«Живая» родословная: что такое ДНК-паспортизация?

«Живая» родословная: что такое ДНК-паспортизация?

58

Технологии развиваются, и то, что еще недавно казалось недостижимой фантастикой, стремительно становится реальностью. Помните известную фразу кота Матроскина: «Усы, лапы и хвост – вот мои документы»? Так вот сегодня это не остроумная шутка, а вполне точное описание ДНК-паспортизации – технологии, которая находит все более широкое применение. Как расшифрованный геном может помочь сократить расходы, оптимизировать работу предприятия и снизить риски? Давайте разбираться.

От криминалистики – до фермы

«Изначально нашей основной задачей были разработка и производство наборов реагентов для идентификации личности человека. Было важно создать отечественный продукт _ потому что на тот момент, в 2008 году, использовались лишь импортные разработки, – вспоминает Сергей Леонов, генеральный директор компании «ГОРДИЗ». – Но данная технология может использоваться не только для людей, но и для исследования биоматериала животных – в принципе, задачи достаточно близкие: это либо прямая идентификация, когда мы определяем, принадлежит ли данный образец конкретному объекту, либо установление родства».

Уже через два года после начала работы, в 2010 году, компания выпустила первый отечественный набор для генотипирования животных, а с 2017 года является участником кластера биологических и медицинских технологий Фонда «Сколково» и участвует в программах разработки новых инновационных технологий и продуктов для решения актуальных задач современной практической биологии и медицины.

К слову, сегодня во всем мире только одно предприятие в США производит аналогичную – качественную и доступную – продукцию. Тем не менее услуга ДНК-паспортизации крайне востребована.

«Дело в том, что существует закон о племенном животноводстве, согласно которому организации, занимающиеся разведением животных, должны подтверждать их происхождение, — рассказывает Сергей. – Сегодня мы производим наборы для идентификации всех основных сельскохозяйственных животных».

 

Скупой платит дважды

Несмотря на то, что потребность в идентификации живых существ стоял всегда, генетические методы используются сравнительно недавно. Предыдущая технология была основана на серологическом анализе – то есть, на иммунологии – это похоже на определение группы крови. Главным недостатком этого способа является очень низкая точность, по факту, здесь имеет место чисто вероятностное определение. Эту проблему с успехом решил метод, основанный на анализе микросателлитных маркеров. По заверениям ученых, вероятность случайного совпадения генома – 1 на несколько миллиардов! Кроме высокой точности, у данного метода есть еще одно весомое достоинство: для экспертизы подходит любой биоматериал в очень небольшом количестве, что позволяет минимизировать вред животному и затраты на транспортировку и хранение проб.

Однако устаревшая технология все еще широко применяется во всем мире и, в частности, в России. Почему? Все просто: серологический анализ дешевле. По мнению ученых, это как раз тот случай, когда попытка сэкономить зачастую приводит к тому, что приходится платить дважды.

«Допустим, есть животное, происхождение которого необходимо установить. Его приобретает некий агрокомплекс. С одной стороны, животноводы стремятся минимизировать свои затраты, это понятно, – рассуждает Сергей. – Но при использовании устаревших методов многократно возрастает риск того, что животное будет идентифицировано неправильно, оно и его потомство не будут обладать необходимыми свойствами. В последующем негативный экономический эффект будет гораздо более существенным, чем затраты на генетическую экспертизу. Но я вижу, что сейчас происходит переходный этап. Уверен, что в скором времени современные методы будут использоваться повсеместно».

Компания готова удовлетворить растущий спрос и постоянно расширяет ассортимент. Сложно представить, но всего несколько сотрудников производят полную линейку — в промышленных объемах.

Так, в небольшой лаборатории ДНК-синтеза происходит процесс создания ключевых компонентов наборов – искусственно синтезированных фрагментов ДНК-олигонуклеотидов. Именно они выступают в качестве зондов при исследовании генетических маркеров.

Сегодня технология олигосинтеза очень развита, все биотехнологические компании так или иначе ее используют. Однако и для этого сегмента крайне актуален вопрос, который в течение последних лет определяет развитие всего российского производства. Речь идет об импортозамещении.

Очень многие предприятия вынуждены закупать компоненты за рубежом, а это очень затратный путь. Специалисты компании «ГОРДИЗ» выработали решение этой проблемы.

«Мы – одна из немногих компаний в России, которая может себе позволить полный цикл производства: от самых базовых составляющих до конечного продукта, – рассказывает __________. – Нам удалось добиться существенного снижения себестоимости, и мы уже выполняем заказы на их производство на контрактной основе».

