Журнал Science в начале августа опубликовал манифест двух биотехнологов о том, что миру не хватает генетически модифицированной пшеницы — с ее помощью, по их мнению, можно было бы бороться с опасными заболеваниями, которые ставят под угрозу сельскохозяйственные отрасли экономики развивающихся стран.
Прочитав манифест, мы решили разобраться, почему на рынке до сих пор нет ни одного сорта ГМ-пшеницы и так ли она нам нужна.
Авторы манифеста, Бранде Вулф (Brande Wulff) и Канварпал Дугга (Kanwarpal Dhugga), работают в биотехнологическом центре Джона Иннеса в Великобритании и в Международном центре улучшения кукурузы и пшеницы в Мексике. В статье для Science они не сообщают о какой-либо поддержке со стороны производителей ГМ-сортов, однако некоммерческие организации, которые финансируют оба центра, занимаются продвижением биотехнологий в сельском хозяйстве.
По мнению ученых, отсутствие интереса к ГМ-пшенице у разработчиков объясняется в первую очередь давлением общественных активистов, борющихся против ГМО. Вместе с тем, пишут они, генетическая модификация могла бы, к примеру, защитить пшеницу от пирикуляриоза — опасного грибкового заболевания, впервые обнаруженного в Бразилии и оттуда распространившегося по Южной Америке и другим континентам. В 2016 году пирикуляриоз, который переносится с зараженным зерном, нашли в Бангладеш, где до сих пор сохраняется карантин и откуда болезнь может распространиться по Юго-Восточной Азии и попасть в Индию. У пшеницы устойчивость к этому заболеванию очень низкая, но соответствующие гены уже обнаружили у ее дикого родственника, злака Aegilops tauschii.
Авторы считают, что Бангладеш была бы готова внедрить у себя генетически модифицированную пшеницу для защиты от пирикуляриоза, поскольку недавно там одобрили к выращиванию ГМ-баклажан и готовятся выращивать ГМ-картофель, устойчивый к фитофторозу. Но для этого нужно будет, чтобы ГМ-пшеницу кто-то создал, пишут ученые.
«Сложный генетический объект»
То, что мы в обиходе называем пшеницей, — несколько видов растений, прежде всего пшеница мягкая (Triticum aestivum) и пшеница твердая (Triticum durum). Из первой делают муку для хлеба и пшеничный солод, из второй — кускус, булгур, традиционные итальянские макароны и другие продукты. На твердую пшеницу приходится всего 5-8 процентов всей выращиваемой пшеницы; по официальной статистике Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), в 2016 году человечество вырастило не менее 823 миллионов тонн пшеницы на общей посевной площади в 221 миллион гектаров. Это делает пшеницу второй по общему объему производства сельхозкультурой после кукурузы.
Вся пшеница, которая выращивается и продается в мире, не относится к ГМО: сейчас ни в одной стране не одобрен к коммерческому выращиванию ни один сорт ГМ-пшеницы. В базе Конвенции ООН о биологическом разнообразии, где собираются данные о ГМ-разновидностях культурных растений, зарегистрировано всего девять сортов мягкой пшеницы с самыми разными свойствами, от устойчивости к гербицидам до повышенного содержания белка (база явно охватывает не все проекты и страны, так как не все государства — например, ни США, ни Россия — не ратифицировали Картахенский протокол о биобезопасности к этой конвенции). Но ни один из этих сортов не ушел дальше одобрения экспериментальных посевов в научных целях. Данных о ГМ-сортах твердой пшеницы в базе нет.
Ближе всего к одобрению подошел сорт MON71800, разработанный компанией Monsanto: как и многие другие известные ГМ-сорта компании, MON71800 устойчив к глифосату (это так называемая Roundup Ready пшеница). В 2004 году компания даже получила необходимое разрешение от американского Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов, но не завершила процесс одобрения в другом ведомстве, Агентстве по защите окружающей среды. СМИ тогда писали, что проект, на который ушло не менее 5 миллионов долларов и семь лет, свернули из-за противодействия фермеров, которые боялись, что распространение ГМ-пшеницы в США лишит их доступа на скептически настроенный европейский рынок. В Monsanto не ответили на конкретный вопрос о том, разрабатывает ли сейчас компания ГМ-сорта пшеницы, но заверили, что остаются «приверженными постоянным инновациям в области пшеницы через биотехнологии и генетическое редактирование».
