В интернете кто-то неправ! Научные исследования спорных вопросов - Ася Казанцева

Интересно, что риторика противников ГМО, по-видимому, практически не изменилась за последние сорок лет. Основной аргумент: “Давайте не будем ничего делать, пока не убедимся, что это полностью безопасно”. Мне удалось найти публицистическую статью Стэнли Коэна, создателя первых трансгенных бактерий, написанную в 1977 году [12]. По-моему, она по-прежнему удивительно актуальна:

Сегодня, как и в прошлом, существуют люди, которым хотелось бы думать, что сохранение статус-кво дает свободу от рисков. Тем не менее даже статус-кво сопряжен с неизвестными рисками, а также с большой коллекцией известных опасностей. Человечеству продолжают угрожать древние и новые болезни, недоедание, загрязнение окружающей среды. Методы работы с рекомбинантной ДНК позволяют нам обоснованно ожидать частичного решения некоторых из этих проблем. Таким образом, мы должны спросить себя, готовы ли мы допустить, чтобы озабоченность опасностями, о существовании которых нам неизвестно, ограничивала нашу способность бороться с опасностями, которые действительно существуют.

Язык жизни

Генетическая модификация возможна благодаря тому, что мы все произошли от общего предка. В ходе эволюции под действием отбора или просто случайно у нас менялись гены, отвечающие за внутреннюю организацию клетки, число этих клеток в организме, существование и степень сложности нервной системы, форму и количество лапок и так далее. Но самое важное осталось неизменным: все живые существа на Земле по-прежнему используют один и тот же генетический код.

Если не зарываться в детали, то основной смысл наших генов – определять аминокислотную последовательность белков, а следовательно, задавать их структуру и функции. При этом ДНК состоит всего из четырех букв-нуклеотидов (A, G, T, C); аминокислот же у нас двадцать. В связи с этим строение каждой аминокислоты закодировано не в одном нуклеотиде, а в последовательности из трех. Если в ДНК написано “ACT GTA CGC”, то на этом основании будет построена последовательность из трех аминокислот: треонин – валин – аргинин. И последовательность будет именно такой независимо от того, чья клетка читает гены[34]. Принадлежит ли эта клетка мыши, человеку, бактерии E. coli, кактусу или шампиньону – она поймет эту универсальную инструкцию.

Из этого следует, что инструкции можно переносить из одного организма в другой без поправки на межвидовые барьеры[35] – и таким образом получать существ, которые вырабатывают нужные нам белки и, соответственно, обладают нужными признаками. Например, чтобы создать знаменитый золотой рис с повышенным содержанием бета-каротина, понадобилось внести в обычный рис три новых гена, кодирующих ферменты фитоенсинтазу, фитоендесатуразу и ликопинциклазу [13]. Первоначально были использованы два гена из нарциссов и один из бактерии Erwinia uredovora (она ничем не примечательна и для человека не опасна даже в целом виде), но бета-каротина вырабатывалось не очень много, и через несколько лет исследователи предложили улучшенную версию, в которой один из генов нарцисса заменили на ген кукурузы, кодирующий, как выяснилось, более эффективно работающий фермент [14].

На самом деле все эти “ген нарцисса” и “ген кукурузы” – это, скорее, популяризаторская фишка. В подавляющем большинстве случаев совершенно все равно, из кого именно брать ген, потому что гены, кодирующие важные ферменты, у самых разных организмов могут быть очень похожи. Чьи гены были в генном банке, те и используют; при желании можно вообще синтезировать сферический ген в вакууме, не принадлежащий вообще никому, просто это дорого стоит.

Так вот, семена улучшенного золотого риса содержат в среднем 25 микрограммов бета-каротина на грамм сухой массы. Бета-каротин еще должен превратиться в организме в ретинол (“истинный витамин А”), и этот процесс в принципе происходит не очень эффективно, независимо от того, едите ли вы трансгенный рис или органическую морковку. Поэтому, чтобы на 100 % удовлетворить суточную потребность в витамине А с помощью одного только золотого риса, необходимо каждый день варить и съедать 150 граммов этой крупы. Кажется, что это много, учитывая, как сильно рис разбухает при варке. Но, во-первых, метод в принципе ориентирован на беднейших людей, которые не покупают своим детям никаких фруктов и овощей, а кормят их одним рисом. Во-вторых, даже частичное удовлетворение потребности в витамине А позволяет предотвратить развитие слепоты, вызванной его отсутствием в пище (по оценке ВОЗ, ее жертвами становятся не менее 250 000 детей ежегодно [15]).

