- 24 Апр 2020
- 7,549
- 15,028
-
- 6
Генетически модифицированный каннабис: мифы, технологии и реальность
Клонирование растений на протяжении столетий считалось самым проверенным способом сохранения удачной генетики, однако в современной аграрной индустрии основной акцент все чаще делается именно на стабильные семена. Это удобно, практично и позволяет получать более предсказуемый результат без необходимости постоянно содержать материнские растения. Сфера каннабиса движется в том же направлении. Селекционеры активно работают над тем, чтобы создавать семена конопли с максимально с максимальной однородностью признаков.
И чем активнее развивается рынок, тем выше становятся требования к самой генетике. Сегодня уже недостаточно просто вывести мощный или урожайный сорт. Производителям важно добиваться стабильности, повторяемости результата и четкого соответствия заявленным характеристикам, особенно на фоне того, как быстро растет интерес к медицинскому каннабису, промышленному выращиванию и профессиональной селекции. На этом фоне разговоры о генетических технологиях в индустрии звучат все чаще. Одни видят в них огромный шаг вперед и возможность вывести селекцию на совершенно новый уровень, другие относятся к подобным экспериментам с осторожностью, опасаясь вмешательства в природные механизмы растения. Но как бы ни отличались мнения, тема генетической модификации каннабиса уже перестала быть чем-то из области научной фантастики и постепенно становится частью современной реальности. Давайте и мы с ней познакомимся поближе.
Технология CRISPR
Технология CRISPR, полное название которой переводится как «кластеризованные короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами», стала одним из самых громких научных прорывов последних десятилетий. После публикации первых успешных исследований в 2012 году о ней заговорили далеко за пределами научного сообщества. Разработка французского микробиолога Эммануэль Шарпантье и американского биохимика Дженнифер Дудны настолько сильно повлияла на развитие современной генетики, что уже в 2020 году ученые получили Нобелевскую премию по химии. И это как раз тот случай, когда громкие награды действительно отражают масштаб открытия.
Если говорить максимально простым языком, то CRISPR представляет собой инструмент для сверхточного редактирования генов. Технология позволяет ученым находить нужный участок ДНК и вносить в него определенные изменения. Раньше селекция растений во многом напоминала долгую игру в угадайку: исследователям приходилось поколениями скрещивать растения, отбирать лучшие фенотипы и надеяться, что нужный признак закрепится естественным образом. CRISPR значительно ускоряет и упрощает этот процесс, позволяя работать с генетикой намного точнее и аккуратнее.
Интересно и то, что сама технология не была придумана человеком с нуля. Ее основой стал природный защитный механизм бактерий. Ученые обнаружили, что некоторые микроорганизмы способны «запоминать» вирусы, которые пытались их атаковать, а затем использовать эту информацию для защиты от повторного заражения. Позже исследователи поняли, что этот механизм можно адаптировать для работы с геномами растений, животных и даже человека. По сути, человечество просто научилось использовать уже существующий природный инструмент в собственных целях.
Сегодня CRISPR активно применяется в самых разных сферах – от медицины до сельского хозяйства. С помощью этой технологии ученые пытаются разрабатывать культуры с повышенной устойчивостью к болезням, засухе, вредителям и температурным стрессам. Где-то речь идет о повышении урожайности, где-то – об улучшении питательных свойств растений или снижении потребности в химической обработке. И каннабис, разумеется, тоже оказался в центре внимания исследователей.
В случае с коноплей технология открывает особенно интересные перспективы. Исследователи получают возможность более точно влиять на характеристики растения: регулировать уровень ТГК и КБД, изменять терпеновый профиль, повышать устойчивость к плесени или добиваться большей генетической стабильности. Причем речь идет не только о создании новых сортов, но и о более глубоком понимании того, как именно работают механизмы синтеза каннабиноидов и других активных соединений внутри растения.
При этом важно понимать, что CRISPR отличается от классических методов создания ГМО, с которыми обычно ассоциируются генетические модификации. В большинстве случаев технология не подразумевает внедрение чужеродной ДНК в растение. Вместо этого ученые редактируют уже существующий генетический материал, внося точечные изменения в собственный код организма. Именно поэтому вокруг CRISPR сейчас ведется так много дискуссий. Одни считают подобный подход более естественным и безопасным, другие уверены, что даже столь аккуратное вмешательство в генетику требует крайне осторожного отношения и тщательного контроля.
