що більшість фермерських господарств не мають доступу до запліднених яйцеклітин, а покладаються на тварин, які розмножуються природним шляхом, що робить триплоїдію вкрай недоцільною. Більше того, Laut зазначає, що триплоїдія не є на 100% ефективною для досягнення стерильності, а це означає, що покладатися на неї занадто ризиковано, особливо коли йдеться про тварин з відредагованим геномом.
“Ми завжди проводили цю лінію на піску: коли ми маємо справу з генетично модифікованою рибою, ефективність має бути 100-відсотковою. Ми хочемо переконатися, що жодна риба, яка потенційно може втекти, не зможе схреститися з дикою популяцією і змішатися з диким генетичним фондом,” – підкреслює Lauth.
Альтернативні методи
“Виробництво стерильної риби було основним напрямком досліджень протягом десятиліть, при цьому були запропоновані різні рішення, крім триплоїдії, включаючи негенетичні підходи, такі як обробка ембріонів гормонами, тепловий шок, малі молекули або морфоліно. Однак ці методи не набули поширення в галузі через високу вартість, труднощі з інтеграцією в селекційні програми або негативний вплив на здоров’я та продуктивність риби. Найважливіше те, що вирощування генетично модифікованої риби вимагає надійної стратегії стерилізації, яку сучасні негенетичні рішення не в змозі забезпечити”, – пояснює Lauth.
Xavier Lauth, директор з інновацій CAT © CAT
Переваги GE (редагування геномів)
Команда CAT переконана, що редагування геному є найкращим варіантом для індукції стерильності завдяки поєднанню ефективності та результативності.
“Ми досягли значного прогресу, використовуючи молекулярні та генетичні інструменти для індукції стерильності, в тому числі за допомогою редагування геному. Це був наш вибір, і наша команда розробила різні стратегії для створення маточного поголів’я, яке може давати лише повністю стерильне потомство,” – зазначає Lauth.
“Загалом, ви, швидше за все, віддасте перевагу тому, щоб тварина нормально розвивалася в риборозпліднику, без додаткових кроків або процесів, спрямованих на створення стерильності. Саме це ми пропонуємо, використовуючи стратегії редагування геному: все потомство, отримане від відредагованого маточного поголів’я, незалежно від того, чи виробляє воно тисячі або мільйони яєць, буде повністю стерильним без втручання – це досягається за допомогою редагування геному у батьків,” – додає він.
Як це працює
Створення програми відтворення для стерильних тварин звучить контрінтуїтивно, але CAT знайшла два способи досягти цього.
“Найбільшим викликом було з’ясувати, як отримати генетично стерильних і одностатевих риб у кількох поколіннях. Наразі найсучасніший підхід, який є комерційно доступним, передбачає використання сурогатних батьків. Інший, який все ще перебуває на стадії дослідження, полягає у використанні ключових аспектів формування статевих клітин в ембріоні для створення самок, які дають лише стерильне потомство, незалежно від того, з яким самцем вони схрещуються. Саме ці дві стратегії ми використали для масового розведення стерильних риб. І зараз ми успішно розмножуємо ці лінії протягом щонайменше чотирьох поколінь,” – пояснює Plouffe.
Рішення про те, який саме ген потрібно вибити, щоб досягти такого ефекту, залежить від виду, але команда CAT поступово накопичує свої знання, що дозволяє їм швидше потрапляти в ціль, і результати є сприятливими.
“Ми виявили, що стерильні риби здорові, поводяться як звичайні риби, але мають підвищену продуктивність і кращий вихід, що свідчить про те, що енергія не відволікається на статеве дозрівання, а спрямовується на соматичний ріст,” – зазначає Plouffe, яка додає, що редагування генів може бути використане для поєднання стерильності з іншими ознаками.
“Компанія CAT комерціалізувала те, що ми називаємо “стерильність+”, де “плюс” – це ознаки, бажані у фермерському середовищі. Ми працюємо в цій галузі вже понад 12 років і, використовуючи редагування геному, досягли значних успіхів, включаючи 30-відсоткове збільшення швидкості росту та 10-відсоткове покращення ефективності перетворення корму в нашій відредагованій лінії тилапії, що може бути реалізовано протягом двох поколінь. Я думаю, що звичайні селекційні програми будуть щасливі, якщо вони досягнуть 1 відсоткового збільшення ефективності перетворення корму за покоління”, – зазначає Lauth.
Мікроін’єкція ікринок в Інноваційному центрі генетики риб CAT © CAT
Попит галузі
CAT працює над тим, щоб зробити стерильним широкий спектр водних видів, і, за словами Lauth, вони досягли 100-відсоткового результату з усіма видами риб, які вони випробували до цього часу.
