«Пища Франкенштейна», или «продуктовый Чернобыль», или «огородный джинн вырывается из бутылки»
Анекдот: «В арбуз пересадили гены таракана, чтобы семечки выскакивали»
Жизнь: «ряд издании сообщает, что в помидоры, чтобы они долго не портились, пересадили гены животных, впадающих в спячку.»
Бороться с генной инженерией растений бесполезно. С таким же успехом можно воевать с заводами, фабриками, автомобилями и прочими «достижениями цивилизации». Этими дымящими и гудящими монстрами, без которых человечество уменьшилось бы в двадцать раз и вновь залезло в пещеры. Просто традиционная селекция подошла к пределу своих возможностей, для многих культур они почти исчерпаны. Новый сорт может быть на 1% урожайнее, на 3% устойчивее, но это не решение проблемы. Трансгенные растения позволяют сделать рывок в эффективности сельского хозяйства, и они востребованы, поскольку другие возможности повышения продуктивности (удобрения, ядохимикаты и т. д.) неэффективны.
Такова очередная плата за прогресс. Захотят ли борцы за чистоту земледелия вернуться на несколько веков назад, когда 100% земледелия было органическим (сейчас — 3%), а о пестицидах, антибиотиках и прочей вредной «химии» никто не слышал? Средняя продолжительность жизни тогда составляла 30 лет, сельским хозяйством занималось почти все население, а неурожаи и голод в России случались раз в три года; в менее суровой по климату Европе — раз в пять лет, приводя к катастрофическим последствиям: более двух третей новорождённых умирало от инфекционных болезней; диагнозы «пневмония» и «туберкулёз» были сродни смертному приговору; ничтожное ранение или травма вызывали гангрену и сепсис. Откажутся ли враги «всякой химии» от лечения антибиотиками, если их жизнь окажется под угрозой?
Каждый из нас уже съел изрядную порцию трансгенных продуктов. Генетически модифированные источники содержатся в овощных культурах, колбасах, сосисках, мясных консервах, пельменях, сыре, йогуртах, кашах, конфетах, шоколаде, детском питании. Поскольку глобальная победа над очередной «империей зла» маловероятна, давайте расслабимся и разберёмся, так ли страшен «трансгенный черт», как его «малюют» в средствах массовой информации.
Около 10 000 лет человек улучшает животных и растения. Вначале селекция была основана на явлении естественной генетической изменчивости, позже люди научились искусственно создавать комбинативную изменчивость (гибридизация), в последние десятилетия — мутационную (мутагенез). Принцип селекции неизменен — отбор ценных генотипов. В результате современные виды капусты совершенно непохожи на своих далёких предков, а початки кукурузы сегодня примерно в 10 раз больше тех, что выращивались 5 тысяч лет назад. (Культурные растения способны существовать только с помощью человека, предоставленные самим себе дичают или подавляются сорняками. То есть мы тысячелетия едим якобы «натуральные» продукты, но на самом деле природе противоестественные, чуждые и ненужные.)
При селекции перенос генов осуществляется только между родственными растениями, генная инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма. Растения с «чужими» генами приобретают устойчивость к гербицидам и вредителям, их плоды способны долго храниться при комнатной температуре, имеют повышенную питательную ценность или другой вкус; они способны синтезировать новые вещества — от лекарств до пластика.
Естественно, непредсказуемые последствия встраивания чужого гена в геном растения возможны. Но они в равной степени присущи и обычной селекции. С 30-х годов XX века для целей селекции человек использует радиацию и химикалии, вызывая мутагенез. К настоящему времени известно около 2 200 сортов различных культур, полученных таким способом. Любой перенос генетического материала способен привести к выработке каких-то новых белков. Продукты жизнедеятельности «новых» клеток, в принципе, могут быть и токсичными, и аллергенными, и канцерогенными. К примеру, латинские буквы Т, N, V, F на упаковках семян томатов означают устойчивость к различным заболеваниям, полученную путём скрещивания с несъедобным для человека диким томатом. Конечно, гены из несъедобного растения вполне могут кодировать токсины, аллергены и другие вредные для человека вещества.
