Генетические «отпечатки пальцев» позволяют обнаруживать отредактированные организмы
Исследователи из бельгийского Федерального института Sciensano в рамках проекта DARWIN разработали прототип методов обнаружения организмов с отредактированным геномом нового поколения.
Статья «Генетические отпечатки пальцев, полученные при анализе геномных баз данных, позволяют точно идентифицировать геномно-отредактированный рис в пищевой цепи с помощью целевого высокопроизводительного секвенирования», опубликованная в журнале Food Research International, представляет собой значительный шаг в однозначном обнаружении организмов, модифицированных с помощью новых геномных технологий (NGTs).
Результаты исследования демонстрируют, что можно обнаружить и идентифицировать конкретную геномно-отредактированную линию даже при очень низком уровне её присутствия (0,9% и 0,1%).
Это показывает, что организмы, полученные с помощью редактирования генов, включая те, что имеют очень тонкие генетические модификации (продукты NGT), в принципе могут быть однозначно идентифицированы. При условии наличия предварительной геномной информации об организме обнаружение технически осуществимо.
«Хотя этот подход очень перспективен как новаторская стратегия, его широкое применение сопряжено с трудностями», — объясняет Нэнси Русенс, руководитель отдела трансверсальной деятельности в области прикладной геномики Sciensano и автор исследования.
«Ожидается, что метод будет применим в первую очередь к геномно-отредактированным линиям с хорошо охарактеризованным и полностью секвенированным генетическим фоном, особенно при поддержке общедоступными базами данных, охватывающими основное разнообразие видов. Это значительный научный прогресс, однако для внедрения метода в качестве рутинного инструмента необходима дополнительная работа».
В этом исследовании авторы использовали линию риса Nipponbare, содержащую единичную нуклеотидную вариацию (SNV), индуцированную CRISPR-Cas. Они исследовали различные комбинации ключевых генетических элементов, включая целевой сайт редактирования, потенциальные внецелевые мутации, а также маркеры сорта риса.
Полногеномное секвенирование этой линии показало, что в данном конкретном случае внецелевые мутации отсутствовали и поэтому были исключены из ключевых элементов, используемых для создания уникального генетического «отпечатка».
Используя методы машинного обучения для сравнения геномно-отредактированной линии риса со всеми общедоступными геномами риса (более 3000), учёные смогли сгенерировать сортоспецифичные штрих-коды с помощью пар SNV, уникальных для конкретного сорта риса. Каждый штрих-код состоит всего из комбинации двух SNV.
Кратко: исследователи объединили полногеномное секвенирование, публичные геномные базы данных и машинное обучение, чтобы идентифицировать минимальный набор уникальных генетических маркеров, формирующих «генетический отпечаток» для конкретной линии. Затем они проверили этот подход с помощью метода «целевого высокопроизводительного» секвенирования на основе мультиплексной ПЦР, нацеленной как на сайт редактирования, так и на пару сортоспецифичных штрих-кодов.
«В контексте текущих обсуждений в ЕС по геномно-отредактированным растениям исследование показывает, что обнаружение может быть технически осуществимым при предоставлении достаточной геномной информации», — говорит Русенс.
«Однако для рутинного применения ещё предстоит преодолеть ключевые проблемы. Обмен подробной информацией о конкретных модификациях и генетическом фоне геномно-отредактированных продуктов сделал бы создание уникальных «отпечатков» более эффективным и экономичным для компетентных органов».
Это достижение демонстрирует потенциал для однозначного обнаружения организмов, созданных с помощью новых геномных технологий (NGTs), что поддерживает развитие нормативного соответствия на уровне ЕС, повышает прослеживаемость и доверие потребителей, а также обеспечивает научные знания об инновационных технологиях селекции растений.
Этот прототип также является ключевым шагом на пути к разработке надёжных методов обнаружения NGT в проекте DARWIN, цель которого — предоставить надёжные методы обнаружения для обеспечения прозрачности пищевых систем.