Прикладная биохимия и микробиология, 2023, T. 59, № 6, стр. 525-537
Использование новых стратегий биоинформатики на этапе проектирования растений с редактированным геномом (обзор)
И. В. Яковлева 1, *, А. М. Камионская 1
1 Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина, Федеральное государственное учреждение
“Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии”
Российской академии наук”
117312 Москва, Россия
* E-mail: iacgea@biengi.ac.ru
Поступила в редакцию 16.06.2023
После доработки 30.06.2023
Принята к публикации 06.07.2023
- EDN: CYEAXH
- DOI: 10.31857/S0555109923060211
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Аннотация
Идентификация рисков, связанных с новыми сельскохозяйственными продуктами растительного происхождения, полученными технологией геномного редактирования, – важный компонент генной инженерии. Острая дискуссия продолжается во всем мире о сходстве и различиях между “старыми” рисками “классических” ГМО и “новыми”, связанными с геномным редактированием растений, отсутствием методов идентификации новых рисков и их оценки. В настоящей статье разрабатывается новый перспективный инструмент обеспечения биобезопасности – концепция “безопасного проектирования”, вводящая хорошо известные стандарты безопасности в биоинженерию растений. Суть этой стратегии состоит в проведении редизайна для последовательной минимизации или предотвращения рисков, а также нецелевых эффектов геномного редактирования на этапе концепта. Учитывая, что корреляция между предсказанными in silico и определенными экспериментально нецелевыми эффектами гРНК является основной проблемой, осложняющей применение системы CRISPR, большинство исследований сегодня сосредоточено на эффективности дизайна гРНК. Напротив, настоящая работа сфокусирована на биоинформатическом поиске и изучении потенциальных промоторов, рассматриваемых как источник потенциальных рисков в случае их нецелевого редактирования и соответствующего изменения транскрипционной активности. Эти стратегии представлены нами в виде схемы оценки рисков для целей регулирования новых генетических технологий.
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Список литературы
Zhu Y. // Biomed Res. Int. 2022. 2022:9978571. https://doi.org/10.1155/2022/9978571
Eriksson D., Custers R., Edvardsson Björnberg K., Hansson S.O., Purnhagen K., Qaim M. et al. // Trends Biotechnol. 2020. V. 38. P. 231–234. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.12.002
Parrott W. // Physiol Plant. 2018. V. 164. № 4. P. 406-411. https://doi.org/10.1111/ppl.12756
Yunzhen L., Wenhao Y. // Sci. China Life Sci. 2020. V. 63. № 9. P. 1406–1409. https://doi.org/10.1007/s11427-020-1693-4
Korotkov E.V., Yakovleva I.V., Kamionskaya A.M. // Appl. Biochem. Microbiol. 2021b). V. 57. № 2. P. 271–279. https://doi.org/10.1134/S000368382102006X
Konstantakos V., Nentidis A., Krithara A., Paliouras G. // Nucleic Acids Research. 2022. V. 50. № 7. P. 3616–3637. https://doi.org/10.1093/nar/gkac192
Yan J., Chuai G., Zhou C., Zhu Ch., Yang J., Zhang Ch., Gu F., Xu H., et al. // Brief. Bioinformatics. 2018. V. 19. P. 721–724. https://doi.org/10.1093/bib/bbx001
Modrzejewski D., Hartung F., Sprink T., Krause D., Kohl Ch., Wilhelm R. // Environ. Evid. 2019. V. 8. P. 27. https://doi.org/10.1186/s13750-019-0171-5
Modrzejewski D., Hartung F., Lehnert H., Sprink T., Kohl C., Keilwagen J., Wilhelm R. // Front Plant Sci. 2020. V. 11. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.574959
MacLeod A., Spence N. // Emerg. Top Life Sci. 2020. V. 4. № 5. P. 449–452. https://doi.org/10.1042/ETLS20200343
Hulme Ph.E. // BioScience. 2021. V. 71. № 7. P. 708–721. https://doi.org/10.1093/biosci/biab019
UN News. https://news.un.org/en/story/2021/03/1087032
CAST 2022. Council for Agricultural Science and Technology. https://www.cast-science.org
Lassoued R., Macall D., Hesseln H., Phillips P.W.B., Smyth S.J. // Transgenic Res. 2019. V. 28. P. 247–256. https://doi.org/10.1007/s11248-019-00118-5
Hua K., Zhang J., Botella J.R., Ma C., Kong F., Liu B., Zhu J.K. // Mol Plant. 2019. V. 12. № 8. P. 1047–1059. https://doi.org/10.1016/j.molp.2019.06.009
Brende B. In The Global Risks Report 2020 World Economic Forum, Washington, USA, 2019, 15th Ed. Zeneva, Switzerland. P. 9–10.