Помидоры, устойчивые к нематоде, содержат встроенный из генома его дикого сородича сегмент, состоящий из 3,5 миллионов нуклеотидных пар, что составляет 0,3% от всей ДНК томата (для сравнения: ген устойчивости в трансгенных растениях имеет всего около 7 тысяч пар нуклеотидов). Таким образом, обычное скрещивание помимо нужного гена внедряет в растение несколько десятков лишних неизвестных генов. Парадокс: томат, в который методами генной инженерии перенесли один-единственный известный и проверенный ген, будут тщательно изучать и регулировать его распространение, а томат, в который обычной селекцией перенесли десятки неизвестных генов, по международным правилам не требует никакого контроля и изучения. За выращивание генетически изменённых растений (ГИР) США — мировой лидер в этой технологии — и крупнейшие экспортёры сельскохозяйственной продукции — Канада, Аргентина, Австралия. Против — Европа. Сельское хозяйство в Европе доведено до совершенства, что привело к кризису перепроизводства: за превышение квот штрафуют, за сокращение площадей доплачивают. Себестоимость европейской аграрной продукции намного выше мировой, на дотации фермерам уходит половина бюджета Евросоюза. Зачем европейцам более продуктивные генетически модифицированные растения (ГМР)? Сельскохозяйственное лобби в Европе мощное, фермеры прекрасно организованы. Шум в печати, скорее всего, заказной. Потому что те же люди совсем не протестуют против использования генной инженерии в фармацевтике, предпочитая «генно-инженерный» человеческий инсулин, полученный с помощью ГМ-микроорганизмов, «естественному» свиному. Когда из-за «коровьего бешенства» фермерам пришлось отказаться от традиционно используемой мясо-костной муки, европейцы тут же стали закупать в качестве кормового белка трансгенную сою.
Нобелевский лауреат Норманн Борлоуг писал, что для получения урожая 1998 года по технологиям 1950 года потребовалось бы дополнительно распахать 1,2 миллиардов гектаров земли, то есть треть всех пастбищ или треть всех лесов в мире. Никакое использование удобрений, ядохимикатов, генетически модифицированных растений не сравнится с ущербом окружающей среде от увеличения площади сельскохозяйственных угодий. Кроме того, в некоторых регионах, например, в Юго-Восточной Азии, свободной земли давно нет. А все увеличивающееся население Земли надо как-то кормить. Генная инженерия растений даст возможность сохранить нетронутыми огромные площади лесов, степей, лугов. То есть генная инженерия растений способствует сохранению биоразнообразия дикой природы, а не его уничтожению.
У генной инженерии растений немало этических проблем. Можно ли употреблять в пост растительную пищу со встроенными генами животных? Можно ли есть генетически модифицированные продукты, в которые встроены гены человека, не будет ли это считаться каннибализмом? Нельзя ли считать пищу, в которую перенесены гены, например, свиньи, «частично свининой» и не распространяются ли на неё запреты некоторых религий?
Но никто не отказывается от земляники на том основании, что примерно 30-40% атомов азота, фосфора и калия перешли в неё из навоза, которым эту землянику удобряли. Это значительно выше, чем доля (примерно одна миллионная) чужеродной ДНК в ГМР.
(Конечно, все написанное выше — доводы «разума»; «сердце» завидует европейцам, у которых много фермеров и денег на их «дотации».)
Генная инженерия позволила, например, в 2001 году сократить применение пестицидов на 20,7 тысячи тонн в США и на 78 тысяч тонн в Китае. В том же 2001 году экономический эффект от выращивания генетически модифицированных растений в США составил 1,5 миллиардов долларов, а в Китае — 750 миллионов, поскольку выращивание трансгенных растений значительно снижает трудозатраты и экономит энергоресурсы.
