Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов

Только через 9 лет Рапопорту удалось вернуться к работе по химическому мутагенезу, когда директор Института химической физики лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов создал для него в своем институте специальный секретный отдел, до которого не могли дотянуться лапы Лысенко. Здесь Рапопорт и открыл свои супермутагены, химические вещества, изменяющие состав наследственной молекулы ДНК, а следовательно, и свойства организмов с этой ДНК, причем, как показали его эксперименты, частота мутаций с использованием супермутагенов возрастает по сравнению с природной раз в 50. В результате получается новый сорт пшеницы или какой-нибудь гречки, либо обладающий большей урожайностью, либо приобретающий какое-нибудь иное полезное свойство, например устойчивость к полеганию или несъедобность для насекомых-вредителей. И все это происходит с помощью супермутагенов, к примеру этиленимина, диметилсульфата и боевого отравляющего вещества иприта (см. главу 5).

Рапопорт придумал и сам термин «супермутагены» и показал, что некоторые из них обладают даже большей мутационной активностью, чем такой признанный мутаген, как радиоактивное излучение. А этиленимин начал использоваться для получения мутантов не только растений, но и представителей «третьего царства» — грибов, продуцирующих антибиотики. Рапопорт создал около 400 новых высокопродуктивных сортов основных сельскохозяйственных культур; как мы уже говорили, в 1962 году он был выдвинут на Нобелевскую премию. После скандала с Нобелевской премией Бориса Пастернака шведы осторожничали и в случае с Рапопортом запросили согласия у Советского правительства. Условием получения премии советское начальство поставило вторичное вступление Рапопорта в партию. Рапопорт отказался, и в том году премию получили Френсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс за открытие структуры молекул нуклеиновых кислот — да-да, это та самая знаменитая структура ДНК и, наверное, самая знаменитая Нобелевская премия по физиологии и медицине. Поразительное совпадение.

Классическая селекция, которой занимался и наш Мичурин, производится так: среди выросших уже колосьев пшеницы выбирают те, которые лучше всего удовлетворяют требованиям селекционера. Например, наиболее устойчивые к полеганию — совершенно случайно, под действием самых разнообразных природных факторов, именно в семенах этих будущих колосков произошла подходящая мутация. Следующей весной селекционер высаживает эти семена и осенью отбирает из урожая наиболее стойкие колоски. На следующий год высаживает их семена и так далее. Лет через десять появляется новый сорт с низкой полегаемостью. Рапопорт же создал совсем новый метод: теперь генетики обрабатывают семена сильным мутагеном и уже в первый год выбирают растения, у которых мутация привела к появлению нужного свойства.

Пища богов и Франкенштейна

В конце прошлого века успехи генетики привели к очередной революции в селекции. Расшифровав генетический аппарат множества растений и животных, генетики научились, во-первых, определять ген, ответственный за появление нужного свойства, и, во-вторых, встраивать его в наследственный аппарат другого растения или животного. В результате, например, картофель с внедренным геном токсичности из бактерии Bacillus turingensis не поедает колорадский жук, определяемый этим геном токсин для жука убийствен. Такой способ селекции называется генной модификацией.

Казалось бы, все замечательно. Но на генную модификацию яростно набросились зеленые. Что же их так взволновало? А дело в том, что методами генной модификации выведены и выводятся сорта растений, устойчивых к вредителям. И соответственно поля больше не нужно обрабатывать пестицидами и прочей ядовитой и для человека «химией». А рынок средств защиты растений — это миллиарды долларов. Вот и компании, занимающиеся их производством, сильно озадачились своим будущим и принялись изо всех сил обрабатывать зеленых, ну а те завопили, что еда из генно-модифицированных продуктов — это «пища Франкенштейна». И помидоры с внедренным геном холодоустойчивой североатлантической рыбешки, которые в результате получили свойство устойчивости к заморозкам, являются мерзкими богопротивными гибридами растения и животного. Господь до такого не додумался, и, значит, эти помидоры — жуткая отрава, и еще неизвестно, что будет с будущими поколениями людей, поедавших рыбопомидоры.

