Мифы нашего времени: генетически модифицированные организмы. Так ли страшен черт? Реферат: Создание и применение генетически модифицированных организмов

Потребность улучшать живые организмы, которыми мы питаемся, присутствовала всегда, но только по мере накопления теоретических знаний и лабораторных методик начался настоящий шквал открытий. Решить, кто именно был автором самого первого осознанно спроектированного генетически модифицированного организма, сложно хотя бы потому, что мы упираемся в вопрос определений того, что такое “осознанно” и что такое “генетически модифицированный” – не стоит ли, вообще говоря, начинать отсчет с одомашнивания первых растений и животных примерно за 10 тысяч лет до нашей эры?

Или с формализации принципов искусственного отбора в XIX веке? Или по крайней мере с радиационного мутагенеза, уже прямого вмешательства в геном, в начале XX века? А как насчет Фредерика Гриффита, который еще в 1928 году смешал безобидный, но живой штамм пневмококка с опасным, но убитым и обнаружил, что бактерии способны захватывать наследственную информацию из окружающей среды и использовать ее, превращаясь в патогенных?

Если мы сосредоточимся на экспериментах, лучше отвечающих современному пониманию того, что такое генетическая модификация, то отсчет – условно! – стоит вести с 1970 года, когда Мортон Мандель и Акико Хига выяснили, как заставлять бактерии захватывать из внешней среды любую ДНК, даже если они не хотят этого делать, – путем химической стимуляции, например, с помощью обычного хлорида кальция. Эта методика существенно упростила эксперименты, и в 1972 году в лаборатории Стэнли Нормана Ко-эна были получены первые бактерии с заданными свойствами. Кишечной палочке E. Coli сознательно подсаживали гены устойчивости к антибиотикам, и большинство протестированных колоний действительно обретали способность жить и размножаться на питательной среде, в которую эти антибиотики были добавлены.

В том же году будущий нобелевский лауреат Пол Берг и его коллеги создают первые рекомбинантные ДНК, то есть молекулы, сочетающие генетическую информацию от разных видов – например, гены обезьяньего вируса SV40, бактериофага λ и бактерии E. coli . Но годом рождения генной инженерии все же считается 1973-й, когда созданные в пробирке рекомбинантные кольцевые ДНК (плазмиды) были введены в клетки E. coli и благополучно начали там работать. С этого момента стало в принципе понятно, что можно переносить любые произвольно выбранные гены из одного организма в другой; остальное было делом техники. В следующие 10 лет в лабораториях создавались первые генетически модифицированные животные и растения, были разработаны эффективные методы расшифровки ДНК и копирования заданных последовательностей, осваивались новые методики внедрения генов, от открывающихся перспектив захватывало дух.

Однако использовать ГМО в медицине и сельском хозяйстве люди начали далеко не сразу (первое лекарство – в 1982 году, а первая сельскохозяйственная культура – в 1992-м). По данным 2013 года, генетически модифицированными растениями в мире засеяно 174 миллиона гектаров (это больше, чем площадь Испании, Франции и Германии вместе взятых). При этом их разнообразие невелико: львиная доля посадок приходится на хлопок, рапс, сою и кукурузу, а всего выращивают на полях только около 30 видов генетически модифицированных растений – я говорю о видах в биологическом смысле, так-то для большинства из них существует несколько разных модификаций. Относительно медленный темп появления новых культур связан со сложностями их разработки и внедрения, которые, в свою очередь, в значительной степени вызваны страхом общественности, полагающей, что ГМО содержат гены.
************************
Это был отрывок из вышедшей в марте книги "В Интернете кто-то неправ! Научные исследования спорных вопросов". Ещё одна блестящая работа Аси Казанцевой для тех, кто хочет расширить свой кругозор. Книга, которая входила в список "самых ожидаемых в 2016 году".

Стремительно увеличивающееся население нашей планеты побудило ученых и производителей не только интенсифицировать выращивание сельскохозяйственных культур и скота, но и начать поиск принципиально новых подходов к развитию сырьевой базы начавшегося столетия.

Наилучшей находкой в решении данной задачи явилось широкое применение генной инженерии, обеспечившей создание генетически модифицированных источников пищи (ГМИ). На сегодняшний день известно множество сортов растений, подвергшихся генетической модификации для увеличения стойкости к гербицидам и насекомым, повышение маслянистости, сахаристости, содержания железа и кальция, увеличения летучести и снижения темпов созревания.

ГМО это трансгенные организмы, наследственный материал которых изменен методом генной инженерии с целью придания им желаемых свойств.

Несмотря на огромный потенциал генной инженерии и ее уже реальные достижения, использование генно-модифицированных продуктов питания воспринимается в мире не однозначно. В СМИ регулярно появляются статьи и репортажи о продуктах мутантах при этом у потребителя не складывается полного представления о проблеме, скорее начинает преобладать чувство страха незнания и непонимания.