Швейцарские учёные ввели в геном риса гены, ответственные за синтез бета-каротина (предшественника витамина А в организме), и гены, способствующие росту содержания железа в зёрнах. Эта технология используется с целью улучшения рациона питания стран Юго-Восточной Азии, население которых, отдавая предпочтение рису, испытывает в то же время дефицит витамина А и микроэлементов. Ведутся исследования по созданию овощей кубической формы, которые будет легко упаковывать в ящики.
Задача, которую надо решить при создании трансгенного растения — организма с такими генами, которые ему от природы «не положены», — выделить нужный ген из чужой ДНК и встроить его в молекулу ДНК данного растения. Ген — это участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), который отвечает за наличие конкретного признака организма и определяет его индивидуальность. Учёные сравнивают эту структуру с текстами, в которых буквами являются нуклеотиды в ДНК и аминокислоты в белках. В наследственном «тексте» человека 3,5 миллиарда таких букв, облачённых в 10 тысяч генов, через которые и передаётся наша генетическая информация. Меняя местами, удаляя или дополняя те или иные участки ДНК, удаётся осуществить различные изменения генома, которые естественным путём вряд ли могли бы возникнуть.
Более четверти века назад были открыты ферменты рестриктазы, разделяющие длинную молекулу ДНК на гены, причём эти кусочки приобретают «липкие» концы, позволяющие им встраиваться в разрезанную такими же рестриктазами чужую ДНК.
Самый распространённый способ внедрения чужих генов в наследственный аппарат растений — с помощью болезнетворной для растений бактерии Agrobacterium tumefaciens (в переводе с латыни — полевая бактерия, вызывающая опухоли). Эта бактерия умеет встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК, которая заставляет растение усилить производство гормонов, и в результате некоторые клетки бурно делятся, возникает опухоль. В опухоли бактерия находит для себя отличную питательную среду и размножается. Для генной инженерии специально выведен штамм агробактерии, лишённый способности вызывать опухоли, но сохранивший возможность вносить свою ДНК в растительную клетку.
Нужный ген вклеивают с помощью рестриктаз в кольцевую молекулу ДНК бактерии, так называемую плазмиду. Эта же плазмида несёт ген устойчивости к антибиотику. Лишь очень небольшая доля таких операций оказывается успешной. Те бактериальные клетки, которые примут в свой генетический аппарат «прооперированные» плазмиды, получат кроме нового полезного гена устойчивость к антибиотику. Их легко будет выявить, полив культуру бактерий антибиотиком, — все прочие клетки погибнут, а удачно получившие нужную плазмиду размножатся. Теперь этими бактериями заражают клетки, взятые, например, из листа растения. Опять приходится провести отбор на устойчивость к антибиотику: выживут лишь те клетки, которые приобрели эту устойчивость от плазмид агробактерии, а значит, получили и нужный нам ген. Дальнейшее просто — ботаники давно умеют вырастить целое растение из практически любой его клетки.
Агробактерия не заражает такие важные пищевые растения, как рис, пшеница, кукуруза. Поэтому разработаны другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее её проникновению в клетку (обычно полиэтилен гликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под микроскопом. Покрывают ДНК сверхмалые металлические «пули», например шарики из вольфрама диаметром 1-2 микрона, и «стреляют» ими в растительные клетки. Проделываемые в стенке клетки отверстия быстро заживляются, а застрявшие в протоплазме «пули» так малы, что не мешают клетке функционировать. Часть «залпа» приносит успех: некоторые «пули» внедряют свою ДНК в нужное место. Дальше из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения, которые затем размножаются обычным способом.
Направленной генетической модификации (трансформации) можно подвергать не только растения, но и любые живые организмы. Трансгенные микроорганизмы, к примеру, широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Такие препараты, как инсулин, интерферон, интерлейкин, в основном получают генно-инженерным способом. Сегодня с применением методов генной инженерии выпускается четверть всех лекарств в мире. Некоторые генетически модифицированные микробы перерабатывают промышленные отходы. Трансгенные животные используются для получения белков лекарственных препаратов или ферментов в пищевой промышленности. Например, в России выведена порода овец, вырабатывающих вместе с молоком фермент, необходимый в производстве сыра.
