“जीनोम संपादन की विधि को पारंपरिक चयन विधियों का विरोध नहीं किया जाना चाहिए। "यह बल्कि एक नया उपकरण है," पादप तनाव प्रतिरोध की प्रयोगशाला के प्रमुख जोर देते हैं अखिल रूसी कृषि जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान संस्थान (वीएनआईआईएसबी) वासिली तारानोव। - एक समय की बात है, सर्जन चाकू से ऑपरेशन करते थे, फिर वे प्रकट हुए स्केलपेल, फिर लेज़र। सर्जरी के लिए पूरी तरह से अलग विकल्प उपलब्ध हो गए। इसलिए जेनेटिक इंजीनियरिंग एक उपकरण प्रदान करती है जिसके साथ आप कुछ ले सकते हैं और सुधार सकते हैं, लेकिन यह पहले इस्तेमाल की गई हर चीज़ को रद्द या प्रतिस्थापित नहीं करता है।
ऑल-रशियन रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ एग्रीकल्चरल बायोटेक्नोलॉजी (VNIISB) पौधों के तनाव प्रतिरोध के लिए एक प्रयोगशाला संचालित करता है, जिसका काम दो मुख्य दिशाओं में किया जाता है: जीन की खोज जो अजैविक और जैविक तनाव के लिए पौधों के प्रतिरोध को निर्धारित करते हैं, और जीनोम का संपादन करते हैं। तनाव प्रतिरोधक क्षमता बढ़ाने के लिए पौधों की खेती की जाती है। वैज्ञानिकों के अनुसंधान क्षेत्र में आलू और खुली सब्जियां शामिल हैं।
हम प्रयोगशाला के प्रमुख वासिली तारानोव और वरिष्ठ शोधकर्ता मरीना लेबेडेवा से बात करते हैं कि नवीनतम तकनीकों की विशेषताएं और फायदे क्या हैं, वे क्या परिणाम प्राप्त कर सकते हैं और प्रयोगशाला वैज्ञानिक रूसी कृषि उत्पादकों की किन समस्याओं को हल करने के लिए उनका उपयोग करते हैं।
– आज चयन प्रक्रिया में तेजी लाने की जरूरत पर काफी चर्चा हो रही है। ऐसा माना जाता है कि जीनोम संपादन की विधि ऐसा करने की अनुमति देती है। यह सच है?
वी.टी.: यह कहना अधिक सही होगा कि जैव प्रौद्योगिकी विधियाँ चयन में तेजी लाने में उतनी मदद नहीं करतीं जितनी कि वैज्ञानिकों की क्षमताओं का विस्तार करने में। किसी किस्म पर काम करने की प्रक्रिया अभी भी काफी लंबी है, क्योंकि हम उन पौधों के बारे में बात कर रहे हैं जिनका एक निश्चित जीवन चक्र होता है।
लेकिन विशेषज्ञों के लिए ऐसे परिणाम प्राप्त करना संभव हो जाता है जिन्हें पारंपरिक प्रजनन विधियों का उपयोग करके हासिल करना बेहद मुश्किल (यदि असंभव नहीं) होगा।
जीनोमिक संपादन की मदद से, हम जानबूझकर एक उत्परिवर्तन पेश कर सकते हैं जो किसी किस्म की विशिष्ट विशेषता को सीधे प्रभावित करता है, जबकि आर्थिक रूप से मूल्यवान लक्षणों के बाकी परिसर को अपरिवर्तित रखता है।
एम.एल.: कल्पना करें कि हम पारंपरिक प्रजनन विधियों का उपयोग करके जंगली आलू से एक प्रतिरोधी जीन को अपनी खेती की विविधता में शामिल करना चाहते हैं। ऐसा करने के लिए, ब्रीडर कुछ सांस्कृतिक रेखाओं के साथ "जंगली" के क्रॉस की एक श्रृंखला को अंजाम देता है। समस्या यह है कि प्रतिरोध जीन के साथ, अन्य सभी "जंगली" जीन विविधता में स्थानांतरित हो जाते हैं, जो अक्सर बेहद अवांछनीय होता है। जेनेटिक इंजीनियरिंग आपको केवल एक वांछित जीन लेने/बदलने की अनुमति देती है।
– एक दृष्टिकोण यह है कि इस तथ्य के बावजूद कि जीनोम संपादन की विधि लगभग 10 वर्षों से ज्ञात है, इसने अभी तक ध्यान देने योग्य व्यावसायिक परिणाम नहीं दिए हैं।
