Американские исследователи разработали диагностический тест на основе технологии CRISPR, который способен одновременно выявлять три опасных вируса сахарного тростника. Новая система работает напрямую с генетическим материалом растения и даёт результат в несколько раз быстрее традиционных методов, что может изменить подходы к надзору за болезнями этой ключевой сельскохозяйственной культуры.
Сахарный тростник – самая выращиваемая в мире культура по объёму производства. Вирусные инфекции способны уничтожить до 80% урожая даже на полях с устойчивыми сортами. Наибольший урон наносят три вируса с карантинным статусом – мозаики сахарного тростника (ScMV), полосатой мозаики (ScSMV) и жёлтых листьев (ScYLV). Они быстро распространяются с насекомыми и посадочным материалом, часто бессимптомно, и ущерб становится очевиден, когда спасти урожай уже невозможно.
Систему создали учёные из Мэрилендского университета совместно со Службой инспекции здоровья животных и растений Минсельхоза США (USDA-APHIS). В её основе лежит белок CRISPR-Cas13a, который находит в образце РНК вируса и активирует флуоресцентный маркер. Свечение сигнала указывает на наличие инфекции. Важное преимущество метода – он не требует предварительного многочасового этапа амплификации (умножения) генетического материала, как в стандартном ПЦР-анализе.
В ходе испытаний на реальных образцах растений из карантинного центра USDA-APHIS новый тест сравнили с пятью стандартными протоколами на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР). CRISPR-система не только подтвердила результаты ПЦР-анализа, но и показала более высокую точность. В одном из случаев она смогла точно идентифицировать вирус ScMV в образце сорго, тогда как стандартный тест определил лишь его родовую принадлежность. В других образцах CRISPR-тест обнаружил вирусы, которые ПЦР-анализ пропустил или дал неоднозначный результат, вероятно, из-за низкой концентрации патогена или мутаций в геноме.
Разработка значительно сокращает время диагностики. Если опытному лаборанту для полного анализа одного образца традиционными методами требуется один-два дня, то CRISPR-тест определяет наличие и тип вируса менее чем за четыре часа. Это позволяет проводить анализ на одной плашке, что снижает число манипуляций с образцами и риск их загрязнения. Кроме того, интенсивность свечения даёт примерное представление о вирусной нагрузке, в то время как ПЦР в основном лишь подтверждает факт заражения.
Авторы признают, что чувствительность метода пока может быть недостаточной для выявления инфекции на самых ранних стадиях. Технологию предстоит проверить на более крупной выборке полевых образцов. Однако простота адаптации теста под новые штаммы и потенциальная возможность его использования в полевых условиях открывают перспективы для раннего сдерживания вспышек болезней, от которых зависит стабильность мирового производства сахара, биотоплива и других продуктов.