Жизнь: «ряд издании сообщает, что в помидоры, чтобы они долго не портились, пересадили гены животных, впадающих в спячку.»
Бороться с генной инженерией растений бесполезно. С таким же успехом можно воевать с заводами, фабриками, автомобилями и прочими «достижениями цивилизации». Этими дымящими и гудящими монстрами, без которых человечество уменьшилось бы в двадцать раз и вновь залезло в пещеры. Просто традиционная селекция подошла к пределу своих возможностей, для многих культур они почти исчерпаны. Новый сорт может быть на 1% урожайнее, на 3% устойчивее, но это не решение проблемы. Трансгенные растения позволяют сделать рывок в эффективности сельского хозяйства, и они востребованы, поскольку другие возможности повышения продуктивности (удобрения, ядохимикаты и т. д.) неэффективны.
Такова очередная плата за прогресс. Захотят ли борцы за чистоту земледелия вернуться на несколько веков назад, когда 100% земледелия было органическим (сейчас — 3%), а о пестицидах, антибиотиках и прочей вредной «химии» никто не слышал? Средняя продолжительность жизни тогда составляла 30 лет, сельским хозяйством занималось почти все население, а неурожаи и голод в России случались раз в три года; в менее суровой по климату Европе — раз в пять лет, приводя к катастрофическим последствиям: более двух третей новорождённых умирало от инфекционных болезней; диагнозы «пневмония» и «туберкулёз» были сродни смертному приговору; ничтожное ранение или травма вызывали гангрену и сепсис. Откажутся ли враги «всякой химии» от лечения антибиотиками, если их жизнь окажется под угрозой?
Каждый из нас уже съел изрядную порцию трансгенных продуктов. Генетически модифированные источники содержатся в овощных культурах, колбасах, сосисках, мясных консервах, пельменях, сыре, йогуртах, кашах, конфетах, шоколаде, детском питании. Поскольку глобальная победа над очередной «империей зла» маловероятна, давайте расслабимся и разберёмся, так ли страшен «трансгенный черт», как его «малюют» в средствах массовой информации.
Около 10 000 лет человек улучшает животных и растения. Вначале селекция была основана на явлении естественной генетической изменчивости, позже люди научились искусственно создавать комбинативную изменчивость (гибридизация), в последние десятилетия — мутационную (мутагенез). Принцип селекции неизменен — отбор ценных генотипов. В результате современные виды капусты совершенно непохожи на своих далёких предков, а початки кукурузы сегодня примерно в 10 раз больше тех, что выращивались 5 тысяч лет назад. (Культурные растения способны существовать только с помощью человека, предоставленные самим себе дичают или подавляются сорняками. То есть мы тысячелетия едим якобы «натуральные» продукты, но на самом деле природе противоестественные, чуждые и ненужные.)
При селекции перенос генов осуществляется только между родственными растениями, генная инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма. Растения с «чужими» генами приобретают устойчивость к гербицидам и вредителям, их плоды способны долго храниться при комнатной температуре, имеют повышенную питательную ценность или другой вкус; они способны синтезировать новые вещества — от лекарств до пластика.
Естественно, непредсказуемые последствия встраивания чужого гена в геном растения возможны. Но они в равной степени присущи и обычной селекции. С 30-х годов XX века для целей селекции человек использует радиацию и химикалии, вызывая мутагенез. К настоящему времени известно около 2 200 сортов различных культур, полученных таким способом. Любой перенос генетического материала способен привести к выработке каких-то новых белков. Продукты жизнедеятельности «новых» клеток, в принципе, могут быть и токсичными, и аллергенными, и канцерогенными. К примеру, латинские буквы Т, N, V, F на упаковках семян томатов означают устойчивость к различным заболеваниям, полученную путём скрещивания с несъедобным для человека диким томатом. Конечно, гены из несъедобного растения вполне могут кодировать токсины, аллергены и другие вредные для человека вещества.