Время от времени новости о разработке ГМ-сортов появлялись и после 2004 года: так, один из партнеров Monsanto, индийская компания Mahyco, в 2013 году собиралась проводить полевые испытания пшеницы, устойчивой к гербицидам (на вопрос, компания ответила, что сейчас не занимается ГМ-пшеницей). Исследования ГМ-пшеницы, устойчивой к фузариозу колоса, также вела Syngenta, но этот проект был приостановлен, говорит директор по регулированию сортов и биотехнологических признаков растений в СНГ Syngenta в России Игорь Чумиков. Bayer CropScience в прошлом году заявляла, что видит своим глобальным приоритетом не ГМ-пшеницу, а создание гибридов.
По оценкам экспертов, на разных стадиях испытаний в мире находится не менее 500 сортов ГМ-пшеницы, причем в отсутствие интереса к ней на американском и европейском рынках в лидерах оказались, например, Австралия и Китай. В Австралии национальная исследовательская организация CSIRO весной этого года обратилась за разрешением на испытания твердой и мягкой пшеницы с устойчивостью к ржавчине пшеницы, грибковому заболеванию, поражающему злаки. Планировалось, что испытания займут пять лет; по-видимому, CSIRO получила на них разрешение (в самой организации не смогли ответить на эти вопросы). В 2017 году испытания ГМ-пшеницы с повышенной урожайностью начались в Великобритании, там они продлятся до конца 2019 года.
При этом отсутствие одобренных сортов не означает, что нигде в мире не растет ГМ-пшеница: истории о том, как где-нибудь в полях обнаруживают никем не санкционированную и неизвестно откуда взявшуюся генетически модифицированную пшеницу, случаются как минимум с 1999 года. Одна такая история произошла в Канаде прошлым летом: в июне нынешнего года канадские власти подтвердили, что пшеница у проселочной дороги в южной части провинции Альберта, которая пережила обработку гербицидом, оказалась генетически модифицированной (что это за сорт, не уточняется; в 2017 году в стране велось 54 ограниченных полевых испытания ГМ- и гибридной пшеницы, 39 из которых направлены именно на устойчивость к гербицидам — правда, ни одно из них не проходило в Альберте). Из-за этой неожиданной пшеницы Япония и Южная Корея приостанавливали импорт пшеницы из Канады, а канадскому министру пришлось звонить своей коллеге из ЕС и объяснять, что нигде, кроме одного поля в Альберте, эта пшеница не найдена.
«Среди всех сельхозкультур, которые сейчас возделываются, пшеница — пожалуй, один из самых сложных объектов для селекции. Мягкая пшеница — это полиплоид, у нее гексаплоидный геном (ядро клетки содержит три элементарных генома A, B и D, то есть шесть наборов хромосом, всего их 42). 99 процентов всех сортов, которые сейчас выращиваются, — это именно сорта мягкой пшеницы, очень сложный генетически объект. Кроме того, пшеница относится к растениям класса однодольных, поэтому все работы по ее генетической модификации были менее успешны в сравнении с другими культурами и начаты были позже», — говорит Дмитрий Мирошниченко, старший научный сотрудник лаборатории экспрессионных систем и модификации генома растений «БИОТРОН» в Институте биоорганической химии РАН.
Символический барьер
Сложности работы с пшеницей не ограничиваются самой культурой: Мирошниченко говорит, что технологическое отставание связано и с методологическими проблемами. Для генетической модификации всех культур используются два стандартных метода: агробактериальная трансформация, когда гены переносятся с помощью бактерий рода Agrobacterium и их плазмид, и метод биобаллистики, перенос генетических последовательностей с помощью так называемой генной пушки — устройства, «стреляющего» частицами тяжелых металлов с ДНК в виде тех же плазмид. По словам ученого, сейчас в Европе, США, Азии и других странах разрешены только ГМ-растения, которые были получены с помощью агробактериального способа, при котором можно подтвердить, что в геноме модифицированного растения присутствует только одна чужеродная вставка, а не несколько, как обычно дает биобаллистика. Для трансгенной пшеницы агробактериальный способ разработали только в последние десять лет, говорит Мирошниченко.
«Двадцать лет назад все ожидали, что коммерческое выращивание ГМ-пшеницы — дело завтрашнего дня. Я подозреваю, что этого не случилось по нескольким причинам, и многие из этих причин у пшеницы общие с рисом. Дело, конечно, не в том, что для создания этих сортов есть какие-то существенные биотехнологические барьеры», — отмечает специалист по геномике растений Хью Джонс из университета Аберистуита в Уэльсе. Джонс считает, что отношение к пшенице в обществе иное, чем, скажем, к кукурузе или сое: для многих народов «пшеница обладает большим культурным символизмом». Поэтому, подозревает он, отрицательное отношение к ГМ-пшенице глубже, чем к другим продуктам. Мирошниченко согласен: «С социальной точки зрения пшеница — главная зерновая культура, это хлеб и так далее. Ее генетическую модификацию общественность воспринимает негативно».
