Развитие технологий точечного редактирования генома ставит перед государственными регуляторами новую задачу: необходимо отличать традиционные генетически модифицированные организмы от растений, полученных с помощью современных методов геномного редактирования — NGT и GE.
Для такого контроля требуются технологии, способные обнаруживать изменения в ДНК даже в тех случаях, когда информация о конкретной линии отсутствует в международных регистрах.
Одним из таких решений стала биоинформатическая платформа RiSpy, разработанная международным консорциумом исследователей. Первой сельскохозяйственной культурой, на которой ученые протестировали систему, стал рис.
RiSpy позволяет выявлять геномно-отредактированные линии риса
Главная особенность RiSpy заключается в том, что система не ограничивается поиском информации в существующих базах данных.
Платформа анализирует генетические данные непосредственно из образца риса и формирует своего рода цифровой паспорт линии. Это позволяет установить характер изменений и определить происхождение исследуемого материала даже в том случае, если соответствующий сорт или линия не зарегистрированы в международных реестрах.
Для контроля продукции, созданной с использованием CRISPR и других технологий точечного редактирования генома, это имеет принципиальное значение.
Из чего состоит цифровой паспорт RiSpy
При анализе образца система использует несколько групп генетических признаков.
Цифровой профиль линии включает три основных уровня данных:
- непосредственно целевое генетическое изменение;
- возможные следы применения инструментов геномного редактирования — так называемых «генетических ножниц»;
- сортоспецифичный генетический штрихкод, позволяющий определить происхождение растения.
После этого алгоритмы RiSpy проводят статистический анализ совокупности признаков.
Такой подход позволяет не только выявлять отдельную мутацию, но и сопоставлять ее с генетическим фоном конкретного сорта или селекционной линии.
Как работает система RiSpy
Принцип работы платформы можно представить как последовательность нескольких этапов.
Сначала из образца риса получают ДНК и считывают ее последовательность с помощью секвенатора. Полученные данные загружаются в цифровую платформу.
Далее алгоритмы проводят математический и статистический анализ генетических признаков.
По итогам формируется цифровой отчет, содержащий информацию о выявленных изменениях, особенностях генома и предполагаемом происхождении исследуемой линии.
Таким образом, сложные результаты секвенирования преобразуются в структурированный биологический профиль, который потенциально может использоваться при лабораторном и регуляторном контроле.
Технологию можно применять в мобильных лабораториях
RiSpy совместима как с высокопроизводительным лабораторным оборудованием, так и с компактными секвенаторами.
Это открывает возможность применения технологии не только в крупных научных центрах.
Перспективным направлением может стать создание мобильных генетических лабораторий непосредственно в местах обращения сельскохозяйственной продукции — например, на пунктах таможенного контроля, в логистических центрах или на элеваторах.
Использование портативных систем секвенирования потенциально позволяет ускорить анализ импортируемого и экспортируемого зерна и снизить стоимость контроля.
Зачем RiSpy нужна регуляторам и селекционерам
Появление новых законодательных подходов к растениям, созданным с использованием NGT и GE, требует инструментов, позволяющих практически применять такие нормы.
RiSpy может использоваться для подтверждения происхождения генетического материала и выявления характерных признаков геномного редактирования.
Для селекционных компаний технология также представляет интерес с точки зрения защиты интеллектуальной собственности. Генетический профиль позволяет отличать конкретные линии и подтверждать их происхождение.
Для рынка в целом подобные технологии могут повысить прозрачность контроля и маркировки продукции, произведенной с использованием современных методов селекции.
Почему для разработки RiSpy выбрали именно рис
Рис оказался удобной модельной культурой сразу по нескольким причинам.
Это один из важнейших продуктов питания в мире, поэтому развитие новых сортов риса имеет большое экономическое и социальное значение.
Изменение климата также ускоряет селекционную работу. Исследователи создают сорта, устойчивые к засухе, высоким температурам, засолению и заболеваниям.
При этом геном риса хорошо изучен и сравнительно компактен, что упрощает и удешевляет секвенирование.
Еще одним важным преимуществом стала крупная международная база 3K Rice Genomes, содержащая геномные данные тысяч разновидностей риса. Такой массив информации позволил разработчикам обучать алгоритмы и проверять точность статистических моделей.
В разработке участвовал институт CIRAD
В международный консорциум, работавший над RiSpy, вошел французский исследовательский институт CIRAD, специализирующийся на сельскохозяйственных исследованиях.
Институт обладает многолетним опытом изучения риса и участвует в развитии крупных международных баз генетических данных этой культуры.
Наличие большого объема эталонных геномных данных стало одним из ключевых факторов, позволивших протестировать систему на рисе.
RiSpy планируют адаптировать для других сельхозкультур
Несмотря на то что технология первоначально разрабатывалась на основе риса, используемые в ней математические методы не привязаны исключительно к одной культуре.
Следующими направлениями для адаптации системы могут стать соя, кукуруза, томаты и картофель.
Для каждой новой культуры потребуется собственный набор эталонных данных. В систему необходимо загрузить референсный геном, а затем обучить алгоритмы выявлять характерные сочетания генетических изменений в конкретных сортах и линиях.
В перспективе подобные платформы могут сформировать новый класс цифровых инструментов для контроля сельскохозяйственной продукции, созданной с применением технологий геномного редактирования.
Рис в этом случае стал не только объектом исследования, но и удобной моделью для разработки подходов, которые в будущем могут применяться к целому ряду сельскохозяйственных культур.