Помидоры, устойчивые к нематоде, содержат встроенный из генома его дикого сородича сегмент, состоящий из 3,5 миллионов нуклеотидных пар, что составляет 0,3% от всей ДНК томата (для сравнения: ген устойчивости в трансгенных растениях имеет всего около 7 тысяч пар нуклеотидов). Таким образом, обычное скрещивание помимо нужного гена внедряет в растение несколько десятков лишних неизвестных генов. Парадокс: томат, в который методами генной инженерии перенесли один-единственный известный и проверенный ген, будут тщательно изучать и регулировать его распространение, а томат, в который обычной селекцией перенесли десятки неизвестных генов, по международным правилам не требует никакого контроля и изучения. За выращивание генетически изменённых растений (ГИР) США — мировой лидер в этой технологии — и крупнейшие экспортёры сельскохозяйственной продукции — Канада, Аргентина, Австралия. Против — Европа. Сельское хозяйство в Европе доведено до совершенства, что привело к кризису перепроизводства: за превышение квот штрафуют, за сокращение площадей доплачивают. Себестоимость европейской аграрной продукции намного выше мировой, на дотации фермерам уходит половина бюджета Евросоюза. Зачем европейцам более продуктивные генетически модифицированные растения (ГМР)? Сельскохозяйственное лобби в Европе мощное, фермеры прекрасно организованы. Шум в печати, скорее всего, заказной. Потому что те же люди совсем не протестуют против использования генной инженерии в фармацевтике, предпочитая «генно-инженерный» человеческий инсулин, полученный с помощью ГМ-микроорганизмов, «естественному» свиному. Когда из-за «коровьего бешенства» фермерам пришлось отказаться от традиционно используемой мясо-костной муки, европейцы тут же стали закупать в качестве кормового белка трансгенную сою.
Нобелевский лауреат Норманн Борлоуг писал, что для получения урожая 1998 года по технологиям 1950 года потребовалось бы дополнительно распахать 1,2 миллиардов гектаров земли, то есть треть всех пастбищ или треть всех лесов в мире. Никакое использование удобрений, ядохимикатов, генетически модифицированных растений не сравнится с ущербом окружающей среде от увеличения площади сельскохозяйственных угодий. Кроме того, в некоторых регионах, например, в Юго-Восточной Азии, свободной земли давно нет. А все увеличивающееся население Земли надо как-то кормить. Генная инженерия растений даст возможность сохранить нетронутыми огромные площади лесов, степей, лугов. То есть генная инженерия растений способствует сохранению биоразнообразия дикой природы, а не его уничтожению.
У генной инженерии растений немало этических проблем. Можно ли употреблять в пост растительную пищу со встроенными генами животных? Можно ли есть генетически модифицированные продукты, в которые встроены гены человека, не будет ли это считаться каннибализмом? Нельзя ли считать пищу, в которую перенесены гены, например, свиньи, «частично свининой» и не распространяются ли на неё запреты некоторых религий?
Но никто не отказывается от земляники на том основании, что примерно 30-40% атомов азота, фосфора и калия перешли в неё из навоза, которым эту землянику удобряли. Это значительно выше, чем доля (примерно одна миллионная) чужеродной ДНК в ГМР.
(Конечно, все написанное выше — доводы «разума»; «сердце» завидует европейцам, у которых много фермеров и денег на их «дотации».)
Генная инженерия позволила, например, в 2001 году сократить применение пестицидов на 20,7 тысячи тонн в США и на 78 тысяч тонн в Китае. В том же 2001 году экономический эффект от выращивания генетически модифицированных растений в США составил 1,5 миллиардов долларов, а в Китае — 750 миллионов, поскольку выращивание трансгенных растений значительно снижает трудозатраты и экономит энергоресурсы.