वी.टी.: यह पूरी तरह से सच नहीं है। दुनिया की अग्रणी प्रजनन कंपनियाँ जीनोम संपादन का उपयोग करती हैं और इसे छिपाती नहीं हैं। लेकिन हम नहीं जानते कि वे वास्तव में क्या करते हैं और उन्हें क्या परिणाम मिलते हैं।
उपलब्धियों का विज्ञापन नहीं किया जाता है क्योंकि पारंपरिक रूप से प्राप्त पौधे की तुलना में आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके संसाधित किए गए पौधे को बाजार में लाना अधिक महंगा है। और कभी-कभी ऐसा करना बिल्कुल असंभव होता है।
साथ ही, यह साबित करना बहुत मुश्किल है कि मौजूदा तरीकों का उपयोग करके एक विशेष किस्म बनाने के लिए जीनोम संपादन का उपयोग किया गया था।
परीक्षण के दौरान, विशेषज्ञ जीव के जीनोम में एक मार्कर अनुक्रम की तलाश करेंगे; यदि यह मौजूद है, तो पौधे को आनुवंशिक रूप से संशोधित के रूप में पहचाना जाएगा। लेकिन जीनोमिक संपादन के साथ, जीनोम में कुछ भी नहीं डाला जाता है, इसलिए कुछ भी नहीं पाया जा सकता है।
परिवर्तन अक्सर न केवल एक जीन को प्रभावित करते हैं, बल्कि जीन में एक विशिष्ट स्थान, वस्तुतः एक न्यूक्लियोटाइड, एक अक्षर को भी प्रभावित करते हैं। और बाकी अरबों अक्षर वैसे ही बने रहते हैं जैसे थे। यह निर्धारित करने के लिए कि एक पौधे को संपादित किया गया है, आपको वास्तव में त्रुटि को खत्म करने के लिए मानक से दस गुना अधिक कवरेज के साथ, उसके पूरे जीनोम को पढ़ने की आवश्यकता है। कोई भी इतना बड़ा और बहुत महंगा विश्लेषण नहीं करेगा, और ब्रीडर हमेशा कह सकता है कि उसने उत्परिवर्तन या पारंपरिक चयन का उपयोग करके पौधा प्राप्त किया है।
- एम.एल.: सामान्य तौर पर जीनोम संपादन, और विशेष रूप से पौधों पर इन तकनीकों का उपयोग करने का अनुभव, एक बिल्कुल हालिया कहानी है।
कम से कम इसलिए नहीं कि किसी सुविधा को बदलने के लिए आपको यह जानना होगा कि वास्तव में क्या और इसे कैसे संपादित करना है। पौधों के लक्षण जीन द्वारा निर्धारित होते हैं, जो अक्सर जीन का एक सेट होता है, जिसमें से संपादन के लिए उपयुक्त लक्ष्य का चयन किया जाना चाहिए। लेकिन रुचि के लक्षणों में योगदान देने वाले विशिष्ट जीन के कार्यों और विनियमन को स्पष्ट करने के लिए जटिल और अक्सर लंबे अध्ययन की आवश्यकता होती है। जानवरों और मनुष्यों के साथ तुलना करने पर, हम कह सकते हैं कि हम पौधों के लक्षणों (उदाहरण के लिए, प्रतिरोध, उत्पादकता, आदि) के कई आणविक तंत्रों को अच्छी तरह से नहीं जानते हैं। साथ ही, पौधों के जीनोम बड़े और अधिक जटिल होते हैं, जो कार्य को बिल्कुल भी सरल नहीं बनाते हैं। हालाँकि, पादप जीव विज्ञान में बुनियादी अनुसंधान के माध्यम से बहुत कुछ पहले से ही ज्ञात है, और जितना अधिक हम इसे समझते हैं, संशोधन की हमारी संभावनाएँ उतनी ही अधिक बढ़ जाती हैं।
इसके अलावा, हम एक ऐसी विधि के बारे में बात कर रहे हैं जो कुछ विशेषताओं को ठीक करना संभव बनाती है, लेकिन नई किस्मों को बाजार में पेश करना संभव नहीं बनाती है, जिस पर काम करने में, कुछ तेजी के बावजूद, अभी भी वर्षों लग जाते हैं।
– क्या बायोटेक्नोलॉजिस्ट जीन संपादन करते हैं? वे कार्य की वास्तविक दिशा (संपादन का उद्देश्य) कैसे निर्धारित करते हैं?