Есть и более прагматические трудности, говорит Джонс: пшеница — самая торгуемая сельскохозяйственная культура и биржевой товар, и отделить ГМ-пшеницу от обычной достаточно сложно. Даже если какая-то одна страна разрешит выращивать у себя генетически модифицированную пшеницу, она тут же столкнется с запретами на экспорт в другие страны, которые из-за угрозы биобезопасности будут очень строгими. Если разрешать ГМ-пшеницу, то разрешать ее придется везде, считает ученый.
Канварпал Дугга, один из авторов манифеста в Science, отмечает, что почти все доступные на рынке ГМ-сорта растений разрабатывались, испытывались и выращивались в США, а оттуда попадали на другие рынки (исключение — Bt-баклажан с устойчивостью к насекомым-вредителям, созданный в Индии). «Несмотря на все данные о безопасности ГМ-кукурузы и ГМ-сои, собранные за двадцать лет, они все еще не выращиваются за пределами Северной и Южной Америки», — говорит Дугга, добавляя, что американские фермеры экспортируют половину всей выращиваемой пшеницы и в своих решениях — принимать или не принимать ГМ-пшеницу — будут неизбежно ориентироваться на страны-импортеры.
Вместе с тем Дугга не считает, что пшеница чем-то принципиально отличается от других ГМ-культур с точки зрения неприятия ее потребителем, ведь во всех странах, где есть анти-ГМО-настроения, они касаются в первую очередь еды, которой питаются сами люди, а не, к примеру, животные. «Даже самые активные противники ГМО в Европе — Австрия, Франция, Германия — ввозят ГМ-кукурузу и ГМ-сою как корм для животных», — обращает внимание ученый.
Потребитель пользы не видит
«Для пшеницы нет ни одного конкретного свойства, которое имело бы очень большое значение. Кроме того, в отрасли нет единого мнения о том, какая характеристика была бы наиболее ценной», — отмечает Уильям Уилсон, эксперт по ГМ-пшенице и профессор университета штата Северная Дакота. Дмитрий Мирошниченко говорит, что признаки, полученные для большинства других коммерческих ГМ-культур — устойчивость к гербициду и устойчивость к насекомым — для пшеницы не актуальны: «Эти два признака — не те, которыми следовало бы заниматься в первую очередь, потому что они имеют ограниченное коммерческое значение при культивировании пшеницы. Когда Monsanto пыталась в 2004 году получить в США разрешение на выращивание ГМ-пшеницы, устойчивой к гербицидам, они отозвали заявку как раз потому что такой ГМ-признак не имел большого коммерческого значения. Негативное отношение к возделыванию ГМ-пшеницы в тот момент «пересилило» возможный коммерческий успех», — говорит ученый.
Признаки, которые действительно хотелось бы получить у ГМ-пшеницы — это те же самые признаки, с которыми бьются селекционеры, отмечает Мирошниченко. «Во-первых, это устойчивость к неблагоприятным факторам — в зависимости от того, где выращивается пшеница, это либо засуха и высокие температуры, либо, наоборот, низкие температуры и заморозки, а также устойчивость к повышенному содержанию соли в почве и так далее. Вторая группа признаков, которая очень востребована — это устойчивость к фитопатогенам, в частности, к ряду грибковых заболеваний, это фузариоз, ржавчина, мучнистая роса и так далее», — говорит он. В этих направлениях ведется много исследований по ГМ-пшенице, хотя встречаются и более экзотические идеи: так, в той же Австралии CSIRO разрабатывает пшеницу, понижающую уровень холестерина в крови благодаря повышенному содержанию бета-глюканов.
Однозначных успехов в этих областях пока нет: американцы, европейцы и китайцы «сосредоточились на более простых культурах, которые дали бы эффект быстрее», добавляет Мирошниченко. «Для пшеницы уже долгое время стоит вопрос о том, какой признак можно изменить генно-инженерными способами так, чтобы это дало коммерчески ощутимый эффект в прибавлении урожайности в неблагоприятных условиях, при этом чтобы в благоприятные годы урожайность не снижалась. Если сравнивать с другими культурами, особенно двудольными, модификация вроде бы тех же самых генов порой не приводит к ожидаемым эффектам у пшеницы», — говорит исследователь.