Существуют две противоборствующие стороны. Одну из них представляют ряд ученых и транснациональные корпорации (ТНК) – производители ГМП, имеющие свои представительства во многих странах и спонсирующие дорогостоящие лаборатории, получающие коммерческие сверхприбыли, действую в наиболее важных областях человеческой жизни: продукты питания, фармакология и сельское хозяйство. ГМП – большой и перспективный бизнес. В мире более 60 млн. га занято под трансгенные культуры: из них 66% в США, 22% в Аргентине. Сегодня 63% сои, 24% кукурузы, 64% хлопка – трансгенные. Лабораторные тесты показали, что около 60−75% всех импортируемые РФ продуктов питания содержат ГМО компоненты. По прогнозам к 2005г. мировой рынок трансгенной продукции достигнет 8 млрд.$, а к 2010 – 25 млрд.$.

Но сторонники биоинженерии предпочитают ссылаться на благородные стимулы их деятельности. На сегодняшний день ГМО – наиболее дешевый и экономически безопасный (как они считают) способ для производства пищевых продуктов. Новые технологии позволят решить проблему нехватки продовольствия, иначе населению Земли не выжить. Сегодня нас уже 6 млрд., а в 2020г. по оценкам ВОЗ – будет 7 млрд. В мире 800 млн. голодающих и каждый день от голода умирает 20000 человек. За последние 20 лет мы потеряли более 15% почвенного слоя, и большая часть пригодных к возделыванию почв уже вовлечены в сельскохозяйственное производство. При этом человечеству не хватает белка, его мировой дефицит составляет 35−40 млн. тонн/год и увеличивается ежегодно на 2−3%.

Одно из решений создавшейся глобальной проблемы – генная инженерия, чьи успехи открывают принципиально новые возможности для повышения продуктивности производства и снижения экономических потерь.

С другой стороны против ГМО выступают многочисленные экологические организации, объединение «Врачи и ученые против ГМП», ряд религиозных организаций, производители сельскохозяйственных удобрений и средств борьбы с вредителями.

Биотехнология – относительно молодая область прикладной биологии, изучающая возможности применения и разрабатывающая конкретные рекомендации использования биологических объектов, средств и процессов в практической деятельности, т.е. разрабатывающая способы и схемы получения практически ценных веществ на основе культивирования целых одноклеточных организмов и свободноживущих клеток, многоклеточных организмов (растений и животных).

Исторически биотехнология возникла на основе традиционных медико–биологических производств (

хлебопечение, виноделие, пивоварение, получение кисломолочных продуктов, пищевого уксуса). Особо бурное развитие биотехнологии связывают с эрой антибиотиков, которая наступила в 40−50гг. Следующая веха в развитии относится к 60гг. – производство кормовых дрожжей и аминокислот. Новый импульс биотехнология получила в начале 70−х гг. благодаря появлению такой ее отрасли как генная инженерия. Достижения в этой области не только расширили спектр микробиологической промышленности, но коренным образом изменили саму методологию поиска и селекции микроорганизмов – продуцентов. Первым генно-инженерным продуктом стал человеческий инсулин, продуцируемый бактериями Е.соli, а также изготовление лекарств, витаминов, ферментов, вакцин. В тоже время энергично развивается клеточная инженерия. Микробный продуцент пополняется новым источником получения полезных веществ – культурой изолированных клеток и тканей растений и животных. На этой основе разрабатываются принципиально новые методы селекции эукариот. Особенно больших успехов удалось достичь в области микроклонального размножения растений и получить растения с новыми свойствами.

В действительности использованием мутаций, т.е. селекцией, люди начали заниматься задолго до Дарвина и Менделя. Во второй половине XX века материал для селекции стали готовить искусственно, генерируя мутации специально, воздействуя радиацией или колхицином и отбирая случайно появившиеся положительные признаки.

В 60−70гг.. XX века были разработаны основные методы генной инженерии – отрасли молекулярной биологии, основной задачей которой является конструирование in vitro (вне живого организма) новых функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК) и создание организмов с новыми свойствами.

Генная инженерия помимо теоретических задач – изучение структурно-функциональной организации генома различных организмов – решает множество практичных задач. Так получены штаммы бактериальных дрожжей, культуры клеток животных, продуцирующих биологически активные белки человека. И трансгенные животные и растения, содержащие и производящие чужеродную генетическую информацию.

В 1983г. ученые, изучая почвенную бактерию, которая образует на стволах деревьев и кустарников наросты, обнаружили, что она переносит фрагмент собственной ДНК в ядро растительной клетки, где он встраивается в хромосому и распознаваемая как свой. С момента этого открытия и началась история генной инженерии растений. Первыми в результате искусственных манипуляций с генами получился табак, неуязвимый для вредителей, потом генно-модифицированный помидор (в 1994г. фирмы Monsanto), затем кукуруза, соя, рапс, огурец, картофель, свекла, яблоки и многое другое.

Сейчас выделять и собирать гены в одну конструкцию, переносить их в нужный организм – рут

инная работа. Это та же селекция, только более прогрессивная и более ювелирная. Ученые научились делать так, чтобы ген работал в нужных органах и тканях (корнях, клубнях, листьях, зернах) и в нужное время (при дневном освещении); а новый трансгенный сорт может быть получен за 4−5 лет, в то время как на выведение нового сорта растений классическим методом (изменение широкой группы генов с помощью скрещивания, радиации или химических веществ, надеясь на случайные сочетания признаков в потомстве и отбор растений с нужными свойствами) требуется более 10 лет.

