Razumevanje genoma vodnih organizmov je v zadnjih desetletjih napredovalo do te mere, da postaja natančno usmerjanje sprememb v dednem zapisu tehnično izvedljivo in ekonomsko zanimivo. Genomsko urejanje, še posebej s tehnologijo CRISPR-Cas, je odpravilo omejitve klasične selekcije, ki je temeljila na opazovanju in dolgotrajnem križanju in selekciji. Namesto, da bi več generacij čakali na selekcioniranje želene lastnosti, je zdaj mogoče poseči neposredno v mesto na genomu, ki določa lastnost, ki jo želimo izboljšati.
V akvakulturi, kjer so razlike med vrstami velike in je vpeljava novih vrst ter njihova selekcija pogosto počasna, ima tak pristop zanimiv potencial. Genomsko urejanje obeta hitrejše doseganje odpornosti proti boleznim, večjo učinkovitost rasti, boljši izkoristek krme in možnost zmanjšanja vpliva na okolje. Gre torej za orodje, ki lahko dopolni tradicionalno selekcijo, ne da bi jo nadomestilo. Biološko gledano so spremembe, ki jih prinaša, nič drugačne od tistih, ki bi lahko nastale naravno, le da se zgodijo ciljano in z večjo predvidljivostjo.
Nedavno je napovedno sodelovanje med ameriškim Centrom za tehnologije v akvakulturi (CAT) in brazilskim podjetjem Brazilian Fish, največjim proizvajalcem tilapij v Južni Ameriki, sprožilo več razprav v strokovni javnosti. Cilj partnerstva je razvoj linij tilapij, odpornih na zelo nalezljivo bakterijo Yersinia ruckeri. Projekt velja za enega izmed prvih poskusov, kjer se genomsko urejanje uporablja za izboljšanje komercialno pomembne vrste v realnih razmerah velikega trga.
Ključna prednost pristopa je natančnost. Z uporabo CRISPR-Cas9 se določen gen, v tem primeru tisti, ki vpliva na dovzetnost za bakterijsko okužbo, začasno deaktivira ali spremeni tako, da organizem postane odpornejši. Postopek ne vključuje vnosa tujega genskega materiala, temveč spremembo že obstoječega zapisa, kar po mnogih državah razlikuje genomsko urejanje od genetske spremembe, se pravi genetsko spremenjenih organizmov. Takšni poskusi zahtevajo tesno sodelovanje med molekularnimi biologi, veterinarji in ribogojci. V primeru tilapije je cilj oblikovati linijo, ki bo v praksi enaka obstoječim, le da bo odpornejša na bolezen, brez stranskih vplivov na rast, okus ali plodnost. Testiranja potekajo pod nadzorom regulatornih organov, saj mora biti potrjeno, da sprememba ne vpliva na druge lastnosti organizma. Tilapija je zaradi hitrega razmnoževanja, dobro poznanega genoma in velikega trga primerna za prve tovrstne projekte. Podobni poskusi na vrstah, z daljšim biološkim ciklom kot so lososi ali postrvi bi bili precej dražji in dolgotrajni. Znanje pridobljeno pri projektu urejanja genoma tilapije, pa bo v prihodnosti zelo koristilo podobnim projektom na vrstah, ki so ključne za evropsko in azijsko akvakulturo.
Tovrstni znanstveni napredki pa v praksi niso vedno dobro sprejeti. Javnost in zakonodaja se na tovrstne inovacije odzivata previdno, predvsem zaradi podobnosti izraza z gensko spremenjenimi organizmi. Razlika je v tem, da pri genomsko urejenih živalih ne gre za vnos tujega gena, temveč za ciljno spremembo lastnega zapisa, kar je primerljivo s spontanimi mutacijami, ki bi se v naravi lahko pojavila sama od sebe. V številnih državah, med njimi v ZDA, Kanadi, Braziliji in na Japonskem, se takšne spremembe obravnavajo kot klasična selekcija, če ne vključujejo dodajanja tuje DNK. V Evropski uniji pa pravila za zdaj ostajajo strožja, kar močno vpliva na hitrost razvoja. Za podjetja, ki delujejo globalno, je to pomemben dejavnik pri iskanju partnerjev. Raziskave se zato pogosto izvajajo v državah z bolj odprtim regulativnim okvirom, kjer je mogoče rezultate hitreje potrditi in prenesti v prakso. V tem pogledu ima Južna Amerika prednost, saj razume, da je nadzor nad boleznimi ena največjih gospodarskih groženj za ribogojstvo in da so genomske metode del dolgoročne rešitve.
