Испанские исследователи предлагают использовать вирусы в качестве средств для улучшения сельскохозяйственных культур. Этот подход хорошо зарекомендовал себя в терапии людей, но мало изучен в сельском хозяйстве.
Люди, домашний скот и домашние животные получают пользу от вакцин на основе вирусов и генной терапии, но сельскохозяйственные культуры — нет. Этот парадокс подчеркивает международная исследовательская группа под руководством Института молекулярной и клеточной биологии растений (IBMCP) при Испанском национальном исследовательском совете (CSIC) в статье, опубликованной в престижном журнале Nature Reviews Bioengineering. В исследовании предлагается дорожная карта по использованию ослабленных вирусов для повышения производительности сельскохозяйственных культур, делая их более устойчивыми к экстремальным и изменяющимся климатическим условиям, или для производства пищевых добавок для улучшения питания человека. По словам авторов, это более эффективная и устойчивая альтернатива агрохимикатам и более быстрая, чем традиционные методы селекции.
Статья является частью коллекции «Будущее продовольствия», где ведущие журналы Nature Reviews Bioengineering и Nature Food обсуждают технологический прогресс и возможности инженерных пищевых технологий. «Наша статья представляет заставляющие задуматься точки зрения и сталкивает читателей с парадоксальными ситуациями», — рассказывает Фабио Пасин, исследователь CSIC в IBMCP и ведущий автор исследования. Авторы предполагают, что вирусные векторы, основанные на ослабленных вирусах, которые не вредят растениям, могут быть использованы для внедрения определенных генов в сельскохозяйственные культуры, тем самым улучшая их агрономические характеристики. Эти вирусные векторы могут быть использованы для того, чтобы вызывать цветение растений и ускорять сбор урожая; разрабатывать улучшенные сорта сельскохозяйственных культур; изменять архитектуру растений для облегчения механизации; улучшать устойчивость к засухе; или производить метаболиты, полезные для здоровья человека, среди других применений.
Использование ослабленных вирусов может быть лучшим способом достижения желаемых свойств растений. «Представьте себе использование компьютера, который не подключен к Интернету, и каждый раз, когда вам нужно обновить программное обеспечение, вам приходится покупать новый компьютер», — иллюстрирует Пасин. «Что ж, наша идея заключается в том, чтобы использовать вирус как USB-накопитель: вы подключаете его к компьютеру, устанавливаете обновления и продолжаете его использовать», — объясняет он. «Эти векторы можно использовать для точного редактирования генома с помощью компонентов CRISPR-Cas для достижения наследуемых улучшений агрономических признаков, таких как длина и вес зерна пшеницы или цвет плодов томатов», — объясняет Пасин. «Кроме того, приложения вирусных векторов позволяют вносить временные улучшения, предлагая привлекательную альтернативу, благодаря их быстрой разработке и проверке, использованию агрохимикатов для более эффективных и устойчивых систем сельскохозяйственного производства», — уверяет исследователь CSIC.
Несмотря на эти преимущества, авторы указывают на несколько парадоксов: считается безопасным вводить рекомбинантные вирусы для вакцинации людей (например, против COVID-19) и ветеринарии, однако ни одно сельскохозяйственное использование не зарегистрировано. Люди и домашние животные могут извлечь пользу из генной терапии на основе рекомбинантных вирусов, но сельскохозяйственные культуры не могут. Рекомбинантные вирусы можно выпускать в окружающую среду для иммунизации диких животных, таких как лисы, еноты или койоты, тем самым контролируя бешенство в Европе и Соединенных Штатах, но их сельскохозяйственное использование по-прежнему не разрешено, даже в условиях строгого ограничения.
Учитывая преимущества, можно ли внедрить эту новую технологию в сельскохозяйственные культуры? Одним из препятствий являются вопросы регулирования. В подходе с кратковременной доставкой, который позволил бы использовать вирусные векторы для немедленного улучшения растений, ученые видят определенный пробел. «Это новый тип продукта, похожий на агрохимикат, но, будучи биологическим, в настоящее время на рынке нет ничего эквивалентного для сельскохозяйственного использования, поэтому у нас нет прецедентов, и потребуется тщательный анализ со стороны властей», — объясняет Пасин. Этот процесс можно ускорить, используя рекомбинантные вирусы, которые реализуют методы обеспечения биосдерживания, и отдавая приоритет сельскохозяйственным культурам, используемым для корма животных, текстильных волокон, биотоплива или в декоративных целях, утверждает он.
В растениях технология вирусных векторов находится на продвинутой стадии исследований, и ее эффективность была продемонстрирована в экспериментальных условиях. В CSIC исследователи оптимизируют технологические платформы для ускорения разработки и проверки сельскохозяйственных приложений на основе вирусных векторов, внедряя подходы синтетической биологии, совместимые с будущим промышленным производством. Кроме того, они изучают использование вирусных векторов для улучшения агрономических характеристик сельскохозяйственных культур, таких как томаты.