В целом, проблема трансгенных продуктов во всем мире остается очень острой и дискуссии вокруг ГМО не утихнут еще долго, т.к. преимущество их использования очевидны, а отдаленные последствия их действия, как на экологию, так и на здоровье человека менее ясны.

Конфликт сторонников и противников ГМО

Несмотря на огромный потенциал генной инженерии и ее уже реальные достижения, использование генно-модифицированных продуктов питания воспринимается в мире не однозначно. В СМИ регулярно появляются статьи и репортажи о продуктах мутантах при этом у потребителя не складывается полного представления о проблеме, скорее начинает преобладать чувство страха незнания и непонимания.

Существуют две противоборствующие стороны. Одну из них представляют ряд ученых и транснациональные корпорации (ТНК) – производители ГМП, имеющие свои представительства во многих странах и спонсирующие дорогостоящие лаборатории, получающие коммерческие сверхприбыли, действую в наиболее важных областях человеческой жизни: продукты питания , фармакология и сельское хозяйство. ГМП – большой и перспективный бизнес. В мире более 60 млн. га занято под трансгенные культуры: из них 66% в США, 22% в Аргентине. Сегодня 63% сои, 24% кукурузы, 64% хлопка – трансгенные. Лабораторные тесты показали, что около 60-75% всех импортируемые РФ продуктов питания содержат ГМО компоненты. По прогнозам к 2005г. мировой рынок трансгенной продукции достигнет 8 млрд.$, а к 2010 – 25 млрд.$.

Но сторонники биоинженерии предпочитают ссылаться на благородные стимулы их деятельности. На сегодняшний день ГМО – наиболее дешевый и экономически безопасный (как они считают) способ для производства пищевых продуктов . Новые технологии позволят решить проблему нехватки продовольствия, иначе населению Земли не выжить. Сегодня нас уже 6 млрд., а в 2020г. по оценкам ВОЗ – будет 7 млрд. В мире 800 млн. голодающих и каждый день от голода умирает 20000 человек. За последние 20 лет мы потеряли более 15% почвенного слоя, и большая часть пригодных к возделыванию почв уже вовлечены в сельскохозяйственное производство. При этом человечеству не хватает белка, его мировой дефицит составляет 35-40 млн. тонн/год и увеличивается ежегодно на 2-3%.

С другой стороны против ГМО выступают многочисленные экологические организации , объединение «Врачи и ученые против ГМП», ряд религиозных организаций, производители сельскохозяйственных удобрений и средств борьбы с вредителями.

Развитие биотехнологии и генной инженерии

Биотехнология – относительно молодая область прикладной биологии , изучающая возможности применения и разрабатывающая конкретные рекомендации использования биологических объектов, средств и процессов в практической деятельности, т.е. разрабатывающая способы и схемы получения практически ценных веществ на основе культивирования целых одноклеточных организмов и свободноживущих клеток, многоклеточных организмов (растений и животных).

Исторически биотехнология возникла на основе традиционных медико–биологических производств (хлебопечение, виноделие, пивоварение, получение кисломолочных продуктов, пищевого уксуса). Особо бурное развитие биотехнологии связывают с эрой антибиотиков, которая наступила в 40-50гг. Следующая веха в развитии относится к 60гг. – производство кормовых дрожжей и аминокислот. Новый импульс биотехнология получила в начале 70-х гг. благодаря появлению такой ее отрасли как генная инженерия. Достижения в этой области не только расширили спектр микробиологической промышленности, но коренным образом изменили саму методологию поиска и селекции микроорганизмов – продуцентов. Первым генно-инженерным продуктом стал человеческий инсулин, продуцируемый бактериями Е.соli, а также изготовление лекарств, витаминов , ферментов , вакцин. В тоже время энергично развивается клеточная инженерия. Микробный продуцент пополняется новым источником получения полезных веществ – культурой изолированных клеток и тканей растений и животных. На этой основе разрабатываются принципиально новые методы селекции эукариот. Особенно больших успехов удалось достичь в области микроклонального размножения растений и получить растения с новыми свойствами.

В 60-70гг.. XX века были разработаны основные методы генной инженерии – отрасли молекулярной биологии, основной задачей которой является конструирование in vitro (вне живого организма) новых функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК) и создание организмов с новыми свойствами.

Сейчас выделять и собирать гены в одну конструкцию, переносить их в нужный организм – рутинная работа. Это та же селекция, только более прогрессивная и более ювелирная. Ученые научились делать так, чтобы ген работал в нужных органах и тканях (корнях, клубнях, листьях, зернах) и в нужное время (при дневном освещении); а новый трансгенный сорт может быть получен за 4-5 лет, в то время как на выведение нового сорта растений классическим методом (изменение широкой группы генов с помощью скрещивания, радиации или химических веществ, надеясь на случайные сочетания признаков в потомстве и отбор растений с нужными свойствами) требуется более 10 лет.