“Отже, у тому що стосується риб, ми готові до роботи, і ми відкриті для подальших комерційних партнерів,” – зазначає Plouffe.
Однак основна увага була зосереджена на таких видах, як сьомга, де це могло б заощадити сектору значну суму грошей. За словами Lauth, раннє дозрівання обходиться сектору в півмільярда доларів щороку, оскільки риба, яка дозріває раніше, має значно нижчу ціну через свій менш привабливий зовнішній вигляд і смак.
“З точки зору впливу, ми хочемо працювати з видами, які найчастіше розводять, оскільки я вважаю, що там можна дуже швидко досягти більшого впливу. Але ми також узгоджуємо нашу роботу з тими видами і країнами, які є більш сприятливими з точки зору регуляторної політики,” – зазначає Lauth.
Як результат, тилапія є ще одним сильним кандидатом для CAT. Мало того, що вона є другою найбільш культивованою групою риб у світі, так ще й CAT працює з цим видом вже більше 10 років.
“Ми знаємо, що можемо впровадити цю технологію в промислових масштабах для вирощування тилапії,” – підкреслює Plouffe.
Вони також вважають, що морські пелагічні риби заслуговують на пріоритет, не в останню чергу з практичної точки зору.
“У випадку лосося потрібно багато самок, і у випадку тилапії потрібно багато самок, щоб вести комерційне виробництво. Але для морських пелагічних риб їх не потрібно так багато, тому що кожна самка виробляє дуже багато ікринок. Це означає, що для виробництва маточного стада потрібно менше мікроін’єкцій,” – зазначає Plouffe.
CAT також дивиться у бік ракоподібних, особливо креветок Ванамей.
“Наразі на наших об’єктах проводиться досить багато досліджень креветок, і цього року ми досягли певних успіхів у розробці інструментів, усіх компонентів, необхідних для роботи в комерційних масштабах. Як ви доставлятимете ферменти для редагування до ембріонів креветок? Як ви робитимете це у великих масштабах? А потім як вирощувати личинок і створювати маточне стадо?” – зазначає Plouffe.
Проблеми і виклики
Незважаючи на потенціал редагування геному, існує кілька серйозних перешкод, які необхідно подолати, перш ніж риба, яку зробили стерильною за допомогою цієї технології, стане комерційно доступною.
Одна з найбільших проблем пов’язана з регулюванням, але, враховуючи, що червоний морський лящ GE вже виробляється і споживається на комерційній основі в Японії, є реальне відчуття оптимізму щодо того, що це зміниться.
“Це залежить від того, в якій країні ви перебуваєте. Але ми очікуємо, що протягом наступних п’яти років ми побачимо чимало змін у регулюванні продуктів з сировини з редагованим геномом, особливо коли не додається нова ДНК, а саме таке рішення ми маємо,” – зазначаж Plouffe
Витрати є ще однією ключовою перешкодою, але команда CAT вважає, що редагування геному забезпечує значну віддачу від інвестицій.
“Разом з нашими партнерами ми продемонстрували кілька дійсно гарних моделей формування вартості, які показують, що співвідношення витрат і вигод, безумовно, існує, на всьому шляху по ланцюжку створення вартості: від виробників до переробників,” – зазначає Plouffe.
Незважаючи на всі очевидні переваги виробництва стерильної риби зі зміненим геномом – зокрема, покращений рівень росту, витривалість та екологічні переваги – все ще існує проблема, пов’язана з підвищенням суспільного сприйняття – як для редагування геному як процесу, так і для продуктів, які він може допомогти отримати. CAT працює над цим, але усвідомлює, що їм знадобиться значна підтримка.
“Ми не зможемо змінити серця і уми самостійно, але ми вважаємо, що з кожним днем з’являється все більше сердець і умів, відкритих до змін, і все більше людей, які усвідомлюють їх переваги. Нам потрібно подумати про те, як ми, як науковці, беремо в цьому участь і як ми передаємо ці знання виробникам. Адже саме їм довіряють споживачі, а споживачі довіряють фермерам. Тож якщо фермери побачать переваги і зрозуміють, що ця технологія безпечна, ми зможемо залучити деяких з них,” – зазначає Lauth.
Щоб проілюструвати свою думку, Lauth посилається на прецеденти в медичному секторі, де технології, що раніше вважались суперечливими, стали мейнстрімом.
“Спочатку екстракорпоральне запліднення ледь не викликало бунт, але сьогодні, на мою думку, 2,5 відсотка новонароджених у США походять від екстракорпорального запліднення, і це цілком прийнятно,” – висновує він.
Посилання на оригінал статті: Why aquaculture is fertile ground for sterile stocks
