«Трансгенными могут быть и растения, и животные, и даже бактерии. Сегодня я сделаю акцент на первых — именно вокруг них ведётся больше всего дискуссий», — говорит исследователь.
Все мы состоим из клеток. Почти каждая из них содержит ядро, внутри него находятся хромосомы. Если начать расплетать хромосому, то мы дойдём до двойной спирали ДНК, которая состоит из пар нуклеотидов, составляющих двойную спираль. Именно здесь заключается собственно генетическая информация. Как в древней сказке: на дубе сундук, в сундуке заяц, в зайце утка, в утке яйцо, а уже в нём — иголка.
Генно-инженерные методы — это своеобразные молекулярные ножницы, которые умеют разрезать кольцевую ДНК и вшивать туда нужные вставки.
Геном человека составляет три миллиарда пар нуклеотидов. Однако всего 1,5% ДНК кодирует белки и функциональные РНК. Остальную часть называют мусорной или эгоистичной ДНК. Однако она необходима — для поддержания структуры хромосом, обеспечения деления клеток и много другого. Сам по себе размер генома не имеет большого значения и — что парадоксально — никак не коррелирует с количеством генов. Так, в человеческих трёх миллиардах пар нуклеотидов содержится примерно 25 тысяч известных генов, в то же время у арабидопсиса (маленькое растение, излюбленный объект опытов биологов, «растительная дрозофила») всего 140 пар нуклеотидов, а генов — 30 тысяч.
Последовательности нуклеотидов в виде триплетов кодируют различные аминокислоты, и с помощью рибосомы с ДНК предварительно считывается копия гена. Небольшой кусочек в тысячу-полторы пар нуклеотидов поступает в РНК, и оттуда уже происходит основное считывание информации, и на каждый триплет присоединяется своя собственная аминокислота. Она соединяется с другой аминокислотой, получается пептид, если таких кислот много — полипептид. Собственно, полипептидная цепь в своей третичной структуре — это и есть белок. Белков в нашем организме много, все они разные, но закодированы абсолютно одинаково этим триплетным кодом.
«Важно подчеркнуть: ДНК и продукты реализации наследственной информации (белок) — это разные вещи», — отмечает Юрий.
Генетически модифицированный организм — это организм, куда перенесены чужеродные гены. Они придают ему признаки, которые раньше были ему несвойственны, и самое главное, что затем он становится способным передавать их потомству.
Какими путями можно внедрить новый ген в растение? Наиболее распространёнными являются векторный перенос и биобаллистика. Смысл этих методов: сделать в клетке какие-то отверстия, чтобы туда могла проникнуть чужеродная ДНК.
Векторный перенос основан на абсолютно природном явлении. Он происходит с помощью почвенных агробактерий. Некоторые из них способны переносить свои гены в растение и индуцировать в них небольшие «опухоли» — корончатые галлы, которые заставляют «хозяина» синтезировать питательные вещества для «паразита».
Осуществлять внедрение собственной генетической информации агробактерия может за счёт того, что у неё есть мегаплазмиды — кольцевая последовательность ДНК, обеспечивающая перенос нужного кусочка цепочки, в котором находятся гены биосинтеза питательных веществ. Все остальные гены нужны бактерии, чтобы осуществить этот перенос. Соответственно, если лишить её этого опухолеобразующего кусочка, можно встроить на его место гены вашего интереса или, как их ещё называют, целевые гены. На выходе вы получаете рекомбинантную плазмиду.
Ген — это не просто последовательность нуклеотидов, у него есть определённые «знаки препинания»: чтобы он начал работать, нужно его запустить, за это отвечает промотор (последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как стартовая площадка для начала транскрипции). Дальше находятся части, кодирующие белок. А остановить работу, «поставить точку» после завершения считывания информации, помогает терминатор (последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой как сигнал к прекращению транскрипции). Нормальный живучий ген должен обладать всеми этими частями.
Растительные ГМО получить достаточно легко, поскольку растения обладают ценной способностью регенерировать из маленьких кусочков. «Наш модельный объект в лаборатории — трансгенное растение табака. Режем листья на части, запускаем их плавать в жидкую питательную среду, туда же капаем агробактерии (они способны заражать только «пораненные» растения) и на два дня помещаем в темноту. За этот период агробактерия успевает перенести в геном образцов внедрённую нами ДНК. Затем мы берём эти кусочки листьев, высаживаем в питательные среды и из них регенерируем новые растения. Так получаются ГМО», — объясняет исследователь.
