«Мы показываем, что агросектор — это не мотыга и тяпка»

Что общего у генетических технологий и ядерной бомбы, зачем генотипировать крупный рогатый скот на Кубани, почему так сложно найти лекарства от орфанных заболеваний, как CRISPR поможет белорусам выращивать картошку, что нужно России для создания вакцины от рака и ВИЧ, как увлечь детей сельским хозяйством и кто должен обеспечивать их базовые потребности, чтобы они не уехали из родного региона, читайте в материале по итогам дискуссии «Генетический суверенитет» на Всемирном фестивале молодежи.

Можно подумать, что под названием «Генетический суверенитет» скрывается желание отгородиться от генетического материала всего остального мира (хотя и непонятно, зачем, ведь близкородственное скрещивание для популяции вредно). Участники дискуссии объяснили, что включают в это понятие, во-первых, создание собственных банков биологических данных (сюда вошла бы и национальная база генетической информации), а во-вторых — возможность выступать на равных с мировыми лидерами генетических технологий. По мнению Максима Патрушева, руководителя Курчатовского геномного центра НИЦ «Курчатовский институт», паритет будет способствовать биобезопасности: «В плане биологии нужна своя "ядерная бомба". Если есть понимание противников, что мы это тоже можем, никто не осмелится против нас это применять», — отметил он.

Генетические платформы

Первым выступил Денис Логунов, замдиректора НИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи, один из разработчиков первой вакцины от COVID-19. Он отметил, что в России есть большие возможности для развития отрасли. Среди технологий, которые нужно поддерживать в стране, он назвал передовые методы синтеза генов de novo и создание генетических конструкций, которыми сейчас активно занимаются ЕС, США, Китай и даже Турция. Россия же пока отстает в этом вопросе.

Кроме того, нужно обеспечивать ресурсами наши платформы для создания субъединичных, векторных и ДНК-вакцин. Самым важным Логунов назвал переход к персонализированной медицине — от генетических конструкций до генетической информации.

«Мы не сможем совершить новый качественный скачок, если не будем накапливать и систематизировать генетические данные и использовать их адекватным образом. О чем я говорю? Нам, например, нужно создать вакцину против ВИЧ или опухолей. Сегодня это делается на уровне искусства. В стране есть буквально пара центров — Центр Блохина, Центр Герцена, и больше никакой институт этим не занимается. Чтобы понять, как сделать вакцину против опухоли, нужно секвенировать полностью геном, поймать мутации, потом сделать транскриптом, посмотреть, какие мутации действительно выражаются, то есть, экспрессируются. На основе этого делают полипептидную цепочку, которую можно использовать или закодировать в РНК. Для обеспечения таких навыков нужно создавать программные продукты, по 30 программ и пакетов, или даже больше, и еще отдельно анализировать огромные матрицы предсказаний внутриклеточных эпитопов. Весь этот ресурс нам нужен, потому что мы ничего не сделаем без адекватных предсказаний», — подчеркнул Логунов.

То же касается ВИЧ-инфекции. Существуют люди, которых называют элитными контроллерами. Им повезло (например, из-за определенных мутаций или нетипичных механизмов презентации антигена) стать практически неуязвимыми к заболеванию. Зная, как они защищаются от синдрома приобретенного иммунодефицита, можно было бы создать вакцины от ВИЧ, основанные на природных механизмах, уже имеющихся в популяции.

Инструменты, которые помогли бы читать их геномы и консолидировать такие данные, уже существуют, отмечает Логунов. Однако просто так организовать базу генетической информации в России будет сложно. В большинстве случаев это не делается на государственном уровне. «В США этим занимаются коммерческие платформы. Сдавать свои плазмидки исследователям в общий банк просто так никто не будет, люди любят свои плазмидки», — пошутил Денис Логунов.

Опыт соседей

Заместитель руководителя представительства по науке НИЦ «Курчатовский институт» на территории Беларуси Екатерина Блохина рассказала об отрасли в ее стране. С 1998 года в Беларуси существует Национальный координационный центр по биобезопасности — его создание было одним из условий присоединения к Картахенскому протоколу ООН, посвященному биобезопасности. Этот центр регулирует участие Беларуси в сохранении биоразнообразия. Одна из его функций — анализ законодательных актов, регулирующих использование генетически измененных организмов в стране. Работает там и Координационный центр по правам доступа, противодействующий биопиратству. Центр помогает физическим и юридическим лицам получить доступ и курируют все шаги получения сертификата международного образца. В 2002 году Беларусь присоединилась также к Нагойскому протоколу. В стране разработаны закон «О безопасности генно-инжереной деятельности» и другие нормативно-правовые акты, призванные регулировать эту отрасль.