Принцип работы CRISPR
Технология CRISPR действует как сверхточный инструмент для поиска и редактирования определенных участков ДНК. Однако за внешней простотой скрывается очень тонкий и многоэтапный процесс, где каждая ошибка способна повлиять на конечный результат. Именно поэтому работа с генетическим редактированием требует не только современного оборудования, но и колоссального объема исследований, вычислений и проверок.
Все начинается с поиска нужного гена. Ген – это участок ДНК, содержащий инструкцию для формирования определенного признака или функции организма. В случае с каннабисом ученых могут интересовать гены, отвечающие за выработку ТГК и КБД, устойчивость к плесени, скорость цветения, структуру растения или даже особенности терпенового профиля. Но найти подходящий участок недостаточно. Исследователям необходимо точно понимать, как именно этот ген работает и какие процессы он контролирует. Дело в том, что генетика – это крайне сложная система, где изменение одного элемента может неожиданно повлиять на десятки других характеристик растения.
После того как нужный участок ДНК найден, создается специальная направляющая РНК. Именно она становится своеобразным навигатором для всей системы CRISPR. Ее задача – привести фермент Cas9 строго к нужному участку генома. Если сравнивать с бытовыми примерами, то направляющая РНК работает как адрес в GPS-навигаторе. Без нее система просто не поймет, где именно нужно проводить редактирование. И создание такой РНК требует высочайшей точности. Даже минимальная ошибка в последовательности способна привести к тому, что Cas9 сработает не там, где нужно. В генетике подобные случайные вмешательства называют off-target эффектами. Именно они считаются одной из главных проблем любой технологии редактирования генов. Поэтому ученые используют мощные алгоритмы, базы геномных данных и сложное программное моделирование, чтобы свести вероятность ошибок к минимуму.
Следующим этапом в работу вступает фермент Cas9 – тот самый знаменитый инструмент, который часто называют «молекулярными ножницами». Получив координаты от направляющей РНК, он находит нужный участок ДНК и аккуратно разрезает его. На первый взгляд это звучит довольно пугающе, однако именно способность контролируемо разрывать цепочку ДНК и делает CRISPR настолько революционной технологией.
Интересно, что сам Cas9 тоже продолжает активно совершенствоваться. Первые версии технологии были далеко не идеальными и иногда затрагивали соседние участки генома. Сегодня ученые создают новые модификации фермента с повышенной точностью и более мягким механизмом работы. Некоторые современные варианты способны не просто разрезать ДНК, а буквально «редактировать текст» генетического кода, заменяя отдельные элементы без полного разрыва цепочки. Подобные методы считаются следующим этапом развития генетического редактирования.
После того как нужный участок ДНК разрезан, начинается финальная стадия работы. Здесь у исследователей есть несколько вариантов дальнейших действий. В одних случаях поврежденный или нежелательный ген просто отключается. Такой подход помогает изучать функции конкретных генов и понимать, за какие процессы они отвечают. Например, если «выключить» ген, связанный с синтезом определенного каннабиноида, можно отследить, как это повлияет на свойства растения. В других случаях на место удаленного участка внедряется новая генетическая последовательность. Именно этот подход открывает огромные перспективы для селекции растений. Теоретически он позволяет создавать культуры с заранее заданными характеристиками: повышенной устойчивостью к грибкам, ускоренным цветением, улучшенной урожайностью или более стабильным содержанием каннабиноидов.
Генетически улучшенная конопля
Технология CRISPR уже сейчас начинает постепенно менять представление о том, каким может быть современный каннабис. Если традиционная селекция требует многих лет отбора, стабилизации и постоянной работы с фенотипами, то генетическое редактирование открывает возможность воздействовать на нужные признаки намного быстрее и точнее. Для индустрии конопли это особенно важно, поскольку рынок становится все более требовательным как к качеству продукции, так и к стабильности результата.
Одним из самых очевидных направлений использования CRISPR считается работа с каннабиноидным профилем растения. Исследователи получают возможность более точно регулировать содержание тетрагидроканнабинола, каннабидиола и других активных соединений. Это особенно актуально для медицинского сектора и стран с жестким законодательством, где уровень ТГК строго ограничен. Теоретически технология позволяет создавать растения с минимальным психоактивным эффектом, но при этом сохранять или даже усиливать терапевтический потенциал каннабиса.
Причем речь идет не только о снижении концентрации определенных веществ. CRISPR также открывает перспективы для увеличения содержания редких минорных каннабиноидов, которые еще несколько лет назад практически не интересовали массовый рынок. Сегодня такие соединения, как каннабигерол (КБГ), каннабихромен (КБХ) или тетрагидроканнабиварин (ТГКВ), активно изучаются в фармацевтике и научной среде. Исследователи связывают их с потенциальным противовоспалительным, нейропротекторным, обезболивающим и даже метаболическим действием. Проблема лишь в том, что в большинстве сортов конопли эти вещества содержатся в крайне небольших количествах. Генетическое редактирование потенциально позволяет изменить эту ситуацию и сделать производство подобных соединений значительно более эффективным.