Швейцарские учёные ввели в геном риса гены, ответственные за синтез бета-каротина (предшественника витамина А в организме), и гены, способствующие росту содержания железа в зёрнах. Эта технология используется с целью улучшения рациона питания стран Юго-Восточной Азии, население которых, отдавая предпочтение рису, испытывает в то же время дефицит витамина А и микроэлементов. Ведутся исследования по созданию овощей кубической формы, которые будет легко упаковывать в ящики.
Задача, которую надо решить при создании трансгенного растения — организма с такими генами, которые ему от природы «не положены», — выделить нужный ген из чужой ДНК и встроить его в молекулу ДНК данного растения. Ген — это участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), который отвечает за наличие конкретного признака организма и определяет его индивидуальность. Учёные сравнивают эту структуру с текстами, в которых буквами являются нуклеотиды в ДНК и аминокислоты в белках. В наследственном «тексте» человека 3,5 миллиарда таких букв, облачённых в 10 тысяч генов, через которые и передаётся наша генетическая информация. Меняя местами, удаляя или дополняя те или иные участки ДНК, удаётся осуществить различные изменения генома, которые естественным путём вряд ли могли бы возникнуть.
Более четверти века назад были открыты ферменты рестриктазы, разделяющие длинную молекулу ДНК на гены, причём эти кусочки приобретают «липкие» концы, позволяющие им встраиваться в разрезанную такими же рестриктазами чужую ДНК.
Самый распространённый способ внедрения чужих генов в наследственный аппарат растений — с помощью болезнетворной для растений бактерии Agrobacterium tumefaciens (в переводе с латыни — полевая бактерия, вызывающая опухоли). Эта бактерия умеет встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК, которая заставляет растение усилить производство гормонов, и в результате некоторые клетки бурно делятся, возникает опухоль. В опухоли бактерия находит для себя отличную питательную среду и размножается. Для генной инженерии специально выведен штамм агробактерии, лишённый способности вызывать опухоли, но сохранивший возможность вносить свою ДНК в растительную клетку.
Нужный ген вклеивают с помощью рестриктаз в кольцевую молекулу ДНК бактерии, так называемую плазмиду. Эта же плазмида несёт ген устойчивости к антибиотику. Лишь очень небольшая доля таких операций оказывается успешной. Те бактериальные клетки, которые примут в свой генетический аппарат «прооперированные» плазмиды, получат кроме нового полезного гена устойчивость к антибиотику. Их легко будет выявить, полив культуру бактерий антибиотиком, — все прочие клетки погибнут, а удачно получившие нужную плазмиду размножатся. Теперь этими бактериями заражают клетки, взятые, например, из листа растения. Опять приходится провести отбор на устойчивость к антибиотику: выживут лишь те клетки, которые приобрели эту устойчивость от плазмид агробактерии, а значит, получили и нужный нам ген. Дальнейшее просто — ботаники давно умеют вырастить целое растение из практически любой его клетки.
Агробактерия не заражает такие важные пищевые растения, как рис, пшеница, кукуруза. Поэтому разработаны другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее её проникновению в клетку (обычно полиэтилен гликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под микроскопом. Покрывают ДНК сверхмалые металлические «пули», например шарики из вольфрама диаметром 1-2 микрона, и «стреляют» ими в растительные клетки. Проделываемые в стенке клетки отверстия быстро заживляются, а застрявшие в протоплазме «пули» так малы, что не мешают клетке функционировать. Часть «залпа» приносит успех: некоторые «пули» внедряют свою ДНК в нужное место. Дальше из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения, которые затем размножаются обычным способом.
Направленной генетической модификации (трансформации) можно подвергать не только растения, но и любые живые организмы. Трансгенные микроорганизмы, к примеру, широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Такие препараты, как инсулин, интерферон, интерлейкин, в основном получают генно-инженерным способом. Сегодня с применением методов генной инженерии выпускается четверть всех лекарств в мире. Некоторые генетически модифицированные микробы перерабатывают промышленные отходы. Трансгенные животные используются для получения белков лекарственных препаратов или ферментов в пищевой промышленности. Например, в России выведена порода овец, вырабатывающих вместе с молоком фермент, необходимый в производстве сыра.