Однако здесь обязательно должен быть какой-то маркер, который позволит учёным регенерировать не всё, что вырастет, а только трансгенное. Часто в этом качестве используются гены устойчивости к антибиотикам, обычно — к канамицину. Вместе с целевым геном образцы заражают ещё и им, а затем высаживают на пропитанную антибиотиком среду. Трансгенные клетки выживают, из них затем можно будет получить ростки, а те, в которых трансформация не произошла, гибнут. Дело в том, что канамицин разрушает хлорофилл, без которого зелёные растения жить не могут.
Иногда этот метод срабатывает и абсолютно естественным образом, без всякого участия человека. В Санкт-Петербурге исследовали дикие растения в поле, чтобы узнать, есть ли у них агробактериальные встройки. И оказалось, что более 30% образцов в своём геноме несли следы агробактериальных плазмид.
Другой метод получения ГМО — биобаллистика — разработан специально для растений, которые плохо регенерируют. Он осуществляется с помощью генной пушки, некого духового ружья, стреляющего частицами золота или вольфрама (в ИЦиГ СО РАН предпочитают золотые, поскольку они более однородные) с намотанной на них рекомбинантной плазмидой. Эти «снаряды» запускают в цель, и, если повезёт, происходит трансформация. Из заражённых кусочков учёные затем пытаются вырастить трансгенное растение.
Разница с векторным переносом заключается в том, что последний в большей части случаев даёт одну-единственную встройку в геном, а биобаллистика чаще обеспечивает множественные, что не подходит исследователям. Поэтому к биобаллистическим растениям больше требований, здесь гораздо сложнее система отбора.
Создание ГМО — процесс вероятностный. Когда чуждый объект попадает в ДНК клетки, ей приходится решать, что с ним делать. Она может просто выбросить его из себя, но чаще всего репарационная система пытается понять, откуда взялась новая наследственная информация, и за это время чуждый кусочек ДНК успевает встроиться в геном (который обладает склонностью к порядку — ничего в нём не должно «болтаться» просто так). Впрочем, если клетка решает, что проверка не пройдена, ей ничего не стоит вырезать «засланца», но зачастую ему всё же удаётся «сойти за своего».
Правда и вымысел про ГМО
Для чего создаются ГМО? Первая цель: помочь сельскому хозяйству. Учёные могут привить растениям устойчивость к вредителям, заболеваниям, гербицидам, перенести в них гены, которые позволят пережить засорение и засуху. Кроме того, обеспечить пищевые культуры новыми витаминами и товарными качествами. Отдельное направление — биофармацевтика. Растение можно использовать, как биофабрику, где нарабатываются белки медицинского назначения, либо модифицировать, чтобы оно было удачным как биотопливо или биополимер. Рапс, например, используется для этих целей.
Основная масса ГМО-продукции производится всего в пяти странах: США, Бразилии, Аргентине, Канаде и Индии. Трудно добиться правды от Китая, потому что там эта информация особо не раскрывается, хотя, по словам Юрия, мы давно уже едим китайские трансгенные арахис и сою.
Всего промышленно выращивают ГМ-растения 28 государств, причём динамика постоянно растёт. Развивающиеся страны по этому показателю уже перегнали развитые, поскольку первые больше заинтересованы в исходящей от генномодифицированных продуктов выгоде.
Большинство культурных видов уже имеет ГМ-аналоги, но все же основную часть растительных ГМО составляют соя (на 81% и больше она трансгенная), хлопок (он почти весь трансгенный, этому есть очень веская причина — вредитель хлопковая совка, которая просто не даёт вырастить его без обработок гербицидами), кукуруза, рапс.
Производство ГМО имеет значительный экономический эффект. В Индии за 10 лет применения сельскохозяйственных культур, содержащих Bt-токсин (он защищает от вредителей) из бактерий Bacillus thuringiensis удалось сэкономить 10 миллиардов долларов.
«В то же время СМИ часто грешат громкими заголовками из серии «Съел морковку — стал мутантом». Нужно отделять вымышленные риски от реально возможных», — говорит Юрий Сидорчук.
Первый вопрос, который всегда возникает: могут ли ГМО провоцировать пищевые аллергии? По этому параметру растения тщательно тестируются. Например, в США этим занимаются сразу три организации: Министерство сельского хозяйства, Министерство медицины и департамент, занимающийся отслеживанием качества пищевых продуктов. Естественно, ничего токсичного и аллергенного там не допустят.