वी.टी.: बायोटेक्नोलॉजिस्ट को चुनी हुई फसल के सफल ब्रीडर के साथ मिलकर काम करना चाहिए और आदर्श रूप से, अन्य विशेषज्ञ उत्पादकों को भी शामिल करना चाहिए। ब्रीडर, किसानों के साथ मिलकर कार्य निर्धारित करता है, ब्रीडर उपयुक्त जीनोटाइप का चयन करने में मदद करता है। हम, बदले में, जैव रसायनज्ञों और आनुवंशिकीविदों से परामर्श करते हैं, हम सोचते हैं कि हम इस आधार पर क्या पेशकश कर सकते हैं (जैविक दृष्टिकोण से आवश्यक विशेषताओं का हमेशा पर्याप्त अध्ययन नहीं किया जाता है)। हम देखते हैं कि हम वास्तव में क्या कर सकते हैं, अपने काम के चरण को पूरा करते हैं, परिणामी लाइन को ब्रीडर को लौटाते हैं, और ब्रीडर परिणाम को विविधता में लाता है।
- क्या जीनोम एडिटिंग एक महंगी तकनीक है?
वी.टी.: एक पौधा प्राप्त करने की लागत फसल पर निर्भर करती है और परिणामी पौधा संपादित है या ट्रांसजेनिक है।
यदि हम उपकरण के बारे में बात करते हैं, तो एक कंपनी के लिए जो पहले से ही वायरस-मुक्त सामग्री और माइक्रोक्लोनिंग प्राप्त करने में लगी हुई है, जीनोम संपादन के लिए उपकरण और अभिकर्मकों की खरीद पर अपेक्षाकृत कम राशि खर्च होगी। ऐसे काम को शुरू करने में बाधा निवेश की भारी मात्रा नहीं, बल्कि योग्य कर्मियों की कमी हो सकती है। ऐसे बहुत कम लोग हैं जो इस तरह का विशिष्ट कार्य कर सकते हैं और कर सकते हैं।
और लागत पर वापस आते हैं: इस क्षेत्र में तकनीकी प्रगति बहुत तेज़ है। जीनोम संपादन के तरीके, कहते हैं, 2012 में, जब CRISPR/Cas9 की खोज की गई थी (बैक्टीरिया की प्रतिरक्षा प्रणाली के आधार पर उच्च जीवों के जीनोम को संपादित करने की एक तकनीक), और अब हमारे पास जो हैं वे बहुत अलग हैं। परिचालन दक्षता साल दर साल बढ़ती है और लागत कम होती है।
एम.एल.: इसकी तुलना मानव जीनोम अनुक्रमण परियोजना से की जा सकती है। पहले मानव जीनोम को एक अंतरराष्ट्रीय संघ द्वारा 10 वर्षों के लिए 2.7 बिलियन डॉलर में अनुक्रमित किया गया था, क्योंकि ऐसी प्रौद्योगिकियां 90 के दशक में उपलब्ध थीं। वर्तमान में, संपूर्ण मानव जीनोम को अनुक्रमित करने की लागत $1000 से कम है और इसमें कुछ दिन लगते हैं।
- चलिए आपकी प्रयोगशाला के बारे में बात करते हैं, क्या यह मौलिक विज्ञान या व्यावहारिक अनुसंधान पर केंद्रित है?