В целом, проблема трансгенных продуктов во всем мире остается очень острой и дискуссии вокруг ГМО не утихнут еще долго , т.к. преимущество их использования очевидны, а отдаленные последствия их действия, как на экологию, так и на здоровье человека менее ясны.

Перед применением необходимо проконсультироваться со специалистом.

Человеку давно свойственно интересоваться окружающим миром и находить объяснения тому окружающим вещам и событиям. Собственно, без этого человек не стал бы человеком. На базе верований, мифов развивалась сначала религия, а потом - и современная наука, которая уже весьма успешно объясняет окружающий мир от очень малых до впечатляющих масштабов. Но всегда оставались люди, которые противились прогрессу и распространяли устоявшиеся мифы, уверяя, что они отвечают на все вопросы и незачем двигаться дальше. Гром гремит - это Перун-громовержец злится; кто-то заболел - это Бог его наказывает, вот тебе объяснения, отстань, не задавай вопросов, а лучше помолись.
Современные мифы более глубоки и обычно связаны с наукой. Причины понятна - наука развилась (особенно в последнее время) до такой степени, что часто нужен колоссальный объем знаний, чтобы просто понять, о чем вообще идет речь. У многих людей этого объема нет или безвозвратно потерян, что и снижает их сопротивляемость к разного рода мифам нашего времени. Миф про вредность пищевых добавок Exxx; миф про полезность натурального и вредность «химии»; миф про врачей-убийц, травящих людей прививками; миф про настолько страшное ГМО, что наклейки с надписью «без ГМО» надо клеить даже на салфетки и на пачки с солью.

Что такое ГМО? Зачем они нужны? Как велика опасность и польза от их использования? Есть ли доказательства безопасности этих организмов?

Disclaimer: автор статьи не имеет отношения к биологии - не является ни биологом, ни биохимиком, ни генетиком и не обладает хоть сколько-то родственной профессией. Эта статья - всего лишь попытка разобраться с ворохом информации и реальности об одной из угроз современного мира. Так что если вы ближе к биологии и генетике, заранее предупреждаю, вы можете пострадать при чтении статьи, например, лопнуть от смеха. Фактически данная статья является компиляцией статей по теме ГМО (ссылки приведены в тексте).

Что такое ген и генотип

С самого начала определимся, о чем пойдет речь. Для начала - что такое ген? Как известно, носителем наследственной информации (генома) является ДНК - длиннющая молекула, выглядящая как двойная спираль, которая содержится в каждой клетке организма и хранит полную информацию об организме. В редких случаях (у вирусов) носителем наследственной информации является РНК.

На картинке - ДНК, обрабатываемая ДНК-лигазой (картинка из Википедии)
ДНК - колоссальная по размерам молекула, если ее спираль просто развернуть, эта линия будет длиной в несколько сантиметров. ДНК содержит последовательность генов (геном), которые вместе с условиями окружающей среды (условиями роста) и определяет фенотип - внешний вид организма (да и внутренний тоже), его особенности, особенности внутренних процессов. Каждый ген кодирует производство какого-то белка или функциональной РНК, которые впоследствии и участвуют в биохимических процессах организма.

Различных белков огромное множество с различным назначением, например, в человеческом организме есть белок гемоглобин, который используется организмом для обеспечения внутренних органов кислородом, есть инсулин, который регулирует уровень глюкозы в крови, и множество других.

Инсулин. За его производство в организме отвечает один из генов 11-ой хромосомы.
Очевидно, что у разных людей разные ДНК, ведь люди не похожи друг на друга (и не у людей тоже - фактически каждый организм, за исключением разве что самых простейших, обладает своей собственной уникальной ДНК). ДНК постоянно меняется - под воздействием внешних факторов (радиации, ультрафиолета и прочего) в ДНК возникают мутации - изменения генов, «выключение/включение» генов и прочие трансформации. По теории эволюции, наиболее удачные мутации закрепляются, особи с неудачными мутациями отсеиваются. Мутации ДНК происходят чаще, чем принято думать. Человеческое тело ежесекундно пронзается сотнями высокоэнергетических космических частиц, естественно, многие из этих частиц попадают в ДНК и вызывают в нем изменения. Многие из этих изменений исправляются самим организмом (см. выше картинку с ДНК-лигазой, которая как раз и занимается репарацией ДНК), но некоторые оказываются устойчивыми и приводят к различным мутациям. Мутации могут быть вредными (например, в клетке «ломается» механизм внутреннего контроля размножения и получается раковая клетка), могут быть нейтральными и полезными - полезные закрепляются в процессе эволюции. Отметим, что по теории эволюции закрепляются положительные мутации, то есть те, которые позволяют виду выживать в текущих условиях. Человек же закрепляет то изменение растений (и животных), которое выгодно ему, а не окружающей среде - более сочные и крупные яблоки, более дойные коровы и так далее. Для этого существует селекция и генетическая модификация.

