“게놈 편집 방법은 전통적인 선택 방법과 반대되어서는 안 됩니다. "이것은 오히려 새로운 도구입니다"라고 식물 스트레스 저항성 연구소장은 강조합니다. 전러시아 농업생명공학연구소(VNIISB) Vasily Taranov. – 옛날에는 외과의사가 칼을 들고 수술을 하다가 등장했다. 메스, 그다음 레이저. 수술에는 완전히 다른 옵션이 가능해졌습니다. 따라서 유전공학은 무언가를 취하고 개선할 수 있는 도구를 제공하지만 이전에 사용된 모든 것을 취소하거나 대체하지는 않습니다.”
전러시아 농업생명공학연구소(VNIISB)는 식물 스트레스 저항성을 위한 실험실을 운영하고 있으며, 그 작업은 두 가지 주요 방향, 즉 비생물적 및 생물적 스트레스에 대한 식물의 저항성을 결정하는 유전자 검색과 게놈 편집으로 수행됩니다. 스트레스 저항성을 높이기 위해 재배 식물의. 과학자들의 연구 분야에는 감자와 노지 채소가 포함됩니다.
우리는 최신 기술의 특징과 장점이 무엇인지, 어떤 결과를 얻을 수 있는지, 실험실 과학자들이 해결하기 위해 사용하는 러시아 농업 생산자의 문제에 대해 실험실 책임자인 Vasily Taranov 및 수석 연구원 Marina Lebedeva와 이야기를 나눕니다.
– 오늘날 선발 과정을 가속화해야 한다는 이야기가 많이 있습니다. 게놈 편집 방법을 사용하면 이것이 가능하다고 믿어집니다. 이것이 사실입니까?
V.T.: 생명 공학 방법은 선택 속도를 높이는 것이 아니라 과학자의 능력을 확장하는 데 도움이된다고 말하는 것이 더 정확할 것입니다. 특정 수명주기를 가진 식물에 대해 이야기하고 있기 때문에 품종 작업 과정은 여전히 상당히 길다.
그러나 전문가들은 전통적인 육종 방법을 사용하여 달성하기 매우 어려운(불가능하지는 않더라도) 결과를 얻는 것이 가능해졌습니다.
게놈 편집의 도움으로 우리는 경제적으로 가치 있는 복잡한 특성의 나머지 부분은 그대로 유지하면서 품종의 특정 특성에 직접적인 영향을 미치는 돌연변이를 의도적으로 도입할 수 있습니다.
ML: 전통적인 육종 방법을 사용하여 야생 감자의 저항성 유전자를 재배 품종에 도입하고 싶다고 상상해 보십시오. 이를 위해 육종가는 특정 문화적 계통을 지닌 "야만인"의 일련의 교배를 수행합니다. 문제는 저항성 유전자와 함께 다른 모든 "야생" 유전자가 품종으로 전달된다는 것인데, 이는 대부분 매우 바람직하지 않습니다. 유전공학을 이용하면 원하는 유전자 하나만 취하거나 변경할 수 있습니다.
– 게놈 편집 방법이 알려진 지 10년 정도 되었음에도 불구하고, 아직 눈에 띄는 상업적 성과를 내지 못했다는 견해도 있다.
V.T.: 이것은 전적으로 사실이 아닙니다. 세계 최고의 육종회사들은 게놈 편집을 사용하고 이를 숨기지 않습니다. 그러나 우리는 그들이 정확히 무엇을 하는지, 어떤 결과를 얻는지 모릅니다.
전통적으로 얻은 식물보다 유전 공학 방법을 사용하여 가공된 식물을 시장에 출시하는 데 더 많은 비용이 들기 때문에 성과는 광고되지 않습니다. 때로는 이것이 불가능할 때도 있습니다.
동시에, 기존 방법을 사용하여 특정 품종을 만들기 위해 게놈 편집이 사용되었음을 증명하는 것은 매우 어렵습니다.
테스트 중에 전문가는 유기체의 게놈에서 마커 서열을 찾고, 존재하는 경우 해당 식물은 유전자 변형 식물로 인식됩니다. 그러나 게놈 편집을 사용하면 게놈에 아무것도 도입되지 않으므로 아무것도 찾을 수 없습니다.
변화는 종종 하나의 유전자뿐만 아니라 유전자의 특정 위치, 말 그대로 하나의 뉴클레오티드, 하나의 문자에 영향을 미칩니다. 그리고 나머지 수십억 개의 편지는 그대로 남아있습니다. 식물이 편집되었는지 확인하려면 오류를 제거하기 위해 표준보다 10배 더 높은 적용 범위로 전체 게놈을 실제로 읽어야 합니다. 어느 누구도 그렇게 방대하고 매우 비용이 많이 드는 분석을 수행하지 않을 것이며 육종가는 항상 돌연변이 유발이나 전통적인 선택을 사용하여 식물을 얻었다고 말할 수 있습니다.
– M.L.: 일반적으로 게놈 편집, 특히 식물에 이러한 기술을 사용하는 경험은 상당히 최근의 이야기입니다.