Еще одно крайне перспективное направление связано с увеличением общей продуктивности растений. С помощью CRISPR ученые могут воздействовать на гены, отвечающие за рост, скорость развития, формирование соцветий и накопление биомассы. Для коммерческого выращивания это имеет огромное значение, поскольку даже небольшое повышение урожайности в масштабах крупных производств способно серьезно повлиять на экономику всей индустрии.
Кроме того, генетическое редактирование может помочь сделать каннабис более устойчивым к неблагоприятным условиям окружающей среды. Плесень, грибковые заболевания, вредители, жара, засуха или резкие перепады температуры ежегодно становятся причиной огромных потерь урожая. Особенно остро эта проблема ощущается в аутдоре и крупных тепличных комплексах. Возможность создавать растения с повышенной сопротивляемостью стрессам выглядит крайне привлекательной не только с экономической точки зрения, но и с экологической. Чем устойчивее растение, тем меньше необходимость в использовании пестицидов, фунгицидов и других химических средств защиты.
Отдельный интерес вызывает работа с трихомами – теми самыми смолистыми железами, в которых синтезируются каннабиноиды и терпены. Именно они во многом определяют потенциал, аромат и ценность урожая. Некоторые исследования уже направлены на то, чтобы увеличить количество трихом или повысить их активность. Теоретически это может привести к появлению сортов с гораздо более высокой концентрацией активных веществ без необходимости экстремального увеличения размеров самих растений.
Технология CRISPR также теоретически позволяет менять и чисто агрономические характеристики растения. Например, улучшать структуру корневой системы, оптимизировать потребление воды и питательных веществ или повышать эффективность фотосинтеза. Для индорного выращивания это особенно актуально, поскольку позволяет получать больше результата при меньших затратах света, воды и удобрений.
Но вместе с огромными возможностями неизбежно появляются и вопросы. Насколько безопасны подобные изменения в долгосрочной перспективе? Как такие растения будут влиять на экосистему? Где проходит граница между селекцией и слишком глубоким вмешательством в природу? Именно поэтому тема генетически модифицированного каннабиса уже сейчас вызывает немало споров не только среди ученых, но и среди самих гроверов. И по мере развития технологии эти дискуссии, скорее всего, будут становиться только громче.
Ebbu и CanBreed: пионеры CRISPR в индустрии каннабиса
Пока одни только обсуждают перспективы генетического редактирования, другие уже активно внедряют подобные технологии в канна-индустрию. За последние годы вокруг CRISPR сформировалось целое направление биотехнологических компаний, которые пытаются использовать возможности точечного редактирования генов для создания более стабильного, продуктивного и коммерчески выгодного каннабиса. И среди наиболее известных игроков в этой сфере особенно часто упоминаются Ebbu и CanBreed.
Американская компания Ebbu, основанная в Колорадо, одной из первых начала активно работать с генетикой конопли на серьезном научном уровне. Главный интерес компании был сосредоточен не столько на классической селекции, сколько на глубоком изучении механизмов синтеза каннабиноидов внутри растения. Именно благодаря этому Ebbu быстро привлекла внимание всей индустрии и в итоге была приобретена канадским гигантом Canopy Growth примерно за 300 миллионов долларов в 2018 году.
Одним из ключевых направлений работы Ebbu стало использование CRISPR для изменения путей синтеза каннабиноидов. Если говорить простыми словами, ученые пытались «перенаправлять» биохимические процессы внутри растения так, чтобы оно вырабатывало больше одних соединений и меньше других. Например, снижать производство ТГК в пользу КБД или КБГ. Подобный подход оказался особенно интересен для медицинского сектора, где все больший спрос возникает именно на непсихоактивные или слабо психоактивные формы каннабиса.
Сами специалисты Ebbu довольно интересно описывали принцип своей работы. Они сравнивали генетику растения с дорожной системой большого города. Если перекрыть один маршрут, поток автоматически пойдет по другому направлению. По похожему принципу работает и редактирование генов: блокировка определенных процессов может изменить распределение ресурсов внутри растения и повлиять на то, какие именно каннабиноиды будут синтезироваться активнее.