Генеалогическое древо продуктивности

Существует такой вид исследования, как «Исследования признаков продуктивности», при котором определяется соответствие объекта тем или иным критериям на генетическом уровне. Другой метод, определение идентифицирующих маркеров, помогает лишь установить происхождение. Какая технология имеет большее практическое применение?

Как оказалось, данные методы связаны неразрывно.

«Мы можем единожды установить маркеры продуктивности конкретного животного, и в последующем просто проверять идентичность его потомства. Все потомки будут нести те признаки, которые имел прародитель, — рассказывает Сергей, — Конечно, можно повторно проводить анализ признаков продуктивности у каждого животного. Это позволяет создать целую программу своеобразного генетического контроля, которая позволяет гарантировать соответствие каждого животного необходимым критериям, минимизировать риски – и в конечном счете быть уверенным в эффективности и рентабельности всего предприятия.

 

Код «зеленый»: зачем растениям паспорт?

«Несмотря на заметные успехи в сельскохозяйственном производстве, Россия по-прежнему серьезно отстает в плане источников для сельского хозяйства – прежде всего, я имею в виду маточное поголовье и семена. Например, мы успешно производим мясо птицы, но у нас фактически на нуле производство эмбрионов. Такая же ситуация наблюдается и в семеноводстве по очень многим культурам, – рассказывает Андрей Борисович Комаров, заместитель директора Всероссийского центра оценки качества семян. – Для того, чтобы как минимум знать, что мы имеем, что именно мы закупаем, нам нужен всесторонний контроль. Эту задачу можно решить с помощью ДНК-паспортов».

Современные технологии позволяют создать уникальный ДНК-паспорт не только всего сорта, но и даже отдельно взятого семени. Это отрывает широкие возможности решения актуальных проблем.

«Можно идентифицировать фальсификат, определять сортовую чистоту посевного материала. Также немаловажно, что данная технология необходима для защиты авторских прав и маркерной селекции – при составлении паспорта мы можем проследить те или иные последовательности, которые являются индикаторами полезных, или, напротив, вредных признаков», – рассказывает Андрей Борисович.

Тенденции биологической информатизации таковы, что со временем ученые неминуемо накапливают данные, которые позволяют с высокой точностью прогнозировать свойства растений по их геному. В целом, в биотехнологии задача создания глобальной генетической базы данных уже решена – сегодня дело только за практикой в конкретной области, в частности – селекции. Практически все оборудование подключено к интернету – сравнительный анализ происходит при соединении с трансконтинентальными базами данных.

Благодаря современным технологиям, в частности, максимально упростился процесс выявления ГМО, споры вокруг которого не утихают долгие годы.

«Это такой же поиск определенных последовательностей, характерных для данной линии генно-модифицированного растения. У нас есть все необходимое оборудование и утвержденная министерством сельского хозяйства методика, с помощью которых мы можем выявлять практически 100% существующих в мире ГМ-линий», – рассказывает Андрей Борисович.

Сегодня перед учеными стоит задача обеспечения получения паспортов всеми зарегистрированными селекционными достижениями. Зачем это нужно?

«К сожалению, селекционер, создавший новый сорт, может тут же его потерять – если он вовремя не озаботится защитой своих прав. ДНК-паспорт способен исключить вероятность кражи селекционного достижения и перемещения приоритета, – объясняет Андрей Борисович. – Кроме того, при помощи данной технологии легко отсечь видовую фальсификацию – когда по той или иной культуре на производство поставляются различные сорта – это многие миллионы, если не миллиарды рублей. Нередко имеют место ситуации, когда, к примеру, на пивоварню поставляется пивоваренный ячмень. При этом недобросовестный поставщик примешивает значительную часть дешевого сырья, которое не обладает необходимыми свойствами. Проконтролировать это на производстве практически невозможно, а на качестве продукта это может отразиться очень значительно».

По мнению ученых, раскрыть такой обман можно при помощи экспертизы сортовой чистоты поставляемого материала. Используя сравнительные – «эталонные» — образцы, безошибочно определить, стоит или нет партия своих денег, можно в очень короткие сроки.

Что же касается глобальных задач, то в перспективе лабораторные исследования могут полностью заменить традиционные методы испытания сортов: вместо того, чтобы годами культивировать растения на опытных делянках, отслеживая их устойчивость и продуктивность, будет достаточно проанализировать их ДНК и предсказать, как культура будет вести себя в тех или иных условиях.

«Это и есть та самая цифровизация. Мы ведь хотим умного сельского хозяйства? Без данных методов его не будет, – с уверенностью утверждает Андрей Борисович. – Интеллектуальные технологии – это не только и не столько картография полей, беспилотники и контролируемые физические условия. В первую очередь это предсказуемый и контролируемый биологический материал, который мы применяем».