Автор : Rob Fletcher

Стаття від : 15 квітня 2024 року

Переклад зроблено фахівцями Державної установи “Методично-технологічний центр з аквакультури”

Рибу з редагованим геномом вже вирощують комерційні оператори аквакультури в Японії, і ця технологія має величезний потенціал для покращення екологічного менеджменту, продуктивності та опірності хворобам у цьому секторі.

Понад 25 видів аквакультури наразі пройшли успішне генне редагування © CAT

Це тверде переконання Xavier` Lauth та John Buchanan, відповідно директора з інновацій та генерального директора Центру технологій аквакультури (CAT), компанії, яка була в авангарді розробки методів генного редагування для широкого спектру видів аквакультури. “Найбільш просунутими є дослідження GE насамперед тилапії, але деякі роботи на ранніх стадіях ведуться також щодо креветок та устриць. У CAT ми комерціалізуємо 100-відсоткову стерильність вирощеної риби за допомогою редагування геному. Ми розглядаємо стерильність як необхідну передумову для комерціалізації інших корисних редагувань геному в аквакультурі. Вирощування 100-відсотково стерильної риби також є рішенням проблеми державного регулювання генно-інженерних технологій, забезпечує екологічні переваги завдяки збереженню біорізноманіття, підвищує продуктивність та економічність,” – розмірковує Buchanan.

Lauth погоджується з цим, наголошуючи на харчових потребах зростаючого населення планети як основний стимул для використання генного редагування.

“Йдеться не лише про збільшення виробництва продуктів харчування, ми також повинні взяти до уваги зменшення наших ресурсів та зміну клімату і по-новому оцінити, які продукти харчування нам потрібно виробляти і як їх виробляти, зосередившись на питаннях харчування та ефективності виробництва,” – зауважує він.

Пояснення редагування геному

Хоча GE може поляризувати громадську думку, Lauth, який використовує цю технологію з 2012 року, пропонує дуже чіткі аргументи, чому її слід прийняти. Це ґрунтується на його розумінні наукового процесу і того факту, що це процес, який відбувається природним шляхом і на регулярній основі.

“Редагування геному – це, по суті, набір дуже точних і програмованих інструментів, за допомогою яких ми можемо переписати генетичний код живого організму. Це природна система, яка розвинулася у бактерій 1 мільярд років тому, щоб допомогти їм боротися з вірусами. Зараз її перепрофілювали та оптимізували в різних версіях, включаючи CrispR-Cas9 для роботи в рослинних і тваринних клітинах. Технологія створює генетичну варіацію, яка може виникнути природним шляхом. Спочатку її використовували для деактивації генів з великою точністю та ефективністю, але тепер ми можемо фактично переписати геном на певній ділянці ДНК і замінити неідеальну версію на хорошу та виправити генетичні проблеми на початку їхньої появи, ” – пояснює він.

“По суті, редагування генів спочатку було відкриттям, а потім перетворилося на низку винаходів, які зараз мають дуже широке застосування в біотехнології, сільському господарстві та медицині. Це створило новий світ, в якому ми можемо досягти дивовижних покращень в охороні здоров’я та виробництві продуктів харчування тощо,” – додає він.

Використання GE в аквакультурі

За словами Lauth, на сьогоднішній день понад 25 видів аквакультури вже стали об’єктом успішного генного редагування, але тилапія є об’єктом найбільших досліджень у цій галузі – завдяки своїй міцній природі, плодючості та короткому часу генерації.

Тим часом, з точки зору ознак, стерильність, визначення статі, врожайність, ріст, пігментація та опірність хворобам домінують у наукових дослідженнях у цій галузі.

