В мире мутантов

На конкурсе мутантов победили бы все. Половое размножение и рекомбинация хромосом, вовсе не стопроцентная точность копирования ДНК и множество мутагенных факторов окружающей среды – природа надежно устроила так, чтобы каждый из нас имел свой неповторимый набор небольших «особенностей» генома. Большинство из них ни на что не влияет, значимые мутации встречаются редко, и еще реже они бывают полезны для чего-то или для кого-то.

Так случилось однажды с некой коровой (или быком), у которой случайно появилась мутация в гене миостатина – белка, который регулирует развитие мышц. Будто сломалась кнопка «выключить»: животное выросло с невероятно развитыми мускулами и весило почти в полтора раза больше обычного. Произошло это где-то в начале XIX века. И уже вскоре опытные европейские селекционеры закрепили мутацию, выведя мясную породу «бельгийская голубая», знаменитую своим гипертрофированно атлетическим сложением. Эти «перекачанные» чудовища не способны даже родить самостоятельно, и телят извлекают из коров путем кесарева сечения. Словом, они – настоящие мутанты, существующие лишь благодаря селекции и искусственному отбору.

Фото: MacG, icbf.com

Что касается растений, не менее ужасающе выглядят те из них, которые культивируют тысячи поколений крестьян, а поколения художников изображают на натюрмортах. Пшеница удерживает семена на стебле слишком долго, мучнистые семена кукурузы разрослись до непомерных размеров, цветок дикой капусты превратился в кочан цветной. Вспоминая мопсов, страшно подумать, до чего дружба с людьми довела волков. Мы не только мутанты, но и сами порождаем мутантов, каких не видывал мир. И почти всех их мы едим.

Так продолжалось испокон веков, и новые сорта тыквы, новые породы кур, бульдоги и борзые никого не удивляют и не пугают. Наоборот, они служат предметом гордости, интереса и уважения. Но стоит рядом появиться буквам ГМО, все меняется: слово «порода» превращается в более строгое «линия», понятное «скрещивание» превращается в «опасные процедуры», изобретенные безумным гением, который без жалости экспериментирует на всем, что движется. На самом деле, все обстоит ровно противоположным образом. Благодаря технологиям генетической модификации люди впервые в истории получили возможность вносить изменения в геном целенаправленно, точечно и осмысленно. Место грубой работы селекционера заняли ювелирные манипуляции биохимика. О них и расскажем.

Хотите, чтобы аквариумная рыбка светилась в темноте? Возьмите подходящий признак у другого организма. Такой рецепт использовали и создатели настоящей ГМ-линии рыбок данио, которые продаются в США под торговой маркой GloFish. Зеленый флуоресцентный белок был обнаружен у медузы Aequorea, после чего ученые нашли в ее ДНК и кодирующий этот белок ген. Повторяйте за ними: на следующем этапе вырежьте ген с помощью фермента эндонуклеазы (см. Словарик. – Ред.) или синтезируйте искусственно.

Размножьте его с помощью ДНК-полимеразной цепной реакции до нужного количества и поставьте в холодильник. Теперь вам понадобится носитель, готовый доставить наш ген по месту назначения в геноме рыбки – как говорят биологи, «вектор». Проще всего работать с бактериями. Несущие в своей клетке множество коротких «дополнительных» фрагментов ДНК – плазмид, они легко копируют их и передают клеткам-соседям (так, например, распространяется их пугающая устойчивость к антибиотикам). Этот горизонтальный перенос генов можно использовать с пользой, сконструировав плазмидный вектор. Разрежьте плазмиду и внесите в нее свой ген с помощью ДНК-лигазы. Чтобы внедрить плазмиду в бактерию, предварительно разогрейте ее, но не слишком: температурный шок сделает ее клеточную стенку более проницаемой для ДНК. Дальше бактерия сама размножит плазмиду и станет передавать и потомству, и другим бактериям.

Если же вы хотите получить ГМ-линию рыбок, других животных или растений, придется попотеть уже всерьез. Существует множество способов внести ДНК в клетку эукариот – например, заключить ее внутрь крошечных липидных пузырьков. Стенки этих пузырьков устроены примерно так же, как мембраны клеток. Если использовать липиды, несущие небольшой положительный заряд, они притянутся к заряженной слегка отрицательно мембране и сольются с ней, выпустив ДНК внутрь. Остается внести клеточное ядро, содержащее дополнительный геном, в яйцеклетку, из которой удалено ее собственное ядро. Культивируйте ее, пока что-нибудь не вырастет, – ваш ГМО готов.

Это лишь крошечная часть всего разнообразия технологий генной инженерии: мы только показали основные ее принципы. Существуют альтернативные пути получения нужной ДНК и другие методы ее внесения – с помощью вирусов, лазеров, электричества и даже… «генной пушки». Она в буквальном смысле слова стреляет по клетке металлическими ядрами, крошечными частицами вольфрама, несущими на себе ДНК. «Генная пушка» позволила всемирному «пугалу», крупнейшей ГМ-корпорации «Монсанто», сконструировать самый популярный в мире сорт ГМ-сои GTS_40-3-2.