Но человек, изучавший в школе биологию, по идее должен понимать, что любые гены — и природные, и искусственно внесенные в генетический код растения, — а также соответствующие им белки в нашем организме будут прежде всего и обязательно расщеплены на аминокислоты и благополучно переварены. А аминокислоты все одинаковы! И изменить что-то в генах человека чужие гены не могут. Критики генной модификации просто обманывают людей. Один ученый уже давно предложил премию в 10 тысяч долларов тому, кто предоставит статью о вреде для человека картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, но никто за премией так и не пришел. Мы веками едим икру, а это почти чистый генетический материал белуги или севрюги, а в последнее время все увлеклись суши и едят сырую рыбу. Но почему-то ни у кого жабры не выросли. Кроме того, критики забывают, что мы на самом деле уже давным-давно используем генно-инженерные лекарства, витамины и вакцины, пьем вино и пиво, которое сбраживают генно-инженерные дрожжи, едим йогурты, которые сквашивают генно-инженерные лактобактерии, и никаких неприятных последствий не наблюдается.

Аргумент насчет рыбопомидора также не выдерживает никакой критики. Дело в том, что генетическая информация и растений, и животных содержится в одной и той же молекуле ДНК. Только «буквы» этой информации, нуклеотидные основания, расположены по-разному. Молекула ДНК очень длинная (ее можно даже увидеть в обычный оптический микроскоп), и сочетание «букв», приводящее к появлению гена морозоустойчивости, наверняка можно встретить и во множестве растений и животных. Просто природа сочла, что помидору, изначально выращиваемому только в жаркой Центральной Америке, морозоустойчивость не нужна и перевела этот ген в разряд «молчащих».

Молчит этот ген и у бамбука. А ведь бамбук можно было бы использовать как исходное сырье для производства биотоплива. Сейчас взамен природных углеводородов используют этиловый спирт из кукурузы и сахарного тростника, растительное масло из рапса заливают в дизельные двигатели, из отходов на свалках получают биогаз. Однако стоимость биотоплива часто оказывается выше цены на нефть, а главное, при выращивании растений все равно приходится сжигать углеводороды, требующиеся тракторам, комбайнам и на фабриках по производству пестицидов.

Хорошей заменой кукурузы и тростника могла бы стать обычная древесина, которую можно использовать и для микробиологического производства того же спирта, и просто в качестве дров. Но тут появляется фактор времени: быстрее всего растет бамбук, но не в российском климате. Поэтому ученые из Иркутска постарались получить быстрорастущие осины и пирамидальные тополя. Они выделили из кукурузы ген, который управляет гормоном быстрого роста, и внесли его в почку осины. В результате опытные образцы росли в 7–8 раз быстрее обычных видов и за два года из саженца вырастало четырехметровое дерево.

Теперь, после получения необходимых разрешений, эти генно-модифицированные растения переводят на плантации. Через несколько лет деревья срубают, измельчают и путем брожения получают этиловый спирт. Но еще проще использовать их в качестве дров — в последнее время этот вид топлива перестали считать примитивным и устаревшим и отапливают им не только избы в деревнях, но и коттеджи, и даже многоэтажные дома. И это понятно — сидеть у камина совсем не то, что у батареи центрального отопления.

Иммунная коза

Сейчас проводят генную модификацию не только растений, но и животных. Делается это не потому, что, как говорил Станислав Ежи Лец, «чем больше мы заботимся о животных, тем они вкуснее», а с целью получения особо необходимых человеку веществ. Например, белка лактоферрина. Это белок, присутствующий в материнском молоке и обеспечивающий новорожденному ребенку еще не сформировавшийся у него иммунитет. Лактоферрин защищает от болезней, стрессов, холода и жары — от всего, что может повредить младенцу. А при встрече с инфекциями работает как природный антибиотик, уничтожая бактерии, вирусы и грибки.

Известно, что дети, находящиеся на искусственном вскармливании, лактоферрин не получают, а потому чаще болеют; среди них значительно выше заболеваемость и смертность. Чтобы им помочь, разумно, казалось бы, использовать грудное донорское молоко, но его мало, к тому же оно может быть источником опасных вирусов и бактерий, вот почему использование донорского молока в качестве источника лактоферрина в России запрещено. Но методами генной инженерии можно заставить животных, дающих молоко, производить лактоферрин в необходимых количествах.