Традиционная селекция

Поскольку ГМО сравнивается часто именно с традиционной селекцией (кстати, часто создается впечатление, что противники ГМО не знают о ее методах вообще ничего), надо обязательно упомянуть о методах традиционной селекции.
На самом деле традиционная селекция целью ставит то же самое - изменение генотипа определенного вида (в основном растений), чтобы достичь нужных человеку результатов. Селекция на растениях проста еще и тем, что растения очень склонны к изменению генотипа в зависимости от внешних условий - у них это один из методов защиты от животных и прочих вредителей, выработавшийся в процессе эволюции. Упомянем некоторые методы селекции:

Отбор. Самый древний и самый простой метод селекции. Сеем овощи/фрукты, собираем, оставляем только те, которые нам нужны (например, с самыми крупными плодами), опять сеем, опять растим и отбираем и так далее. Так выведена, например, антоновка. Он же очевидно и самый медленный метод селекции.
Полиплоидия. Дублирование хромосом в растении, что приводит к увеличению размеров клеток и всего растения. Цитата отсюда:
В настоящее время применяют методы искусственного получения полиплоидов, воздействуя на растения разными мутагенами (в основном колхицином), разрушающими веретено деления клетки. Таким образом из диплоидных (2n) можно получить тетраплоидные (4n) формы.
Колхицин - токсичное вещество. Его планировали для борьбы против рака из-за высокой токсичности по отношению к раковым клеткам, но запретили, когда обнаружили, что и для обычных клеток оно тоже токсично.
Мутагенез. Спонтанное или индуцированное получение мутантов (изменение генокода). Опять уступим место цитатам:
http://sbio.info/page.php?id=40 :
Индуцированные рентгеновыми лучами мутанты были выделены у многих злаков (ячменя, пшеницы, ржи и др.). Они отличаются не только повышенной урожайностью, но и укороченным побегом. Такие растения устойчивы к полеганию и имеют заметные преимущества при машинной уборке.

http://vodospad.kiev.ua/books/book18/dubinin_16.html
В настоящее время на базе громадного развития ядерной физики, давшей новые доступные источники излучений в виде гамма-лучей от Со60, нейтронов в ядерных реакторах и т. д., мощное влияние радиации используется в практических целях по селекции растений и микроорганизмов.Создание новых методов радиационной селекции было связано с развитием ряда научных положений в области генетики, и в первую очередь с разработкой вопроса о природе материальных основ наследственности, знание которых позволило вскрыть физическую и химическую природу воздействия радиации на наследственные структуры в клетке.
…
При введении в промышленное использование исходного штамма пеницилла (штамм 1951В25) его активность составляла всего лишь около 50 единиц. Продажная стоимость пенициллина в то время была громадной. За десять лет работы методами радиационной селекции, к 1960 г., были получены штаммы с активностью до 5000 единиц. При этом получены штаммы, не выделяющие золотисто-желтого пигмента, что резко облегчило химическую очистку пенициллина. В результате пенициллин стал дешевым, общедоступным лечебным средством. То же произошло со стрептомицином. Активность исходных штаммов составляла около 200 единиц, сейчас радиационные штаммы выделяют 2000 и более единиц.

Может, подобные методы селекции уже не применяются? Пожалуйста - современный метод селекции TILLING . Зародыши пшеницы обрабатываются сильным мутагенным и канцерогенным веществом Ethyl methanesulfonate , что приводит к мутациям около половины генов растения. После чего сканированием определяется растение, в котором изменен конкретный нужный нам ген, и путем постепенного скрещивания c нормальным видом добиваются получения более-менее вменяемого растения с нужным модифицированным геном. И, скорее всего, с кучей других модифицированных генов, которые никак не проявили себя на контроле.

Таким образом, традиционная селекция широко использует такие методы: как облучение рентгеном, облучение радиацией, использование токсических веществ. Очевидно, что при этом меняется солидная часть генокода, причем никто не контролирует, что именно изменилось в коде и какие последствия эти изменения могут вызвать.

В общем, фактически единственное отличие традиционной селекции от генетической модификации в том, что в генной модификации мы знаем, что меняем, знаем, что хотим получить и целенаправленно. В традиционной - не знаем , просто смотрим, нужный получился или нет.

Аргументы за

Аргументы «за» легко найти у производителей генетически модифицированных организмов, а также просмотреть в базе данных генетических модификаций . Это и повышенная урожайность, и наличие определенных веществ (например «золотой рис» - рис с повышенным содержанием витамина A, подробнее чуть дальше), устойчивость к гербицидам, позволяющим изменять механизмы опрыскивания гербицидами посевов, выработка определенных токсинов против вредителей (например, картошка с устойчивостью к колорадскому жуку), что позволяет сократить использование тех же пестицидов, и так далее.
Страхи против ГМО обычно связаны именно с ГМО, употребляемыми в пищу. Но этим их область употребления не ограничивается. При помощи генной модификации, например, выведены: кошки, светящиеся в темноте , кошки , которые не вызывают аллергию, бактерии, вырабатывающие определенные лекарственные средства, и много других .

Аргументы против

Разберем аргументы «против», которые употребляют противники ГМО. Аргументы приведены в порядке убывания бредовости. Ниже даны комментарии по поводу.