Другим заметным игроком в этой области стала компания CanBreed, сосредоточившаяся на создании генетически стабильных семян каннабиса. Это одна из главных проблем всей индустрии, поскольку даже качественные сорта нередко демонстрируют различия между отдельными фенотипами. Для домашнего грова это может быть не так критично, а вот для коммерческого производства стабильность играет огромную роль. Особенно в медицинском секторе, где производителям необходимо получать максимально одинаковый продукт от партии к партии.
Именно здесь CanBreed делает ставку на технологии CRISPR и создание F1-гибридов с высокой генетической однородностью. По заявлениям компании, использование генетического редактирования позволяет значительно быстрее закреплять нужные признаки и получать растения с более предсказуемыми характеристиками уже в первом поколении. Речь идет не только о стабильности содержания каннабиноидов, но и о темпах роста, устойчивости к болезням, размере растений и даже особенностях цветения.
Традиционная селекция требует огромного количества времени. Иногда на стабилизацию одного сорта уходит несколько лет непрерывной работы с разными поколениями растений. И даже после этого производители все равно сталкиваются с фенотипическими отклонениями. Именно поэтому многие коммерческие проекты до сих пор предпочитают клонирование. Однако у клонов тоже есть свои недостатки:
- Необходимость содержать материнские растения;
- Риск распространения болезней;
- Ограниченный жизненный цикл;
- Дополнительные расходы на обслуживание.
Истории Ebbu и CanBreed хорошо показывают, что CRISPR в каннабисе – это уже не просто теоретические разговоры о будущем. Крупные компании и инвесторы действительно вкладывают серьезные деньги в подобные технологии, рассчитывая, что именно генетическое редактирование станет следующим большим этапом развития всей канна-индустрии.
Будущее генетически измененного каннабиса
Несмотря на огромный интерес к CRISPR, технология все еще находится лишь в начале своего пути внутри канна-индустрии. Да, первые успешные эксперименты и коммерческие проекты уже существуют, однако до массового внедрения генетически отредактированной конопли пока еще далеко. Тем не менее направление развивается настолько быстро, что многие специалисты уже сейчас называют CRISPR одним из главных факторов, способных изменить будущее всей отрасли в ближайшие десятилетия. Во многом это связано с тем, что современный рынок постепенно становится все более стандартизированным, особенно в медицинском секторе, где производителям важно обеспечивать стабильность состава, точную концентрацию активных веществ и предсказуемый эффект. Для фармацевтики это критически важно, поскольку медицинский препарат должен оставаться одинаковым от партии к партии. И именно здесь технологии генетического редактирования выглядят особенно перспективно.
В теории CRISPR способен значительно упростить создание растений с заранее заданными характеристиками. Более стабильный уровень каннабиноидов, одинаковое развитие кустов, предсказуемый терпеновый профиль, повышенная устойчивость к болезням – все это может сделать каннабис гораздо более удобным для промышленного и медицинского производства. Кроме того, развитие индустрии практически неизбежно ведет к усилению контроля и регулирования. Во многих странах, где каннабис уже легализован, постепенно внедряются системы отслеживания продукции буквально на всех этапах – от семени до готового продукта на полке. Для крупных производителей это означает необходимость обеспечивать максимальную повторяемость результата. И генетически стабильные растения могут серьезно упростить подобные процессы.
При всем этом отношение к генетическим модификациям внутри самого канна-сообщества остается довольно неоднозначным. Многие гроверы и селекционеры по-прежнему предпочитают классические методы работы с генетикой. Для них конопля – это не просто набор химических соединений, а живое растение со сложной биологией, уникальными фенотипами и естественным разнообразием. Именно поэтому идея «отредактированного» каннабиса вызывает у части сообщества определенный скепсис.
Отдельные споры вызывает и тема медицинской эффективности. Некоторые исследователи предполагают, что попытка максимально изолировать отдельные каннабиноиды может оказаться не такой эффективной, как использование полноценного растительного комплекса. В основе этой точки зрения лежит теория эффекта антуража, согласно которой каннабиноиды, терпены и другие соединения работают наиболее эффективно именно в сочетании друг с другом. И пока ученые продолжают изучать этот механизм, окончательных ответов здесь все еще нет.
Также нельзя забывать и о регуляторных вопросах. Законодательство многих стран пока попросту не успевает адаптироваться к столь быстрому развитию биотехнологий. Где-то CRISPR-растения уже не приравниваются к классическим ГМО, а где-то подобные методы по-прежнему вызывают настороженность у регулирующих органов. Поэтому дальнейшее развитие технологии будет зависеть не только от науки, но и от того, насколько быстро изменятся законы и общественное восприятие подобных методов.