Bogner A., Torgersen H. // Policy. Front Plant Sci. 2018. V. 9. P. 1884. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01884
Hellstrom T. // Technol. Soc. 2009. V. 31. P. 325–331. https://doi.org/10.1016/j.techsoc.2009.06.002
Dragavtsev V. Academician Dragavtsev’s Protest Against the Presidium of the Russian Academy of Sciences “Give GMO Norms”. https://rossaprimavera.ru/article/04f0c499
Fagan J., Antoniou M., Robinson Cl. // GMO Myths & Truths: A Citizen’s Guide to the Evidence on the Safety and Efficacy of Genetically Modified Crops and Foods. Earth Open Source. 2020.
Chuchulina E.O. // Bulletin of Science. 2019. V. 4. № 6. P. 130–134.
CBD 2012. Guidance on Risk Assessment of Living Modified Organisms. Convention on Biological Diversity. UNEP/CBD/BS/COP-MOP/6/13/Add.1; 2012. https://www.cbd.int/doc/meetings/bs/mop-06/official/mop-06-13-add1-en.pdf
Guidelines for Assessing the Impact of Genetically Modified Organisms on the Environment and Health; In 2 Parts; 2005. Part 1. Introductory information, Accompanying Texts to Block Diagrams; ISEU: Moscow, Russia. 2005.
European Commission 2001. Directive 2001/18/EC of The European Parliament and of the Council of 12 March 2001 on the Deliberate Release into the Environment of Genetically Modified Organisms. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/H-TML/?uri=CELEX:32001L0018&from=EN.
GSO 2141:2011. 2011 General Requirements for Genetically Modified Unprocessed Agricultural Products. https://www.gso.org.sa/store/standards/GSO:563263/-GSO%202141:2011.
Order of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation On Approval of the Methodology for the Production of Examinations (studies) of Biological Safety of Genetically Engineered Plants for Growing (release into the environment) on the Territory of the Russian Federation. 2020. http://base.garant.ru/400229383/.
USDA-Animal and Plant Health Inspection Service 2020. Fed. Regist. 85: 29790. https://www.govinfo.gov/content/pkg/FR-2020-05-18/html/2020-10638.htm.
Lema M.A. // J. Regul. Sci. 2021. V. 9. № 1. P. 1–15. https://doi.org/10.21423/jrs-v09i1lema
USDAa 2019. MAFF Guidance for the Handling of Genome Edited Organisms under the Cartagena Act. – https://apps.fas.usda.gov/newgainapi/api/Report/Down-loadReportByFileName?fileName=MAFF%20Guidance%20for%20the%20Handling%20of%20Genome%-20Edited%20Organisms%20under%20the%20Cartagena%20Act_Tokyo_Japan_11-15-2019.
USDAb 2019. Final MAFF Guidelines for the Handling of Genome Edited Feed and Feed Additives. – https://apps.fas.usda.gov/newgainapi/api/Report/-DownloadReportByFileName?fileName=Final%-20MAFF%20Guidelines%20for%20the%20Handling%20of%20Genome%20Edited%20Feed%20and-%20Feed%20Additives%20_Tokyo_Japan_03-22-2020.
USDAc 2019. Japan Modifies Handling Procedures for Genome Edited Foods. https://www.fas.usda.gov/data/japan-japan-modifies-handling-procedures-genome-edited-foods.
Draft Federal Law № 134176-8. 2022. “On Amendments to the Federal Law “On State Regulation in the Sphere of Genetic Engineering Activities”. https://sozd.duma.gov.ru/bill/134176-8#bh_histras.