Добавят в помидоры гены камбалы, а человек будет это есть и у него жабры вырастут

Для среднего обывателя, может, и необязательно знать, что ген и генотип - это разные вещи. И что не бывает гена помидора или гена камбалы. И что при модификации меняется не генотип, а отдельные гены, причем не искусственные, а вполне себе обычные гены (могут быть из растений или животных, а могут быть просто «включенные» гены самого растения). Но вот почему те же самые гены, съеденные отдельно в виде обычной камбалы и обычного помидора, не приводят к вырастанию жабр, а объединенные в один организм приводят - лично для меня загадка.
Кстати, шутка про помидор с геном камбалы весьма старая и является всего лишь шуткой. Самый известный генетически модифицированный помидор - это сорт Flavr Savr , модификацией которого пытались избавиться от «невкусности» магазинных помидоров - в нем просто «отключили» ген, ответственный за «слом» клеточных стенок при созревании помидора (то есть никаких новых генов не добавляли, просто сделали недействующим один из существующих, ответственный за выработку пектина). Первоначально линия была довольно популярной, но из-за истории с опытами Пуштаи (см. дальше) и начавшейся всеобщей истерии по поводу ГМО ветку закрыли, больше ГМО-помидоры на рынок не поступали никогда.

А откуда знать, что они там изменили?

Многие люди не в курсе, что все ГМО подлежат обязательной регистрации, и есть открытая база данных всех ныне существующих ГМО-организмов:http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp . Как минимум указывается описание изменения.Кроме того, опять-таки стоит сравнить с традиционной селекцией, где уже точно неизвестно, какие именно части изменились в геноме.

Проблема в том, что плохая «лежкость» помидора является следствием его вкуса - главные составляющие вкуса помидора (глютамат и прочее) при высоком содержании (во вкусных зрелых помидорах) приводят к «слому» клеточных стенок из-за высокого содержания пектина, и сам помидор становится очень уязвимым - обычный садовый помидор очень трудно довезти до полок магазина, он мягкий, мнется и портится. Поэтому селекцией вывели помидор, в котором такого слома не происходит, сам помидор крепче, но вот вкус в итоге пострадал, поскольку со сломом выработки пектина в ходе традиционной селекции поломалась и выработка глютамата и прочих вкусняшек.

Надо есть только натуральную, проверенную веками пищу

Здесь объединяются два очень распространенных мифа:

Иррациональная вера в «натуральное» и то, что оно обязательно лучше «искусственного». Базируется на нелепой уверенности в том, что природа создала яблоки, бананы, кукурузу, сою и так далее исключительно для потребления человеком и в них содержится идеально сбалансированный для человека набор витаминов, белков, жиров и всего прочего.
Убежденность в том, что все не-ГМО продукты, продающиеся на рынках и в магазинах - неизменные в течении веков сорта, которые люди едят и выращивают уже очень давно.

Полезно знать, что практически 100% сортов продуктов, являющихся основными кормовыми для людей и животных (картошка, кукуруза, соя и так далее) насчитывают максимум несколько десятков лет истории - большинство выведены селекцией в 20-м веке и не имеют аналогов в живой природе (и в дикой природе, кстати, не выживают). Дикие яблоки выглядят как сильно уменьшенные копии своих собратьев на полках магазинов, а дикую кукурузу в природе и не встретишь уже.
Данный аргумент также удивительно слышать от людей, у которых картошка является одним из основных продуктов питания. А ведь еще каких-то 200 лет назад попытка заставить крестьян выращивать картошку вызывало неприятие вплоть до «картофельных бунтов». Место цитате :

При Екатерине II “земляная груша”, “тартуфель” начал внедряться в России как средство борьбы с голодом. 8 февраля 1765 года указом императрицы все губернаторы обязывались лично заботиться о разведении продукта. Но сельские власти отнеслись к делу формально и тихо саботировали. В отписках в Петербург сообщалось: “Оных яблоков ноне в появе не было”, “по Божескому изволению ни единого того яблока урожаю не оказалось”, “яблоко то мирянам не показалося”, “не только приплоду, но и что посажено в земле не оказалося”.

или отсюда :

Распоряжение о посеве картофеля, не имевшее принудительного характера, было сделано еще в 1837-1838 годах и не вызвало в народе никаких толков. Впоследствии же, когда волнение уже вспыхнуло, народ ухватился и за него, отыскивая в нем доказательств его убеждения в продаже крестьян какому-то господину. Награды, обещанные за посевы картофеля, были непонятны крестьянам, и они старались найти в действиях начальства какой-то особенный, тайный смысл. Будучи обеспечены в хлебе, они видели в картофеле такой же не нужных для них овощ, как и всякий другой. Награды эти могли иметь значение в губерния не хлебородных, в которых картофель мог заменить собой недостаток в хлебе.

То есть картошка, «проверенная временем», в целом не насчитывает и пары веков использования, а современные сорта - даже нескольких десятков лет (например, популярный сорт «Невский» внесен в реестр Украины только в 1984 году).
И это картошка, один из основных продуктов питания. В тему можно упомянуть весьма любимые многими мандарины, апельсины и прочие экзотические фрукты, которые массово здесь есть не могли всего-то сотню лет назад.