특히 기능을 변경하려면 정확히 무엇을, 어떻게 편집해야 하는지 알아야 하기 때문입니다. 식물의 특성은 유전자(가장 흔히 유전자 세트)에 의해 결정되며, 이 중에서 편집에 적합한 대상을 선택해야 합니다. 그러나 관심 특성에 기여하는 특정 유전자의 기능과 조절을 밝히려면 복잡하고 종종 장기간의 연구가 필요합니다. 동물이나 인간과 비교할 때 우리는 식물 특성(예: 저항성, 생산성 등)의 많은 분자 메커니즘을 잘 알지 못한다고 말할 수 있습니다. 동시에, 식물 게놈은 더 크고 더 복잡하기 때문에 작업이 전혀 단순화되지 않습니다. 그러나 식물 생물학의 기초 연구를 통해 이미 많은 것이 알려져 있으며, 이를 더 많이 이해할수록 변형 가능성이 더 커집니다.
또한 우리는 특정 특성을 수정할 수는 있지만 새로운 품종을 시장에 출시하지는 않는 방법에 대해 이야기하고 있습니다. 이 작업은 약간의 가속화에도 불구하고 여전히 수년이 걸립니다.
– 생명공학자는 유전자 편집을 합니까? 실제 작업 방향(편집 목적)은 어떻게 결정되나요?
V.T.: 생명공학자는 선택한 작물의 성공적인 육종가와 협력해야 하며, 이상적으로는 다른 전문 생산자를 참여시켜야 합니다. 육종가는 농부와 함께 작업을 설정하고 육종가는 적합한 유전자형을 선택하는 데 도움을 줍니다. 우리는 생화학자 및 유전학자와 협의하여 이를 바탕으로 무엇을 제공할 수 있는지 생각합니다(필요한 특성이 생물학적 관점에서 항상 충분히 연구되는 것은 아닙니다). 우리는 실제로 무엇을 할 수 있는지 살펴보고, 작업 단계를 수행하고, 결과 라인을 육종가에게 반환하고, 육종가는 그 결과를 품종에 가져옵니다.
- 게놈 편집은 값비싼 기술인가?
V.T.: 식물을 얻는 비용은 작물과 그 결과 식물이 편집되었는지 또는 형질전환되었는지 여부에 따라 다릅니다.
장비에 관해 이야기하면 이미 바이러스 없는 물질 확보 및 마이크로클로닝에 참여하고 있는 회사의 경우 게놈 편집을 위한 장비 및 시약 구입 비용이 상대적으로 적습니다. 이러한 일을 시작하는 데 걸림돌이 되는 것은 엄청난 투자 금액이 아니라 자격을 갖춘 인력이 부족하기 때문일 수 있습니다. 이렇게 전문적인 일을 맡아서 수행할 수 있는 사람은 거의 없습니다.
비용 문제로 돌아가면 이 분야의 기술 발전은 매우 빠릅니다. 예를 들어 2012년에 CRISPR/Cas9(박테리아의 면역 체계를 기반으로 고등 유기체의 게놈을 편집하는 기술)이 발견되었을 때의 게놈 편집 방법과 현재 우리가 가지고 있는 방법은 매우 다릅니다. 운영 효율성은 해마다 증가하고 비용은 감소합니다.
ML: 이는 인간 게놈 서열 분석 프로젝트와 비교할 수 있습니다. 최초의 인간 게놈은 단지 그러한 기술이 10년대에 가능했다는 이유만으로 국제 컨소시엄에 의해 2.7년간 90억 달러의 비용으로 서열 분석되었습니다. 현재 완전한 인간 게놈의 시퀀싱 비용은 1000달러 미만이며 며칠이 걸립니다.
– 당신의 연구실에 대해 이야기해 보겠습니다. 기초 과학에 초점을 맞추고 있나요, 아니면 응용 연구에 초점을 맞추고 있나요?
V.T.: 우리는 두 가지 모두를 시도합니다. 처음에는 근본적인 것에 우선순위를 두었지만 이제는 우리의 발전을 실무에 적용하려고 노력하고 있습니다.
예를 들어, 현재 우리는 Y 바이러스에 대한 감자 저항성 메커니즘을 연구하고 있습니다. 이것은 많은 근본적인 작업이지만 성공할 경우 저항성 품종 선택에 대한 결과는 매우 흥미로울 것입니다.
ML: 기초과학과 응용과학은 서로 밀접하게 연결되어 있으며, 하나가 다른 하나 없이는 존재할 수 없습니다. 바이러스가 식물과 어떻게 상호작용하는지, 어떤 특정 단백질과 상호작용하는지 모른다면, 식물을 저항성으로 만들기 위해 바이러스를 변화시킬 수 없습니다.
우리는 2018년부터 바이러스 Y에 대한 연구를 진행해 왔으며 이제 앞으로 몇 년 안에 저항성에 대한 공식을 얻을 것이라는 사실에 접근하고 있으며 앞으로 필요한 실제 결과는 감자 식물이 바이러스 단백질을 합성하지 않을 것이라는 사실입니다. 바이러스에 대한 저항력을 가지게 됩니다.
– 러시아 육종업체/육종업체와 협력하고 있나요?