Как правило, источником аллергии являются белки. Однако здесь важно отметить, что принципиально новых и неизвестных белков ГМО не синтезируют. Допустим, у нас есть кормовая соя с геном бразильского ореха, который позволяет улучшить питательные свойства продукта. Если у человека есть аллергия на этот орех, то, естественно, у него возможна подобная реакция и на сою, в противном случае патологии здесь неоткуда взяться.
«У бразильского ореха множество белков, которые могут вызвать аллергию, в ГМО попал лишь один из них. Тем не менее, как только возникла вероятность, что эта кормовая соя каким-то образом может попасть в пищевые продукты, её полностью сняли с производства. Точно также было с кукурузой «StarLink», которую сделали устойчивой к вредителям пастбищным горохом из Австралии. То есть любые трансгенные растения тестируются по многочисленным параметрам. Они даже способствовали внедрению дополнительных тестов, которые лишний раз проверяют продукт питания на безопасность», — комментирует исследователь.
Следующий вопрос: могут ли генномодифицированные продукты быть токсичными? Начало эпопеи с ГМО-растениями было положено в 1999 году, когда на рынок вышло первое из них — американские томаты с повышенной лёжкостью. Причём они были не совсем трансгенными, в них ничего не переносили, всего лишь выключили их собственный ген, ответственный за разрыхление пектина. Продукт имел коммерческий успех. Однако затем вышла работа Арпада Пустая по изучению ГМ-картофеля со встроенным геном лектина подснежника (он продуцирует белок, обеспечивающий устойчивость к нематодам). Исследователь утверждал, что на токсичность влияет даже не столько ген подснежника, сколько сам процесс переноса. «Я, будучи биологом, просто не вижу механизма, как это может произойти, — говорит Юрий. — Мы поедаем огромное количество ДНК, особенно со свежими фруктами и овощами, и ведь ничего никуда не вcтраивается. При этом с яблоком, даже помытым, есть опасность проглотить микробы, у которых по шесть степеней устойчивости к антибиотикам, и не дай бог они станут патогенными». Работа Пустая была признана несостоятельной, тем не менее томат тут же сняли с производства.
Ещё один распространённый миф — горизонтальный перенос генов от ГМО к потребителю. Почему эта идея возникла? Уже известно, что для отбора трансгенных растений учёные используют ген устойчивости к антибиотикам. Подумали: а вдруг он как-нибудь перенесётся к человеку или микроорганизмам внутри него, и они приобретут этот признак? Хотя, опять же, здесь непонятен механизм. Было проведено множество опытов и неоднократно доказано, что ДНК через пищу встраиваться не способна. Потребляя ГМО, нельзя стать мутантом.
«Теперь поговорим о рисках, которые действительно могут возникнуть. Прежде всего это опасности для окружающей среды. Если у трансгенных растений (например, устойчивых к гербицидам) есть дикие родственники, с которыми они могут переопыляться, то теоретически существует вероятность появления суперсорняков. Допустим, ГМ-рапс легко скрещивается с дикими видами», — говорит учёный и тут же добавляет, что существует множество способов, позволяющих преодолеть озвученную опасность. Тот же рапс можно сделать без пыльцы, стерильным. Либо получать ГМ-растения, у которых трансформирован не ядерный геном, а хлоропласт — в таком случае в пыльцу не попадёт ничего. К тому же на практике такие «союзы» не так легко осуществимы, как может показаться на первый взгляд. Исследователи в ИЦиГ СО РАН пытались скрестить дикую сою с трансгенной, и единственное, что у них в итоге с трудом получилось — это опылить вторую первой, но никак не наоборот.
«Также есть небольшая опасность миграции генов благодаря горизонтальному переносу — бактерии достаточно легко меняются своими плазмидами. Но здесь я тоже не вижу механизма. Даже если такие структуры попадут в почву в момент разложения, то вероятность обмена кусочками ДНК исчисляется малейшими долями процента», — говорит Юрий Сидорчук.
Отдельно стоит остановиться на экологических рисках. Растения, от которых гибнут вредители, опасны также и для всех остальных насекомых, вполне безобидных или даже полезных. Опыты показали, что численность их, действительно, немного понижается. Однако на поле достаточно оставлять всего один или несколько клочков невозделанной земли, чтобы этого хватило для сохранения популяции. Никакого особого влияния на смертность насекомых — не вредителей трансгенные растения не оказывают.