Любителям «натурального» можно задавать простые вопросы - зачем природа создала кучу ядовитых ягод, растений и животных, которые человеку есть нельзя? Аргумент «проверенные временем» тоже не проходит - есть пример проверенного временем и давно используемого растения, которое вызывает рак (подчеркиваю, не служит стимулирующим фактором, не сопутствующим признаком, а именно напрямую вызывает рак мочевыводящих путей).

ГМО недостаточно исследованы и нет исследований, доказывающих их полную безопасность

Читатели, которые знакомы с формальной логикой и приемами ведения дискуссий, моментально должны раскусить нелепый прием во фразе «не доказана полная безопасность». Для тех, кто не понял - гуглим «чайник Рассела». Если кратко - формально невозможно доказать полную безопасность чего-либо, по той простой причине, что принципиально невозможно доказать отсутствие чего-либо.
А существует ли и доказана ли опасность ГМО? Безусловно, существует - например, при помощи ГМО вполне можно вывести, например, помидоры с цианидом и они будут смертельно опасны. И тут читателю предоставляется очередное упражнение в логике - значит ли это, что все ГМО априори опасны и их производство и исследования следует запретить?
Более того, абсолютно безопасных продуктов не бывает. Даже банальный дигидрогена монооксид смертельно ядовит при разовом применении в объемах от 10 литров. Поэтому вопрос стоит ставить так - являются ли коммерческие ГМО-продукты более опасными, чем традиционные не-ГМО продукты. Результаты экспериментов показывают, что нет, не более опасны. И даже если предположить теоретическую опасность, то реальные положительные эффекты от применения ГМО намного превосходят гипотетический вред от него же.
И опять стоит напомнить, что продукты традиционной селекции проверяются на добровольных основаниях. То есть, как правило, не проверяются никем.

Научные исследования подтверждают вредность ГМО

Часто упоминаются в споре. Что ГМО вызывают рак; что ГМО приводит к бесплодию в третьем поколении; что ГМО вызывают желудочные проблемы. Общее у этих исследований одно - невоспроизводимость результатов. Рассмотрим некоторые исследования:

ГМО насчитывает уже более 20 лет исследований. И нет ни одного построенного по правилам научного исследования, которое бы показало опасность таких организмов именно вследствие использования генной модификации.

Greenpeace против ГМО

Да, популярная «общественная» организация Greenpeace является ярым противником ГМО и всячески протестует против его применения и исследования. Доходит вплоть до того, что самые ярые активисты уничтожают экспериментальные посевы ГМ-пшеницы - результаты пятилетней работы ученых.
Кто такие Greenpeace? Теоретически - борцы за экологию, с засильем корпораций, которые отравляют планету и так далее. Практически же это давным-давно организация, сделавшая себе имя на мифической «защите природы» и зарабатывающая деньги экологическим рэкетом. Недавно я наткнулся на эмоциональную, но любопытную статью по теме Greenpeace, факты в которой говорят сами за себя .
Но, может, Greenpeace приводит разумные аргументы против ГМО? Почитаем . Видим те же популистские лозунги про «неиследованность», а также повторение старого анекдота про помидоры с геном камбалы. (Организация, борящаяся против ГМО и при этом не отличающая ген от генома - это весьма показательно, я считаю. Подчеркиваю, это официальный сайт). Но даже они подтверждают, что ГМО исследуется уже более 20 лет.

ГМО-растение может скреститься с диким и уйти в дикую природу

ГМО-семена специально делают бесплодными, чтобы фермеры были вынуждены покупать их каждый год

Оба мифа сведены вместе, чтобы продемонстрировать, что творится в головах отдельных людей. Да-да, многие противники ГМО употребляют оба этих аргумента одновременно.
Сначала появился первый аргумент - что ГМО-растения могут взаимно оплодотворяться с дикими и уйти в дикую природу. В самом «продвинутом» варианте - что ГМО-растения сами отрастят себе ноги и сами уйдут. Всерьез рассматривать последнее не будем, но для рассмотрения самой возможности «ухода в дикую природу» должны выполняться несколько условий: наличие рядом с полями близкородственных растений, способных к взаимному опылению с гм-растениями, сам факт такого опыления и главное - что получившийся гибрид действительно выживет в дикой природе (то есть будет обладать свойствами, позволяющими ему активно бороться с сорняками и прочими растениями, которые уже занимают некультивированные земли). Поскольку ни целью селекции, ни целью гм-модификации почти никогда не является получение растения, способного выжить в дикой природе - то данную опасность следует признать серьезно преувеличенной.
Тем не менее, некоторые семена производители делают стерильными (в основном из-за обвинений предыдущего пункта). Это дало плод для спекуляций вроде «производители ГМО подсадят фермеров на свой продукт и заставят его покупать каждый год». Почему у фермеров при этом отшибет память и они забудут, как выращивать неГМО-растения и почему фермерам в данном случае будет запрещено покупать обычный селекционный (неГМО) материал - обычно не уточняется.
Так вот, фермеры, как правило, уже закупают семенной материал каждый год. Дело в том, что выращивание семенного материала и выращивание собственно продукта, который дальше идет на продажу (в хлеб, на корм скоту,...) - это разные занятия и фермерам удобнее покупать готовый семенной материал, чем выделять земли для выращивания семенного материала, тщательно контролировать его рост, обеспечивать хранение семенного материала и так далее.
Кроме того, закупка семенного материала фермерами проводится регулярно также из-за того, что гибридные (мутантные) версии растений, которые они выращивают, при семенном скрещивании с обычными (переопылении) теряют свои гибридные свойства уже во втором-третьем поколении (вырождаются) - см. закон расщепления по Менделю. Чтобы не терять свойства гибридов, их надо скрещивать исключительно между собой, то есть выделять специальные поля для этого, следить за стерильностью этих полей от негибридных вариантов - в общем, всем этим фермерам, как правило, заниматься не очень хочется, для этого есть отдельные специальные производители семенного материала.