V.T.: 감자에 관해서는 젊은 육종가인 마리아 폴리아코바(Maria Polyakova)와 협력하고, 감자 연합의 전문가들과 적극적으로 소통하며, 감자 연방 연구 센터와 연락을 유지하고 있습니다. A.G. 로자. 양배추에 관해서는 러시아 국립 농업 대학-모스크바 농업 아카데미의 육종가 및 종자 재배자와 교류하고 있습니다. K.A. Grigory와 Socrates Monachos의 Timiryazev. 그리고 이 분야에서 우리가 하는 일에 있어서 우리는 전적으로 그들의 지침을 따릅니다.
– 그리고 다시 바이러스에 대해. Marina Valerievna, 당신의 과학적 관심 범위에는 바이러스뿐만 아니라 Y. 2023년에 귀하는 러시아 과학 재단으로부터 "고처리량 서열 분석 방법을 사용한 재배 감자(Solanum tuberosum L.)의 비롬 연구" 프로젝트에 대한 연구를 수행하기 위한 보조금을 받았습니다. 이 주제가 흥미로운 이유는 무엇입니까?
ML: 감자는 다른 많은 식물보다 더 많이 바이러스 성 질병에 시달립니다. 왜냐하면 영양으로 번식하기 때문입니다. 바이러스는 괴경에 축적되어 다음 세대로 전달되므로 바이러스 양은 지속적으로 증가합니다. 감자가 퇴화되고 있다고 말할 때, 이것이 바로 우리가 말하는 것입니다.
바이러스는 불활성 시스템이 아니며 숙주 식물 및 서로 적극적으로 상호 작용합니다. 이미 특정 바이러스에 감염된 식물이 다른 바이러스에 감염될 수 없는 경우가 있습니다. 그리고 식물만으로는 감염시킬 수 없는 바이러스도 있으며, 다른 바이러스와 협력해야만 작용합니다. 최근에는 식물이 가뭄에서 살아남는 데 도움이 되는 바이러스의 형태를 설명하는 연구가 발표되었습니다. 기생에서 상호주의로의 예상치 못한 전환.
감자에는 바이러스성 질병을 퇴치하는 데 효과적인 화학 물질이 없습니다. 건강을 개선하기 위해 매우 복잡하고 가장 중요하게는 비용이 많이 드는 방법이 개발되었습니다. 체외 배양을 통해 마이크로튜브를 얻습니다. 그러나 그 결과는 몇 세대 동안만 지속됩니다. 다른 해결책을 찾으려면 바이러스의 특성을 더 자세히 연구해야 하므로 이 연구는 매우 관련성이 높습니다.
– GOST 33996-2016 “씨앗 감자. 품질 결정을 위한 기술 조건 및 방법'에는 XNUMX가지 바이러스(PVK - X 감자 바이러스, SBK - S 감자 바이러스, MVK - M 감자 바이러스, YBK - Y 감자 바이러스, VSLK - 잎말림 바이러스)가 나열되어 있습니다. 감자) 및 하나의 바이로이드(PSTV – 감자 스핀들 괴경 바이로이드). 그들에게 집중하시겠습니까?
ML: 내 프로젝트는 처리량이 높은 방법을 사용하여 러시아의 감자에 존재하는 바이롬(바이러스 모음)을 연구하는 것을 목표로 합니다. 이것은 한 식물에서 어떤 다른 바이러스 복합체가 발견되는지에 대한 관점과 이러한 바이러스의 유병률 관점에서 모두 흥미 롭습니다.
감자에서 발견된 바이러스는 총 50종 이상이 전 세계에 알려져 있습니다. GOST에 나열된 것은 가장 위험한 것 중 하나이며 또한 명확한 외부 징후가 있습니다. 따라서 모자이크 괴사는 Y 바이러스 감염의 일반적인 징후이며, 잎 컬 바이러스의 존재는 잎 잎의 특징적인 변형에 의해 결정될 수 있습니다.
그러나 작물에 영향을 줄 수도 있지만 표현형적으로 나타나지 않는 바이러스도 많이 있습니다. 거의 발견되지 않지만 검색되지 않기 때문입니다.
예를 들어 전 러시아 식물 보호 연구소 (VIZR) 동료들의 연구를 인용 할 수 있습니다. 2019년에는 러시아에서 감자 바이러스 P가 발견됐다는 기사를 발표했는데, 이전에는 남미에만 독점 분포된 것으로 여겨졌습니다.
문제는 우리가 "가로등 아래" 빛이 있는 곳이 아니라 아직 보지 못한 곳을 보면 무엇을 발견할 것인가입니다.
– 연구를 어디에서 수행할 예정입니까?
ML: 보조금 조건에 따르면 이 프로젝트는 2년이 소요될 예정이다. 작년에 우리는 툴라 지역의 감자 농장과 협력하여 재료를 수집하고 다양한 품종과 재생산 작업을 했습니다. 올해 우리는 다른 지역으로 가서 그곳에서 어떤 바이러스가 발견되는지 살펴볼 것입니다.
연구 결과는 2025년에 요약될 예정이며, 우리는 이에 대해 러시아 감자 재배자들에게 확실히 알릴 것입니다.