वी.टी.: हम दोनों करने का प्रयास करते हैं। शुरुआत में बुनियादी चीजों को प्राथमिकता दी गई, लेकिन अब हम अपने विकास को व्यवहार में लाने की कोशिश कर रहे हैं।
फिलहाल, उदाहरण के लिए, हम वायरस वाई के प्रति आलू के प्रतिरोध के तंत्र का अध्ययन कर रहे हैं। यह बहुत मौलिक काम है, लेकिन सफल होने पर प्रतिरोधी किस्मों के चयन के लिए परिणाम बहुत दिलचस्प होगा।
एम.एल.: मौलिक और व्यावहारिक विज्ञान आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़े हुए हैं; एक के बिना दूसरे का अस्तित्व नहीं रह सकता। यदि हम नहीं जानते कि वायरस पौधे के साथ, किस विशिष्ट प्रोटीन के साथ कैसे संपर्क करता है, तो हम पौधे को प्रतिरोधी बनाने के लिए उनमें बदलाव नहीं कर पाएंगे।
हम 2018 से वायरस वाई पर शोध कर रहे हैं और अब इस तथ्य के करीब पहुंच रहे हैं कि अगले कुछ वर्षों में हम प्रतिरोध के लिए एक सूत्र प्राप्त करेंगे, और भविष्य में आवश्यक व्यावहारिक परिणाम प्राप्त करेंगे: आलू का पौधा वायरल प्रोटीन को संश्लेषित नहीं करेगा, यह वायरस के प्रति प्रतिरोधी होगा.
- क्या आप रूसी प्रजनन कंपनियों/प्रजनकों के साथ सहयोग करते हैं?
वी.टी.: आलू पर, हम युवा प्रजनक मारिया पॉलाकोवा के साथ काम करते हैं, आलू संघ के विशेषज्ञों के साथ सक्रिय रूप से संवाद करते हैं, और आलू संघीय अनुसंधान केंद्र के साथ संपर्क बनाए रखते हैं। ए.जी. लोर्जा. जहां तक गोभी का सवाल है, हम रूसी राज्य कृषि विश्वविद्यालय-मॉस्को कृषि अकादमी के प्रजनकों और बीज उत्पादकों के साथ बातचीत करते हैं। के.ए. ग्रिगोरी और सुकरात मोनाचोस द्वारा तिमिर्याज़ेव। और इस क्षेत्र में हम जो भी करते हैं, उसमें हम पूरी तरह उनके द्वारा निर्देशित होते हैं।
- और फिर से वायरस के बारे में। मरीना वेलेरिवेना, आपकी वैज्ञानिक रुचियों में केवल वायरस ही शामिल नहीं है Y. 2023 में, आपको "उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण विधियों का उपयोग करके खेती किए गए आलू (सोलनम ट्यूबरोसम एल.) के वाइरोम्स का अध्ययन" परियोजना पर शोध करने के लिए रूसी विज्ञान फाउंडेशन से अनुदान प्राप्त हुआ। यह विषय दिलचस्प क्यों है?
एम.एल.: कई अन्य पौधों की तुलना में आलू काफी हद तक वायरल रोगों से ग्रस्त होते हैं, क्योंकि इन्हें वानस्पतिक रूप से प्रचारित किया जाता है। वायरस कंदों में जमा हो जाते हैं और अगली पीढ़ियों तक चले जाते हैं, इसलिए वायरल लोड लगातार बढ़ रहा है। जब वे कहते हैं कि आलू ख़राब हो रहे हैं, तो हम ठीक इसी बारे में बात कर रहे हैं।
वायरस निष्क्रिय सिस्टम नहीं हैं; वे मेजबान पौधे और एक दूसरे के साथ सक्रिय रूप से बातचीत करते हैं। ऐसे मामले हैं जहां एक पौधा जो पहले से ही एक विशिष्ट वायरस से बीमार है, वह दूसरे से संक्रमित नहीं हो सकता है। और ऐसे वायरस भी होते हैं जो अकेले किसी पौधे को संक्रमित नहीं कर सकते, वे केवल अन्य वायरस के साथ मिलकर कार्य करते हैं। अभी हाल ही में, एक काम प्रकाशित हुआ था जिसमें वायरस के उन रूपों का वर्णन किया गया था जो पौधों को सूखे से बचने में मदद करते हैं। परजीविता से पारस्परिकता की ओर ऐसा अप्रत्याशित परिवर्तन।