Тем не менее потенциал у CRISPR действительно огромный. Возможность точечно работать с генетикой каннабиса открывает перед индустрией совершенно новые перспективы – от создания более устойчивых и продуктивных сортов до разработки специализированных медицинских растений с точно заданным составом активных веществ. И хотя сегодня генетически измененный каннабис все еще выглядит для многих чем-то экспериментальным, вполне возможно, что уже через несколько лет подобные технологии станут привычной частью современной селекции.
Быстрорастущие сорта конопли
Скорость развития каннабиса для многих гроверов играет не менее важную роль, чем урожайность, мощность или аромат готового продукта. Кому-то хочется как можно быстрее добраться до харвеста, кто-то ограничен коротким теплым сезоном, а для кого-то быстрый цикл – это возможность проводить больше гровов за год. Именно поэтому селекционеры уже давно активно работают над созданием сортов с ускоренным развитием и сокращенным периодом цветения. Некоторые современные гибриды способны удивлять не только своей скоростью, но и вполне солидной урожайностью, высокой смолистостью и достойным качеством соцветий. Предлагаем вашему вниманию небольшую подборку настоящих торопыг из мира каннабиса.
Сорт конопли Fullgas от Green House Seeds
Урожайность: 800 г/куст
Период цветения: 56-63 дней
Содержание ТГК: 28 %
Сорт Fullgas от Green House Seeds является данью памяти легендарному селекционеру Франко Лою, скончавшемуся в январе 2017 года. Первый родитель Exodus Cheese был выбран вместе с ним еще в 2015 году в Барселоне, а в пару к нему нашли генетику Sherbert OG от Cannarado Genetics. Кусты вырастают с большим количеством боковых ветвей, прочной центральной колой и пышными соцветиями, пропитанными нежным ароматом древесины. На холодную погоду они реагируют потемнением листвы и появлением фиолетового окраса. В плане ухода растение абсолютно нетребовательно. Терпеновый профиль отдает не только древесиной, но и сочным сыром. Незабываемая дегустация гарантирована. На это также работает мягкое расслабляющее воздействие. Начинается оно со светлого озарения и позитивных порывов в голове, затем распространяется на все тело лавиной эйфорического волнения. Под конец наступает умиротворение с ощущением равновесия и безмятежности.
Сорт каннабиса Rainbow Melon от FastBuds
Урожайность: 500-600 г/м2; 1100 г/куст
Период цветения: 56-63 дней
Содержание ТГК: 25-30 %
Сорт конопли Rainbow Melon – необычная фотопериодная разработка американских специалистов из FastBuds. В его основу легли такие генетики, как Melon и Rainbow Chip. Последний в 2019 году взял Cannabis Cup, а также передал потомку солидную урожайность вместе с яркими органолептическими свойствами. Выращивание протекает стабильно, не доставляя хлопот даже начинающему гроверу. Из тренировок стоит использовать метод LST-подгиба. Высокая влажность и палящее солнце – условия, которых стоит избегать. Терпеновый профиль сладкий и фруктовый – дынные ноты с цитрусовыми оттенками и мятой в послевкусии. Уровень содержания ТГК в 25-30% обеспечивает интенсивный эффект. Мягкий ментальный подъем сменяется эйфорическим пиком, который трансформируется в долгоиграющий расслабленный stone. Заливистый смех, скачок серотонина и несколько часов абсолютного комфорта – именно таким бывает по-настоящему хорошее воздействие.
Сорт марихуаны WiFi Kush от AlphaFem Seeds
Урожайность: 500-600 г/м2; 1100 г/куст
Период цветения: 56-63 дней
Содержание ТГК: 25-30 %
Сорт конопли WiFi Kush от американского сидбанка AlphaFem Seeds был получен в ходе слияния генетик Fire OG и The White. Белое и кушевое семейства объединились в компактный, выносливый и мощный гибрид, который очень хорош как в рекреационном, так и в терапевтическом применении. Он отцветает примерно за 56 дней, принося достойное количество смолистых шишек как в закрытом, так и в открытом грунте. Шишки формируются плотными, смолистыми, с белоснежным покрытием из трихом. От вкуса и аромата стоит ждать перечных и хвойных ноток с травянистой составляющей. Эффект же реализуется через мощное волнообразное воздействие. Церебральный high приходит первым – сознание проясняется, настроение поднимается. Следом нарастает седативный stone: стресс, усталость и переживания перестают существовать. В качестве лекарственного средства это превосходное средство от хронической усталости, головной боли и нервного напряжения.