“Вчені, включаючи нашу команду в CAT, працюють над двома основними типами досліджень. Перший – це генна інженерія, яка створить варіації генів, що призведе до покращення комерційних показників, що сприятиме економічному розвитку та сталому розвитку рибництва. Другий – це створення інструментів для проведення генетичної інженерії в промислових масштабах у рибах і молюсках та ракоподібних. Такі інструменти необхідні для ефективного впровадження GE у світову промисловість. Потенціал GE полягає у збільшенні генетичного прогресу на порядки більше, ніж це досягається при традиційній селекції за ключовими ознаками. Таке покращення росту, ефективності та опірності хворобам революціонізує галузеву стратегію генетичного вдосконалення, а також швидкість, з якою генетика може задовольнити мінливі потреби галузі аквакультури,” – пояснює Buchanan.

Генна інженерія використовує переваги механізму, що розвинувся у стародавніх бактерій  © CAT

Наріжні камені в аквакультурі GE

За словами Lauth, першим проривом CAT у редагуванні генів стало виробництво тилапії без пігментації у 2012 році, а вже у 2018 році вони досягли масштабного виробництва 100-відсотково стерильної тилапії з популяції одностатевих риб.

“Це стало відповіддю на дилему, яка стоїть перед фермерами: вони хочуть мати плідну рибу у своїх селекційних програмах, але неплідну рибу для виробництва, і патенти були подані в більш ніж 20 країнах на п’яти континентах. Ми також показали, що стерильність покращує продуктивність, оскільки енергія, яка могла б піти на відтворення, натомість використовується для росту ,” – пояснює він.

У 2019 році – році, коли вони були придбані компанією Cuna del Mar (https://cunadelmar.com/) – CAT запустила нову ініціативу, спрямовану на поліпшення добробуту тварин, підвищення продуктивності та росту.

“Нещодавно отримані дані свідчать про вражаюче 33-відсоткове зростання тилапії у віці восьми місяців порівняно з їхніми не відредагованими братами та сестрами. Цього вдалося досягти завдяки оптимізації балансу між споживанням їжі та витратами енергії,” – зазначає Lauth.

Інвестиції Cuna del Mar дозволили їм розширити та відкрити найсучасніші НДДК центри з дослідження тилапії та креветок.

Lauth звертає увагу на нещодавні піонерські техніко-економічні випробування з редагування генів у креветках vannamei, проведені Ashutosh Pudasaini та Tuong Tran.

“Це було складне завдання – поводження з яйцями креветок є серйозною проблемою, оскільки вони дуже маленькі і дуже крихкі – і зайняло роки виснажливих зусиль, але тепер у них є система, яка працює дуже ефективно, і ми дуже пишаємося їхнім досягненням.,” – пояснює він.

Регулювання діяльності з GE

Хоча GE розділяє громадську думку та національне законодавство, Buchanan та Lauth бачать, що це стає все більш прийнятним для громадськості.

“ Деякі країни послабили або скасували регулювання GE як природної форми створення генетичної мінливості, тому спостерігається тенденція до прийняття редагування генів, але все ще існують розриви між науковим і політичним урядуванням та управлінням продуктами GE, і існує потреба в гармонізації нормативно-правової бази регулювання GE,” – зазначає Lauth.

Buchanan звертає увагу на низку регуляторних та наукових зрушень.

“Використання тилапії від компанії AquaBounty , геном якої було відредаговано для підвищення врожайності, було дерегульовано в Аргентині та Бразилії. Хоча в даний час вона не вирощується, але може стати такою. В Японії було схвалено розведення генно відредагованих червоного пагра та бурого скелезуба, які вирощуються в установах RAS і продаються на ринку компанією Regional Fish Company, але обсяги виробництва невеликі. GE вже використовується в медицині для лікування захворювань, спричинених дефектними генами. Свинарі вивели GE -штам свиней, опірних до ендемічного вірусу, що спричиняє смертність поросят,” – пояснює він.