Уилсон отмечает, что на практике любой признак, улучшающий качество культуры и снижающий затраты фермеров, был бы очень полезен. «Фермеры хотели бы получить [ГМ-пшеницу]… Это могло бы повысить урожайность, снизить затраты и риски, улучшить качество. Но потребители в данном случае — очень громкое меньшинство», — говорит ученый.
Дугга при этом смотрит на проблему шире: у большинства ГМ-культур сегодня их новые полезные свойства полезны для производителей, а не для потребителей. «Возможно, если бы у нас появились ГМ-сорта пшеницы с пользой для потребителей, например, в виде какой-то очевидной пользы для здоровья, ситуация с противостоянием ГМ-пшенице могла бы измениться», — предполагает ученый.
Будущее «CRISPR–пшеницы»
В ноябре 2009 года в журнале Nature Biotechnology вышла статья о том, что разработчики ГМ-растений вновь «повернулись лицом» к пшенице: первые ГМ-сорта уже в том десятилетии обещала Monsanto, а Bayer CropScience — та самая, которая сегодня предпочитает генетической модификации гибриды — совместно с австралийской CSIRO планировала вывести свой продукт на рынок к 2015 году. Десять лет спустя ученые все еще настроены оптимистично, но уже по другим причинам.
«Я думаю, что биотех-пшеница появится в любом случае, потому что исследования по геномному редактированию с помощью систем CRISPR/Cas в последние пять лет стимулировали развитие этого направления. Я думаю, что в ближайшее время обязательно появятся перспективные сорта биотех-пшеницы, поскольку уже есть неплохие наработки в Китае и США, по аналогии с рисом или кукурузой», — говорит Мирошниченко.
Свои надежды на CRISPR/Cas и другие технологии точечного редактирования генома возлагает и Уильям Уилсон: по его мнению, с «CRISPR–пшеницей» дела будут обстоять лучше. С ним согласен Дугга, который приводит в пример созданную по этой технологии восковую кукурузу компании Corteva AgriScience (ранее известной как DuPont Pioneer), которая готовится к выходу на рынок. Мирошниченко рассказывает, что китайские ученые уже сообщили о возможности геномного редактирования одного из локусов генов пшеницы Mlo, который опосредованно отвечает за устойчивость к фитопатогенам. «Но ничего пока не известно о том, насколько изменение этого гена влияет на урожайность растения и проявление других признаков, это пока на стадии изучения», — отмечает ученый. Аналогичные исследования появляются и в США. Еще одна группа китайских ученых показала, как CRISPR/Cas может помочь преодолеть сложности с гексаплоидностью пшеницей, у которой для получения устойчивого нового признака одинаковые изменения надо вносить во все копии гена.
Наконец, ученые надеются, что CRISPR/Cas поможет разрабатывать гибридную пшеницу, которой сейчас на рынке нет — массово получать гибриды самоопыляемой пшеницы технически сложно. «Я думаю, что это направление имеет большой потенциал. Многие современные сельхозкультуры, — соя, кукуруза, томаты, перцы и так далее — это все гибриды, которые позволяют увеличить урожайность и устойчивость. Агротехническими методами мы, уже можно сказать, достигли порога повышения урожайности у пшеницы. Появлении гибридов поможет ощутимо увеличить урожайность в будущем», — говорит Мирошниченко. На гибридную пшеницу, получаемую методами традиционной селекции, обращает внимание Игорь Чумиков из Syngenta: по его словам, гибридная пшеница позволяет «обеспечить качество, которое гораздо выше качества сортовой пшеницы». Syngenta последние несколько лет разрабатывает для ЕС озимую гибридную пшеницу и рассчитывает вывести ее на рынок «в течение ближайших трех-пяти лет», говорит Чумиков.
Правда, Европейский суд в июле этого года несколько расстроил энтузиастов CRISPR-организмов, фактически приравняв такие разработки к ГМО: это, по-видимому, означает, что по крайней мере на одном крупном и важном рынке пшеницы проблемы с восприятием таких продуктов никуда не исчезнут. Пока мир разбирается, что считать генетической модификацией, а что нет, «усовершенствованная» пшеница может так и не выйти из порочного круга, в котором ее должно одобрить все человечество разом, и призывы ученых «не оставлять пшеницу сиротой среди ГМ-культур» останутся не услышанными.
Автор: Ольга Добровидова