Два сорта сельскохозяйственных растений отличаются по своему геному гораздо больше, чем трансгенное от исходного.
Если говорить про исследования, якобы доказывающие опасность ГМО, то самый большой общественный резонанс из них имели опыты Ирины Ермаковой и Эрика Сералини. Первая исследовала генетически-модифицированную сою, устойчивую к гербицидам, и установила, что при кормлении ею крысы отставали в росте, плохо развивались и имели плохое, слабоплодовитое потомство. «Те, кто держат дома крыс или мышей, точно знают: к тем продуктам, которые им точно давать нельзя, относятся бобовые, в первую очередь соя. Она содержит ингибиторы белка, который переваривает пищу, а также гормоноподобные вещества, не лучшим образом воздействующие на организм. Это известный факт. Но ведь обычно никто сою в чистом виде не ест. Во-первых, все продукты из неё очень сильно переработаны, ферментированы и поэтому почти не сохраняют своих негативных качеств. А во-вторых, мы ведь не питаемся исключительно соей, она составляет только часть рациона. Поэтому кормление соей, на мой взгляд, вне зависимости от того, трансгенная она или нет, обязательно бы имело последствия на крыс», — говорит Юрий Сидорчук.
Работа Ирины Ермаковой была опубликована в качестве дискуссии в журнале Nature Biotechnology и подверглась очень сильной критике. Одна из претензий: даже в контрольной группе, которую не кормили ГМО, смертность у потомства была большой. В то же время использованная линия крыс очень живучая, и такой показатель говорит о том, что их либо плохо кормили, либо плохо содержали, то есть методика не была соблюдена, этот эксперимент не может быть достоверным.
В 2012 году в журнале Food and Chemical Toxicology вышла статья о вреде ГМ-кукурузы под авторством Эрика Сералини. Учёный утверждал, что продукт сильно влияет на образование опухолей. Однако этот эксперимент тоже не выдержал критики. По той причине, что исследователь взял линию крыс, выведенную специально для изучения онкологических заболеваний – даже в контрольной группе 80% крыс умирают от рака, а с возрастом (а исследователь приводил данные по очень старым крысам, которым было почти 2 года) опухоли возникают почти у всех. Сералини выбрал из экспериментов только то, что ему было выгодно. Например, утверждал: даже минимальные дозы ГМ-кукурузы вызывают смертность. Хотя если заглянуть в опубликованные графики, можно увидеть: те крысы, которые ели больше этого продукта, выживали в три раза лучше чем те, кто потреблял меньше. Из-за критики работа Сералини даже была отозвана из журнала.
«Можно сделать ГМО без генов устойчивости к антибиотикам, пыльцы, и чтобы к человеку не попадал Bt-токсин. Промоутерные участки позволяют обеспечить работу целевого гена в любых частях растения — только в листьях, цветах, плодах, корнях. Поэтому никакие возражения против ГМО не выдерживают критики. Производство трансгенных растений даже снимает нагрузку на экологию, поскольку позволяет использовать гораздо меньше гербицидов и пестицидов (что очень не нравится их производителям), — комментирует Юрий. — Сколько людей погибло от ГМО, учитывая, что мы едим их уже лет 20? Ни одного. А только в 2011 году из-за пряной травки, выращенной на органической ферме в Германии, заболело больше 300 человек, 55 из них погибло. Там произошло уникальное стечение обстоятельств: случайным образом встретились две кишечные палочки, одна которых содержала ген, который продуцирует белок, обеспечивающий понос, а другая — ген, производящий очень сильный токсин. В результате осуществился горизонтальный перенос между двумя бактериями и в геноме объединились два гена. Так что натуральность продуктов — это не синоним безопасности».
Война против ГМО имеет, скорее, экономические корни. Она выгодна производителям химикатов, гербицидов, дорогой «экологически чистой продукции». Юрий Сидорчук закончил лекцию цитатой «человека, спасшего миллиард жизней» — американского агронома, известного как отец «Зелёной революции», лауреата Нобелевской премии мира 1970 г. Нормана Э. Борлоуга: «…вместо того чтобы использовать эти достижения (ГМО) для спасения от голода сотен миллионов людей в беднейших странах мира, их подвергают ожесточенным нападкам в самых богатых странах, власти которых в целом тратят на поддержку своей весьма немногочисленной армии фермеров около 350 млрд долларов в год и где основные проблемы питания населения связаны с ожирением. Трудно представить себе что-либо более аморальное!»
Автор: Диана Хомякова