“Більшість державних регуляторних органів розуміють, що GE не відрізняється від природної генетичної варіації і не містить жодної чужорідної ДНК. На багатьох ринках GE регулюється інакше, ніж ГМО, трансгени та інші біотехнології. Це має вирішальне значення для просування цієї технології до комерціалізації. CAT розглядає впровадження стерильної GE риби як каталізатор для реалізації потенційних переваг цієї технології. Ми інвестували в обладнання для редагування геному  риб і креветок і збираємося вийти на ринок з рішенням для GE стерильності,” – додає він.

Генна інженерія повільно стає все більш прийнятною, але лишається темою, що викликає розбіжності у суспільстві © CAT

Соціальна ліцензія

За словами Buchanan, оскільки продовольча безпека та екологічні проблеми стали ключовими проблемами, споживачі стають більш сприйнятливими до переваг GE.

“Якщо буде продемонстровано, що GE приносить користь рибі, навколишньому середовищу, споживачеві та виробнику, то споживачі приймуть цю технологію. CAT бачить, що більшість споживачів готові до рішень, які пропонує технологія; ми будемо продовжувати інформувати про переваги GE у всіх аспектах рибництва,” – розмірковує він.

Тим часом Lauth рекомендує співпрацювати з регуляторними органами, фермерами, політиками та громадськістю для обговорення ризиків та переваг технології генного редагування.

“Нам потрібно краще пояснити, що зміни генетичного коду у GE риб не відрізняються від природних змін ДНК, яких існують мільйони, якщо порівнювати представників одного виду, і вони також відбуваються спонтанно кожного дня. В середньому, при кожному поділі клітини відбувається одна мутація, і мутації можуть призвести до драматичних поліпшень – так працює еволюція. Це природні явища,” – зазначає він.

Комерційна життєздатність

Редагування генів все ще покладається на методи, які роблять його дорогим для широкого застосування в комерційній аквакультурі, але Lauth передбачає, що ті, хто рано прийме цю технологію, зрозуміють потенційну економічну вигоду від її впровадження і запропонують привабливу рентабельність інвестицій. Він вказує на величезну довгострокову економію, яку може забезпечити редагування генів.

“Якщо ви збільшите ефективність перетворення корму (тобто зменшите кормовий коефіцієнт) у тилапії на 10%, це подвоїть прибуток фермера,” зазначає він.

У той же час він реалістично дивить на часовий відтинок, необхідний для успіху.

“Однією з проблем є час, необхідний для встановлення цих ліній/порід. Існують види, для яких процес створення порід буде повільним і тривалим, особливо для видів риб, які стають статево зрілими протягом чотирьох років. Вам потрібно мати щонайменше два, а швидше за все, три покоління, перш ніж ви зможете отримати комерційно значиму інтеграцію вашого редагування в популяцію,” – зазначає він.

Однак, витративши 12 років на цю технологією – період, за який було досягнуто величезних успіхів, – він бачить, що темпи прогресу продовжують зростати.

“Я очікую прориву в методах доставки генного редагування і кращого розуміння механізмів, які прокладуть шлях до більш ефективних і точних широкомасштабних застосувань. Новітні технології, такі як базове редагування, що дозволяє змінювати одну літеру ДНК на іншу, не розриваючи ланцюг ДНК, принесуть нові можливості та безпрецедентну точність. Вони вже з нами, і це дійсно захоплюючий час для роботи в цій галузі,” – зазначає він.

Тим часом, CAT активно нарощує власну роботу у цій сфері.

“Ми прагнемо довести GE до комерційного застосування для різноманітних ознак та видів, і ми інвестували значні кошти в дослідження та розробки в цій галузі. У 2024 році ми продовжимо працювати з комерційними партнерами над досягненням 100-відсоткової стерильності за допомогою GE для риби в комерційному виробництві, що послужить основою для додавання додаткових GE -характеристик, корисних для виробників і споживачів, одночасно підтримуючи відповідальне ставлення до довкілля,” – висновує Buchanan.

Посилання на оригінал цієї статті : Why gene editing can help aquaculture enhance global food security