Золотой рис был создан еще в 2005 году, но его до сих пор не выращивают в промышленных масштабах. Отчасти это связано с жесткими испытаниями, которым подвергаются все генетически модифицированные продукты: пока химический состав золотого риса вдоль и поперек исследовали в лаборатории, пока убеждались в отсутствии аллергенов, пока кормили добровольцев, прошло несколько лет. Теперь золотой рис выращивают на экспериментальных полях в тех странах, где предполагается его использовать, чтобы выбрать самые урожайные линии. К сожалению, процесс внедрения золотого риса сталкивается с огромным сопротивлением общественности – например, в 2013 году экспериментальную делянку на Филиппинах просто вытоптали подчистую. В самом деле, слепота привычна и понятна, а вот современные биотехнологии – это таинственная и непостижимая опасность, от которой нужно во что бы то ни стало защитить наших детей.

Современные биотехнологии действительно трудно постичь – очень уж много накоплено информации. Молекулярные биологи располагают сегодня огромным количеством высокоточных методик, позволяющих определять последовательности ДНК, размножать молекулы ДНК в пробирке, разрезать их в заданных местах и соединять в новые конструкции, доставлять ДНК в клетки. Пытаться описать их все – задача прекрасная и невыполнимая (в рамках одной главы), поэтому я упомяну только о двух механизмах, которые мы позаимствовали у бактерий и поставили себе на службу.

Бактерия Agrobacterium tumefaciens[36] – природный генный инженер. Задолго до того, как люди начали строить дома, эта бактерия уже умела выращивать себе такой дом, как в фантастических фильмах, предоставляющий одновременно и убежище, и вкусную еду. Под влиянием бактерии клетки растения начинают, во-первых, бурно делиться (формируя на корнях объемные наросты, которые называются корончатыми галлами), а во-вторых, производить опины, вкусненькие химические соединения из аминокислоты и сахара, которыми бактерия питается.

Как добиться такого результата? У Agrobacterium tumefaciens есть, помимо других генов, небольшая кольцевая ДНК, Ti-плазмида. В ней есть маленький участок под названием T-ДНК, который будет встраиваться в ДНК растения и заставлять клетки бурно делиться и синтезировать для бактерии еду. А еще в Ti-плазмиде закодировано несколько белков, которые нужны для того, чтобы между клеткой растения и клеткой бактерии образовался канал, а еще для того, чтобы протащить через него T-ДНК и сделать так, чтобы она попала в ядро растительной клетки и встроилась в хозяйскую ДНК. Сама бактерия остается снаружи, Ti-плазмида остается в бактерии, а в растение попадает только небольшой фрагмент ДНК. Потом, когда растительная клетка будет делиться, она будет передавать бактериальные гены и своим потомкам.

Генетики берут эту готовую конструкцию, выкидывают из нее все те гены, которые нужны бактерии, и вставляют те, которые нужны людям. Несчастная обманутая бактерия проделывает всю ту же самую работу, но модифицированная клетка растения уже не начинает бурно делиться и не производит опины – зато обладает теми свойствами, которые нужны нам. Потом из удачно модифицированной клетки, благодаря способности растений к вегетативному размножению, можно будет вырастить целый организм. Именно с помощью такого подхода получена, например, устойчивая к засухе кукуруза MON87460, которую интенсивно выращивают по обе стороны Атлантического океана. В нее был введен бактериальный ген cspB, отвечающий за производство РНК-шаперона – белка, предотвращающего неправильную укладку молекул РНК под действием стресса, в данном случае недостатка воды. Его присутствие помогает кукурузе выращивать нормальные семена, даже когда ее недостаточно поливают. По остальным экологическим и пищевым параметрам эта кукуруза не отличается от такой же, но немодифицированной [16], [17].

Главный недостаток агробактериальной трансформации (и других методик генной инженерии первого поколения) – это невозможность контролировать, в какое именно место в ДНК растения встроится новая конструкция. Вообще-то это не такая большая проблема: мы ведь получаем не единственное растение, а несколько. Если она где-то встроится так, чтобы это повлияло на остальные свойства растения, – исследователи это заметят. Если будут сомневаться – расшифруют ДНК, чтобы установить место локализации точно. Тем не менее, действительно, методы генной инженерии нового поколения направлены на то, чтобы встраивать новую ДНК не куда попало, а в заранее заданное место. Есть несколько способов делать это в пробирке, но главный писк моды сейчас – система CRISPR/Cas9, позволяющая вставлять гены в заданное место прямо в живой клетке. Эта методика может не только упростить и удешевить получение новых генетически модифицированных животных и растений, но и привести к серьезным прорывам в медицине. Я уже упоминала ее в связи с вырезанием из человеческих клеток ДНК вируса иммунодефицита человека. Другая перспективная сфера применения – генная терапия, исправление ДНК человека для излечения наследственных заболеваний. Конечно, исследования и клинические испытания в этой области проводились и до появления CRISPR/Cas9, в том числе вполне успешные, но она вполне может в обозримом будущем привести к переходу медицины на качественно новый уровень. И да, систему CRISPR/ Cas9 исследователи тоже позаимствовали у бактерий. Зачем она им? Не поверите, это их приобретенный иммунитет.