Poleg odpornosti na bolezni se raziskovalci ukvarjajo tudi z lastnostmi, ki vplivajo na učinkovitost proizvodnje: hitrost rasti, razmerje med mišičnim in maščobnim tkivom, sposobnost izkoriščanja krme in toleranca na temperaturna nihanja. Vse te značilnosti so poligenske, kar pomeni, da nanje vpliva več genov hkrati. Urejanje posameznih ključnih mest v genomu omogoča, da se odziv na selekcijo pospeši, ne da bi se porušilo naravno ravnovesje. Umetnost pri teh poskusih je v tem, da se spremembe izvajajo preudarno. Preveč agresivno urejanje bi lahko povzročilo neželene posledice ali zmanjšalo genetsko raznolikost. Zato večina raziskav poteka v več fazah: najprej v laboratoriju, nato v nadzorovanih poskusnih pogojih in šele na koncu v komercialni reji. S tem se zagotovi, da nova linija ohrani biološko stabilnost in da je njeno vedenje primerljivo z obstoječimi. Razumevanje, kje je meja med tehnologijo in biologijo, bo odločilno za nadaljnji razvoj. Čeprav se zdi genomsko urejanje včasih kot poseg v naravo, ga je smiselno razumeti kot pospešeno obliko procesa, ki se v naravi odvija sam. Naravna selekcija in mutacije stalno spreminjajo genetsko sestavo populacij; znanost zdaj le omogoča, da ta proces usmerjamo bolj natančno in v okviru jasno določenih ciljev. Za akvakulturo, ki se sooča z boleznimi, podnebnimi spremembami in potrebo po trajnostni rasti, to pomeni dodatno orodje in ne le nadomestka, ampak pomoč pri reševanju konkretnih težav. Resnična vrednost genomske tehnologije ne bo v hitrosti sprememb, temveč v odgovornosti, s katero bodo uporabljene.
Sodelovanje med Centrom za tehnologije v akvakulturi in Brazilian Fish je prelomni trenutek , ne zaradi obsega, temveč zato, ker gre za prvi resen primer genomskega urejanja, kjer so povezani raziskovalne ustanove, komercialni proizvajalec in nacionalni regulator. Poudarek je na transparentnosti in na tem, da se vse faze razvoja izvajajo v okviru veljavne zakonodaje. Projekt tako odpira vprašanje, ali bo genomsko urejanje postalo del običajne selekcije ali pa bo ostalo omejeno na nekaj pilotnih projektov. Odgovor je verjetno nekje vmes. Za nekatere lastnosti, kot so odpornost na konkretno bolezen ali izboljšanje ene same presnovne poti, je pristop izjemno učinkovit. Za kompleksne lastnosti pa bosta klasična selekcija in epigenetika, se pravi primarni vpliv okolja, še naprej igrali glavno vlogo.
Genomsko urejanje v akvakulturi odpira znanstveno zanimive in industrijsko relevantne možnosti, ki jih pa v praksi pogosto zavirajo regulativni, etični in družbeni okvirji. V evropskem prostoru je pravno stanje za zdaj konsistentno restriktivno: organizmi, katerih genom je bil spremenjen z novimi tehnikami, so v večini primerov obravnavani kot genetsko spremenjeni organizmi (GSO-ji) in morajo preiti stroge postopke odobritve. To za akvakulturo pomeni, da kljub tehnološki izvedljivosti prehod v komercialno rabo ni samoumeven. Izzivi, ki jih je treba premostiti so v prvi vrsti same tehnične ovire, kot je: določanje, katera genska sprememba bo zaželena in kako bo vplivala na organizem v celoti, kar zahteva obsežno znanstveno delo in verifikacije. V drugi vrsti pa neželeni učinki (kot so off-target spremembe) in prisotnost več genskih lastnosti pomenijo, da rezultati niso vedno predvidljivi. Tako so izrednega pomena regulativni okviri, ki pa po drugi strani zavirajo sam razvoj uporabe tehnologije v praksi. EU je sprejela Direktivo 2001/18/EC in druge predpise, ki urejajo GSO-je, in sodba Sodišča Evropske unije (ECJ) iz leta 2018, ki je potrdila, da organizmi, ustvarjeni z usmerjenimi mutagenezami (kar zajema tudi genomsko urejanje), podlegajo tej zakonodaji. To pomeni dodatne postopke, stroške in negotovost za podjetja. Ne smemo pa zanemariti tudi družbenega in etičnega vidika, se pravi javno mnenje. Oznake GSO-jev in sledljivost so za evropskega potrošnika še vedno občutljiva tema.