«Все это необходимо в хозяйственной деятельности: у нас выведены микроорганизмы для получения аминокислот, есть стадо генетически измененных коз, из молока которых делают биодобавки. Проводятся опыты с рядом культур: с томатами картофелем, табаком, клевером, клюквой. Благодаря генетическим технологиям это удается делать намного быстрее. Традиционная селекция занимает 10-15 лет, а узконаправленное генетическое изменение — всего 3-5 лет», — поделилась Блохина, добавив, что в Беларуси ведется создание своих линий крупного рогатого скота, свиней и коз.

Анна Щаюк, ученый секретарь Института генетики и цитологии НАН Беларуси, рассказала, что в стране широко используется высокопроизводительное секвенирование. В скотоводстве это помогает увеличивать хозяйственную продуктивность и исключать из скрещивание носителей тяжелых наследственных заболеваний.

Генетические технологии используются и для исследования сельскохозяйственных растений, выявления различных важных признаков в геноме и ускорения селекции. Ученые работают с банками семян растений, чтобы создавать более высокопродуктивные или устойчивые сорта. В 2022 году в Беларуси начали применять устойчивый к фитофторе сорт картофеля, который получен при помощи технологии CRISPR/Cas-9. В Беларуси около 12 научных структур хранят коллекции генетического материала: Республиканский банк ДНК, коллекция непатогенных микроорганизмов, гербарная коллекция и другие. Они получили статус национального достояния.

Скот, свекла и теплицы

Пример ускоренной селекции привел и Максим Патрушев: в начале 2023 года Курчатовский геномный центр отдал на государственные испытания новый сорт пшеницы, который удалось вывести за 4 года. «В центре применяют маркерные и другие геномные технологии, а также используют установку контролируемого климата. Это супернавороченная теплица, которая позволяет до мельчайших параметров регулировать индивидуальные условия для любой культуры. Мы можем обеспечить сменяемость до шести поколений за год, что вместе с геномным скринингом ускоряет выведение сортов», — отметил выступающий.

Ключевыми культурами, семенами которых нужно обеспечить Россию, участники дискуссии назвали подсолнечник, кукурузу и сахарную свеклу. Для таких культур, как подсолнечник, свекла и рапс зависимость от импортных семян достигает 90%. Но почему же проблемы со свеклой так велики, если в в 2019 году Михаил Котюков отчитывался на Правительственном часе перед об успешной работе в этом направлении по нацпроекту «Наука» (которая велась на тот момент уже три года), к 2025 году в стране должны были покрыть 20% потребности в семенах свеклы?

На вопрос ответил Михаил Патрушев: «Во-первых, это не долго. По-хорошему, мы с нуля создаем технологию производства семенного материала свеклы. И здесь может идти речь о 15-20 годах, это нормально. У нас есть свекла советской селекции, но она по ряду технологических характеристик немножко сегодня нам уже не подходит. Во-вторых, свекла, как выяснилось, дает семена на второй год. Мы все думали, что это однолетнее растение. И когда я у Михаила Валентиновича спросил, какой путь самый эффективный, он ответил, что “в Италии арендовать пять тысяч гектаров” — там идеальные почвенно-климатические условия, а у нас, к сожалению, таких условий нет. Нам нужно мало того, что создать свеклы семенной материал, нам нужно создать технологию его производства, причем экономически эффективную».

В животноводстве, в том числе при разведении рыб, тоже используются генетические технологии. Система оценки продуктивности сельскохозяйственных животных выявляет особей, которые дают больше продукции — например, мяса или молока. Геномная селекция помогает выбрать лучшие варианты для скрещивания по ДНК-маркерам, связанным с полезными для сельского хозяйства признаками. Этот метод не только более быстрый, но и более предсказуемый и безопасный, чем традиционный подход. В Курчатовском институте, как рассказал Патрушев, сейчас создается собственная система оценки, так как раньше, при использовании зарубежной, из-за высокой степени инбридинга (близкородственного скрещивания) линии деградировали, что привело к экономическим потерям.