Schiemann J., Robienski J., Schleissing S., Spök A., Sprink T., Wilhelm R.A. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 284. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00284
Globus R., Qimrom U. // Cell Biochem. J. 2018. V. 119. № 2. P. 1291–1298. https://doi.org/10.1002/jcb.26303
Metje-Sprink J. // Front. Plant Sci. 2019. V. 9. P. 133–141. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01957
Ahmad N., Rahman M., Mukhtar Z., Zafar Y., Zhang B. // J Cell Physiol. 2020. V. 235. № 2. P. 666–682. https://doi.org/10.1002/jcp.29052
Sturme M.H.J., van Berg J.P., Bouwman L.M.S., De Schrijver A., de Maagd R.A., Kleter G.A., Battaglia-de Wilde E. // ACS Agric. Sci. Technol. 2022. V. 2. P. 192–201. https://doi.org/10.1021/acsagscitech.1c00270
Chandrasekaran J., Brumin M., Wolf D., Leibman D., Klap C., Pearlsman M. et al. // Mol. Plant Pathol. 2016. V. 17. № 7. P. 1140–1153. https://doi.org/10.1111/mpp.12375
Arndell T., Sharma N., Langridge P., Baumann U., Watson-Haigh N.S., Whitford R. // BMC Biotechnol. 2019. V. 19. № 1. P. 71. https://doi.org/10.1186/s12896-019-0565-z
Walton R.T., Christie K.A., Whittaker M.N., Kleinstiver B.P. // Science. 2020. V. 368. P. 290–296. https://doi.org/10.1126/science.aba8853
Murugan K., Seetharam A.S., Severin A.J., Sashital, D.G. // J. Biol. Chem. 2020. V. 295. № 17. P. 5538–5553. https://doi.org/10.1074/jbc.RA120.012933
Hong Y., Meng J., He X., Zhang Y., Liu Y., Zhang C., Qi. H., Luan Y. // Phytopathology. 2021. V. 11. № 6. https://doi.org/10.1094/PHYTO-08-20-0360-R
Malnoy M., Viola R., Junget M.-H., Koo O.J., Kim S., Kim J.S. et al. // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 1904. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01904
Si X., Zhang H., Wang Y., Chen K., Gao C. // Nat. Protoc. 2020. V. 15. P. 338–363. https://doi.org/10.1038/s41596-019-0238-3
Graham N., Patil G.B., Bubeck D.M., Dobert R.C., Glenn K.C., Gutsche A.T. et al. // Plant Physiol. 2020. V. 183. № 40. P. 1453–1471. https://doi.org/10.1104/pp.19.01194
Hahn F., Nekrasov V. // Plant Cell Rep. 2019. V. 38. № 4. P. 437–441. https://doi.org/10.1007/s00299-018-2355-9
Ahmad Sh., Wei X., Sheng Zh., Hu P., Tang Sh. // Brief Funct. Genomics. 2020. V. 19. № 01. P. 26–39. https://doi.org/10.1093/bfgp/elz041
Faal G.P., Farsi M., Seifi A., Kakhki A.M. // Mol. Biol. Rep. 2020. V. 47. P. 3369–3376. https://doi.org/10.1007/s11033-020-05409-3
Waterworth W.M., Drury G.E., Bray C.M., Westet Ch.E. // New Phytol. 2011. V. 192. P. 805–822. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2011.03926.x
O’Conner S., Li L. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 600117. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.600117
Ellens K.W., Levac D., Pearson C., Savoie A., Strand N., Louter J., Tibelius C. // Transgenic Res. 2019. V. 28 (Suppl. 2). P. 165–168. https://doi.org/10.1007/s11248-019-00153-2
Xu W., Fu W., Zhu P., Li Z., Wang C., Wang C. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. № 17. P. 4125. https://doi.org/10.3390/ijms20174125
Weng M.L., Becker C., Hildebrandt J., Neumann M., Rutter M.T., Shaw R.G. et al. // Genetics. 2019. V. 211. № 2. P. 703–714. https://doi.org/10.1534/genetics.118.301721
Young J., Zastrow-Hayes G., Deschamps S. et al. // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 6729.https://doi.org/10.1038/s41598-019-43141-6
Tang X., Liu G., Zhou J., Ren Q., You Q., Tian L. et al. // Genome Biol. 2018. V. 19. P. 84.https://doi.org/10.1186/s13059-018-1458-5