Okolje v EU je zaradi regulatorne specifike posebno, saj velja, da vsaka uvedba organizma, ki je bil gensko spremenjen ali prek novih genomskih tehnik, zahtevnejša od običajne selekcije, zahteva predhodno odobritev in nadzor, tudi če v procesu ni bila uporabljena tuja DNK. Za sektor akvakulture to pomeni, da bi linija rib po urejanju genoma morala prestati enakovreden nadzor kot tradicionalni GSO-ji. Hkrati pa EU trenutno razvija predlog regulacije za rastline, ki bi omogočila lažji dostop tistim organizmom, pri katerih spremembe genomu ustrezajo tistim, ki bi se lahko zgodile naravno za živali še ni podrobnega ločenega okvirja. Za akvakulturo v Sloveniji in širši srednji Evropi to pomeni, da uvedba genomsko urejenih vrst ne bo toliko tehnološko omejena kot regulativno. Če želi rejec vključiti linijo, ki izkazuje npr. izboljšano odpornost ali rast, mora upoštevati evropske in nacionalne predpise, kar lahko pomeni večletni postopek in negotovost glede komercializacije. Tako se lahko zdi vpeljava genomsko urejenih organizmov manj obetavna, kot je sposobnost tehnologije. V tem kontekstu je možno razmišljati o načinu vpeljave, ki je prilagojen realnim pogojem: manjše pilote, sodelovanja z raziskovalnimi ustanovami, transparentno komuniciranje in pristop korak-za-korakom. Prvi korak za slovenske ribogojnice bi bil sodelovanje v raziskovalnih projektih, kjer bi se preizkušale genomskih spremembe v varovanem laboratorijskem ali pilotnem okolju. To omogoča, da se pridobijo podatki o vplivih, postopkih varnosti in reakcijah okolja, kar je v regulativnih postopkih še vedno ključno. Tovrstna sodelovanja lahko omogočijo tudi delitev tveganj in stroškov med rejcem, raziskovalcem in tehnološkim partnerjem.
Genomsko urejanje prinaša možnost, da se izboljšajo lastnosti kot so: odpornost na bolezen ali prilagodljivost. Vendar to ne sme biti opravilo za znižanje standardov dobrobiti. Za rešitev se ne sme žrtvovati genetska raznolikost, saj je ta ključna za odpornost populacij na nepredvidene spremembe. Z vidika akvakulture je pomembno, da vsak ukrep temelji na raziskavah, da sprememba ne vpliva negativno na rast, plodnost ali vedenje. Zanesljiv nadzor, spremljanje in transparentna dokumentacija so tu neznansko pomembni. Pričakovanja so, da bo genomsko urejanje postopoma pridobivalo prostor v akvakulturi, še posebej zunaj EU, kjer je regulativni pritisk manjši in čas do komercializacije krajši. Za evropske in slovenske ribogojce je torej čas, da se pripravijo na scenarije prihodnosti: zbiranje primerov, usposabljanje kadrov, sodelovanja in razumevanje zakonodaje. Čeprav tehnologija sama po sebi ne pomeni uspeha, je njena pravočasna priprava lahko konkurenčna prednost. Genomsko urejanje v akvakulturi predstavlja pomembno orodje za izboljšanje učinkovitosti, stabilnosti in trajnosti proizvodnje, vendar ni »revolucija čez noč«. Je tehnološka možnost, ki zahteva premišljen pristop, razumevanje regulativnih okvirjev in odgovorno uporabo. V Sloveniji in Evropi je najuspešnejša strategija tistega, ki začne z manjšim, se uči iz rezultatov, sodeluje in gradi kredibilnost. Tako tehnologija postane podaljšek, ne nadomestek posamične prakse, kar je osnovna prednost dolgoročno uspešnega razvoja akvakulture.
Avtorji članka so zaposleni na Oddelku za zootehniko, Biotehniška fakulteta Univerze v Ljubljani, ki je izvajalec operacije “Izmenjava znanja – e-novice: vzpostavitev in vzdrževanje sistema za pošiljanje e-novic z zagotavljanjem relevantnih vsebin in uredniškega dela” na aktivnosti Akvakultura, ki temelji na znanju, in raziskave, Programa Evropskega sklada za pomorstvo, ribištvo in akvakulturo 2021-2027
Živijo, moje ime je EMA, kako ti lahko pomagam?