«Генная пушка». Фото: C.J. Robertson, crec.ifas.ufl.edu

В растение был внедрен ген EPSP-синтазы, позаимствованный из агробактерии. Такая соя становится устойчивой к действию мощного гербицида глифосата, эффективного в борьбе с сорняками. GTS_40-3-2 – линия трансгенная, получившая нужный ген от другого, далекого вида. Но ГМО бывают и цисгенные, несущие ДНК от представителей своего или очень близкого вида.

Вообще, ГМО применяются гораздо шире, чем хотелось бы противникам этой технологии. Фактически, без ГМО в сельском хозяйстве мы уже сегодня вряд ли прокормим человечество, не говоря о том, чтобы победить голод в будущем. Трансгенный сорт «золотого риса» содержит витамин А, из-за дефицита которого в развивающихся странах страдают сотни миллионов детей – вплоть до пожизненной слепоты.

Золотой рис. Фото: IRRI Photos, flickr.com

Трансгенные бактерии синтезируют многие важные медицинские препараты, включая инсулин, ген которого был позаимствован у человека и внесен в кишечную палочку E. coli.

Многие процедуры современной генетической медицины, способные избавлять людей от тяжелейших наследственных заболеваний, являются, по сути, генетической модификацией человека. Еще более решительным (но и более аккуратным) вмешательством в наш геном станут чрезвычайно перспективные методы точечного подавления активности генов. Это даже не их удаление или изменение, а простая регуляция методами эпигенетики, с помощью специальных модификаторов, работающих на манер «выключателя» конкретных генов. Теоретически этот подход позволит проделывать что угодно со множеством опасных болезней, включая рак и СПИД, отключая нужные гены пораженных клеток, – недаром пионерам этого подхода в 2006 году вручили Нобелевскую премию.

Впрочем, под давлением «зеленой» общественности, которую можно напугать даже словом «ген», ГМ-технологии применяются с особенной осторожностью. Определенный смысл в этом есть: в конце концов, геном – слишком сложная система, и поведение его мы не всегда способны предугадать, – не говоря уж о процессах, происходящих на уровне экосистем. Те же растения иногда практикуют горизонтальный перенос генов, подобно бактериям, так что ген устойчивости к гербициду может, теоретически, передаться от сои к сорной траве, растущей поблизости. Однако для этого им нужны здоровые половые клетки, и чтобы обмена не происходило, ГМ-сою сделали стерильной и неспособной их производить.

Такое возможно не всегда, поэтому использование ряда чрезвычайно перспективных ГМ-сортов кукурузы пока не разрешено. С рыбами все обстоит куда проще: свои гены они передают только потомству, скрестившись с представителями своего вида. Поэтому достаточно не выпускать их на волю, а держать в закрытых бассейнах водных ферм. Искусственная линия не сможет скрещиваться со своими свободными братьями, и внесенный в нее ген останется в изоляции. Так будет и с ГМ-семгой, выращивание и продажу которой после долгих и мучительных раздумий в конце 2015 года, наконец, одобрило американское Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA).

На все про все ушло почти 20 лет: ГМ-линия атлантического лосося (семги) AquAdvantage была создана еще в конце 1980-х – начале 1990-х, а заявку на одобрение в FDA подали в 1996-м. Трудно объяснить, с чем связана такая волокита, но зато проверили ГМ-семгу основательно и со всех сторон. FDA официально подтвердило безопасность внесенных генов для самой рыбы и безвредность ее мяса для людей. Достоверно и главное заявление создателей AquAdvantage: такая семга растет вдвое быстрее обычной.

Лосось AquaBounty (на заднем плане) был генетически модифицирован, чтобы расти крупнее и быстрее, чем обычный атлантический лосось того же возраста (на переднем плане). Фото: AquaBounty Technologies, npr.org

Ни крупнее, ни питательнее, ни страшнее ГМ-семга не становится. Инженеры компании AquaBounty Technology внесли в нее лишь новый ген, кодирующий гормон роста, позаимствованный у близкого родственника этой семги, тихоокеанского лосося-чавыча. Из другой рыбы, бельдюги, получен еще один фрагмент ДНК – он помогает новому гормону действовать на гены самой семги. В итоге такая рыба растет не только весной и летом, как ее дикие собратья, но и осенью, и зимой, так что на достижение товарных размеров ей требуется всего полтора года вместо трех. Производитель заметно экономит, а потребитель получает более дешевую и совершенно нормальную по питательным качествам рыбу. Стоит признать, что мы уже живем в мире ГМО. И это хорошо.

Автор статьи: Роман Фишман