आलू पर वायरल रोगों से निपटने के लिए कोई प्रभावी रसायन नहीं हैं। इसके स्वास्थ्य को बेहतर बनाने के लिए, काफी जटिल और, सबसे महत्वपूर्ण, महंगी विधियां विकसित की गई हैं: इन विट्रो कल्चर के माध्यम से, माइक्रोट्यूबर्स प्राप्त करना। लेकिन इसका परिणाम कुछ पीढ़ियों तक ही रहता है। अन्य समाधान खोजने के लिए, आपको वायरस की विशेषताओं का अधिक विस्तार से अध्ययन करने की आवश्यकता है, इसलिए यह अध्ययन बहुत, बहुत प्रासंगिक है।
– GOST 33996-2016 “बीज आलू। गुणवत्ता निर्धारित करने के लिए तकनीकी स्थितियाँ और विधियाँ" पांच वायरस सूचीबद्ध हैं (पीवीके - एक्स आलू वायरस; एसबीके - एस आलू वायरस; एमवीके - एम आलू वायरस; वाईबीके - वाई आलू वायरस; वीएसएलके - लीफ कर्ल वायरस) आलू) और एक वाइरोइड (पीएसटीवी - आलू स्पिंडल ट्यूबर वाइरोइड)। क्या आप उन पर ध्यान देंगे?
एम.एल.: मेरे प्रोजेक्ट का लक्ष्य उन वाइरोम्स (वायरस का संग्रह) का अध्ययन करने के लिए उच्च-थ्रूपुट विधियों का उपयोग करना है जो रूस में आलू पर मौजूद हैं। यह इस दृष्टि से दिलचस्प है कि एक पौधे पर विभिन्न विषाणुओं के कौन से कॉम्प्लेक्स पाए जाते हैं, और इन विषाणुओं की व्यापकता के दृष्टिकोण से भी।
कुल मिलाकर, दुनिया में आलू पर पाए जाने वाले 50 से अधिक वायरस ज्ञात हैं। GOST में सूचीबद्ध वे सबसे खतरनाक हैं, और इसके अलावा, उनके पास स्पष्ट बाहरी संकेत हैं। इस प्रकार, मोज़ेक नेक्रोसिस वायरस वाई संक्रमण की एक सामान्य अभिव्यक्ति है, और लीफ कर्ल वायरस की उपस्थिति पत्ती ब्लेड की विशिष्ट विकृति से निर्धारित की जा सकती है।
लेकिन ऐसे कई वायरस हैं जो स्वयं को फेनोटाइपिक रूप से प्रकट नहीं करते हैं, हालांकि वे फसल पर भी प्रभाव डाल सकते हैं। उन्हें शायद ही कभी खोजा जाता है, लेकिन केवल इसलिए कि उनकी तलाश नहीं की जाती है।
उदाहरण के तौर पर, मैं ऑल-रशियन रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ प्लांट प्रोटेक्शन (VIZR) के सहयोगियों के काम का हवाला दे सकता हूं। 2019 में, उन्होंने रूस में आलू वायरस पी की खोज के बारे में एक लेख प्रकाशित किया। पहले यह माना जाता था कि यह विशेष रूप से दक्षिण अमेरिका में वितरित किया गया था।
सवाल यह है कि अगर हम "स्ट्रीटलाइट के नीचे" नहीं, जहां रोशनी है, वहां न देखें, लेकिन जहां हमने अभी तक नहीं देखा है, तो हम क्या खोजेंगे।
– आप अपना शोध कहाँ करेंगे?
एम.एल.: अनुदान की शर्तों के मुताबिक इस प्रोजेक्ट में दो साल लगेंगे. पिछले साल हमने तुला क्षेत्र में एक आलू फार्म के साथ सहयोग किया, सामग्री एकत्र की, विभिन्न किस्मों और प्रजनन पर काम किया। इस वर्ष हम अन्य क्षेत्रों में जाएंगे और देखेंगे कि वहां कौन से वायरस पाए जाते हैं।
अध्ययन के नतीजे 2025 में सारांशित किए जाएंगे, और हम निश्चित रूप से रूसी आलू उत्पादकों को उनके बारे में बताएंगे।