Кардиомиопатия и орфанные заболевания

Высокопроизводительное секвенирование также помогает находить гены и мутации, влияющие на развитие заболеваний. Анна Щаюк привела в пример гипертрофическую кардиомиопатию, которую может вызвать полторы тысячи разных мутаций. Белорусские медики изучили гены саркомерных белков, которые могут быть связаны с заболеванием и выявили мутации, которые потенциально могут быть причиной заболевания, в том числе, те, что раньше не были описаны.

Денис Логунов рассказал о генетической диагностике и лечении орфанных заболеваний, которые очень трудно изучать из-за их редкости. Как отметил Логунов, сейчас мы и близко не обладаем возможностью секвенировать полный геном для всего населения страны, чтобы выявить их. Но в будущем это бы очень помогло. Заболеваний, вызванных мутациями одного или нескольких генов, десятки тысяч. Очень часто диагноз становится приговором: люди не доживают до индивидуальной терапии, так как ее приходится разрабатывать слишком долго, а результатов его испытаний приходится дожидаться годами.

Технологии, которые могли бы помочь таким пациентам — например, доставка «лечебного» гена в клетку при аденоассоциированных векторов — для каждого из таких редких заболеваний не окупятся по определению. Добровольцев с тем же заболеванием для клинических испытаний часто не набрать: порой от них страдают два человека во всей стране. Сейчас при участии РНИМУ им. Пирогова готовятся регуляторные меры, помогающие быстрее подобрать персонализированную терапию и начать помогать людям с орфанными заболеваниями, но более подробно эксперты распространяться о них пока не стали.

Как привлечь финансирование и молодежь?

О позиции бизнеса рассказала первый заместитель гендиректора «Иннопрактики» Наталья Попова. «Компании приходят, готовы вести разработки, но рассматривают их уже на поздних стадиях, когда они почти готовы выйти на рынок. Все компании хотят максимизировать прибыль, поэтому инвестировать в первые циклы разработки они, скорее всего, не будут. Маленькие компании на таких долгих инвестициях не выживают», — объяснила она.

Но не нужно забывать, какие впечатляющие результаты дает эта работа: во второй половине прошлого века генетика и селекция обеспечили рост сектора АПК в 5 раз. Поэтому «Иннопрактика» собирается генотипировать 80% крупного рогатого скота Кубани при поддержке региональных властей.

Работает фонд и над привлечением кадров в сельское хозяйство. Опросы проекта «Ценностный атлас России» показали, что школьники мотивированы трудиться на благо общества и заниматься наукой, но 70% не видят будущего в своем сельскохозяйственном регионе и хотят уехать. Но после организованных в Воронежской области и Башкортостане ознакомительных дней, встреч с потенциальными работодателями и хакатонов 50% участников захотели остаться в регионах и заниматься сельским хозяйством, понимая, что они востребованы. «Мы показываем, что агросектор — это не мотыга и тяпка, это новейшие технологии, это дроны, это генетическая селекция», — отметила Попова.

Правда, среди пришедших на мероприятия могло изначально прийти больше уже мотивированных ребят — скорее всего, не заинтересованные в работе по этому направлению не стали бы тратить на это время. Наталья Попова не дала четкого ответа, было ли большинство участников второго опроса представителями уже желающих остаться 30%, но назвала выборку репрезентативной.

Однако, решая многие проблемы на пути к генетическому суверенитету, судя по всему, надеяться научные организации могут только на себя. На вопрос слушателя-педагога с Камчатки, что же делать с этими увлеченными детьми, когда они вырастут, как обеспечить их базовые потребности, чтобы они могли работать в науке, Патрушев ответил так: «Экономика Камчатского края, с нашей точки зрения, должна развиваться в том числе и при участии Камчатского края. Мы можем научить, мы можем направить, мы можем создать базовую мотивацию у ребенка и найти уникальную мотивацию, не финансовую. А финансовая мотивация — задача самого региона».

Недостающие или слишком долго добирающиеся до института ферментов, необходимых для лабораторной работы, эксперты тоже посоветовали делать самостоятельно. «Мы в 2022 году, когда столкнулись с такой ситуацией, ряд ферментов начали просто делать сами. Если есть компетенции — берем и делаем. Никто этого не сделает за вас», — заявил Патрушев.

Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.