Li J., Manghwar H., Sun L., Wang P., Wang G., Sheng H. et al. // Plant Biotechnol J. 2019. V. 17. № 5. P. 858–868. https://doi.org/10.1111/pbi.13020
Tsai H., Missirian V., Ngo K.J., Tran R.K., Chan S.R., Sundaresan V., Comai L. // Plant Physiol. 2013. V. 161. № 4. P. 1604–1614. https://doi.org/10.1104/pp.112.213256
Song H., Park J.-I., Hwang B.-H., Yi H., Kim H., Hur Y. // Agronomy. 2020. V. 10. № 4. P. 602. https://doi.org/10.3390/agronomy10040602
Korotkov E.V., Suvorova Y.M., Nezhdanova A.V., Gaidukova S.E., Yakovleva I.V., Kamionskaya A.M., Korotkova M.A. // Symmetry. 2021. V. 13. № 6. P. 917–937. https://doi.org/10.3390/sym13060917
Suvorova Y.M., Kamionskaya A.M., Korotkov E.V. // BMC Bioinform. 2022. V. 22(1). P. 42. https://doi.org/10.1186/s12859-021-03977-0
Korotkov E.V., Kamionskaya A.M., Suvorova Yu.M. // Biotechnologiya. 2020. V. 36. № 4. P. 15–20. https://doi.org/10.21519/0234-2758-2020-36-4-15-20
Korotkova M.A., Kamionskya A.M., Korotkov E.V. In: Proceedings of the J. Physics: Conference Series; The VI Int. Conference on Laser&Plasma Researches and Technologies; LaPlas, USA; Moscow, Russia 2020. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1686/1/012031
Salieri B., Barruetabeña L., Rodríguez-Llopis I., Jacobsen N.R., Manier N., Trouiller B. et al. // NanoImpact. 2021. V. 23. https://doi.org/10.1016/j.impact.2021.100335
EU-SAGE 2022. https://www.eu-sage.eu/genome-search
Wolt J.D. // Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2017. V. 149. P. 215–241. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts
Fister A.S., Landherr L., Maximova S.N., Guiltinan M.J. // Front Plant Sci. 2018. V. 9. P. 26. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00268
Andres J., Blomeier T., Zurbriggen M.D. // Plant Physiol. 2019. V. 179. P. 862–884. https://doi.org/10.1104/pp.18.01362
Hirsch C.D., Springer N.M. // Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech. 2017. V. 1860. P. 157–165. https://doi.org/10.1016/j.bbagrm.2016.05.010
Philippines 2022. Memorandum Circular No. 8, Series of 2022. https://www.da.gov.ph/wp-content/uploads/2022/06/mc08_s2022_Revised.pdf.
DBTt 2022. Guidelines for the Safety Assessment of Genome Edited Plants; Government of India, Ministry of Science& Technology, DBTt; 2022. https://dbtindia.gov.in/latest-announcement/guidelines-safety-assessment-genome-edited-plants 2022.
Proposal for a Regulation on Plants Obtained by Certain new Genomic Techniques and their Food and Feed, and Amending Regulation (EU) 2017/625. https://www.europeansources.info/record/proposal-for-a-regulation-on-plants-obtained-by-certain-new-genomic-techniques-and-their-food-and-feed-and-amending-regulation-eu-2017-625/.
Yakovleva I.V., Kamionskaya A.M. // Trends Biotechnol. 2022. V. 40. № 6. P. 635–638. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2021.12.004
OGTR 2021. Department of Health of Australia. Overview – status of organisms modified using gene editing and other new technologies. https://www.ogtr.gov.au/resources/publications/overview-status-orga-nisms-modified-using-gene-editing-and-other-new-technologies.
Health Canada 2022. Guidance on the Novelty Interpretation of Products of Plant Breeding, 2022. https://www.canada.ca/en/health-canada/services/-food-nutrition/legislation-guidelines/guidance-documents/guidelines-safety-assessment-novel-foods-derived-plants-microorganisms/guidelines-safety-asses-sment-novel-foods-2006.html#a5.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Прикладная биохимия и микробиология