Правительство не стало бы запрещать ГМО, если бы оно было безвредным

Данным аргумент базируется на странной уверенности, что правительство первоначальной целью ставит пользу от своего служения обществу. В большинстве же случаев (особенно в наших странах, в данном контексте я имею в виду Россию и Украину) основная цель правительства - удержание своего места, если надо будет - любой ценой. Если большинство населения не будет любить, например, самолеты - будте уверены, правительство их тоже запретит.
Да, градус истерии достиг таких высот, что правительство, например, Украины, выпустило постановление об обязательном уведомлении покупателя, содержит ли или не содержит ГМО отдельные продукты, что по букве закона ведет к таким парадоксам, как необходимость маркировки «без ГМО» даже на соли, воде и салфетках.

Здравый смысл все-таки возобладал и в Украине и в Росии подобную маркировку отменяют, а взамен вводят обязательную маркировку, если продут содержит более 0,9% ГМО .

В Индии наблюдается череда самоубийств фермеров из-за ГМО

Миф утверждает, что из-за большого распространения ГМО в Индии наблюдается череда самоубийств фермеров, которые их выращивали. На самом деле прямой связи между ГМО и самоубийствами индийских фермеров не обнаружено. Подробности .

Монополист Монсанто травит людей

ГМО-технологии это лишь орудие в монополизации мирового сельхоз. производства американским химическим концерном Монсанто. Смысл внедрения этих биотехнологий лишь в повышении прибыли любой ценой, Монсанто плевать на безопасность потребителей и природы. Они в основном выпускают на мировой рынок семена растений, генетически модифицированных для устойчивости к ими же производимым пестицидам, чтобы продавать свою канцерогенную отраву в удесятеренных дозах. Отсюда .

И вообще, Монсанто - крупный монополист, задумавший уничтожить все живое и капиталистическая организация, которая ни перед чем не остановится .
Монсанто (очень крупный производитель ГМ-модифицированных семян растений, а по совместительству - крупнейший производитель популярного гербицида Roundup - коммерческое название глифосата) регулярно обвиняется в своем монопольном положении в области ГМО. Сразу разберемся с монополизмом. Благодаря опять-таки всеобщей истерии по поводу ГМО, процедура допуска ГМО-продуктов на рынки стала такой , что коммерчески выгодно этим заниматься только крупным производителям. Мелкая биолаборатория просто не потянет такие расходы. Но тем не менее Монсанто не является единственным производителем ГМ-семян, в чем легко убедиться, если посмотреть вышеупомянутую базу данных.
Источник мифа происходит от фактического незнания процедуры применения удобрений. Почему-то утверждается, что поливать растения, устойчивые к гербициду, надо в 10 раз больше. Утверждается также, что глифосат может провоцировать рак. Последнее - правда определенные взаимосвязи обнаруживались, что, в принципе, не особо удивительно для гербицида - вещества, призванного уничтожать живые организмы (глифосат способен уничтожать растения, бактерии, но практически не действует на людей и животных, поскольку у них отсутствуют те ферменты, которые блокирует данное вещество).
Теперь факты:

Глифосат является самым популярным гербицидом, потому что уничтожает очень широкий спектр сорняков. Другие гербициды действуют более выборочно и их, как правило, нужно применять в комплексе.
Глифосат полностью уничтожает многие виды растений, попадая к ним через листву и стебли. На семена в почве не действует, в почве распадается. Постепенно также распадается и в растениях, если попал внутрь.
Патент Монсанто на глифосат закончился в 2000 году. Теперь его производят куча производителей, включая российских. Хотя Монсанто и остается самым крупным его производителем, монополистом она отнюдь не является.
Глифосат не нужно лить в удесятеренных дозах для повышения эффективности. Более того, в большинстве цивилизованных стран для превышения допусков по поливу пестицидами фермерам надо обращаться за специальным разрешением и серьезно его аргументировать.
Устойчивые к глифосату ГМО-растения можно полить глифосатом более обильно, но один раз и причем сделать это за несколько недель до уборки, дав глифосату время распасться. Обычные менее устойчивые растения надо поливать несколько раз и вероятность того, что глифосат попадет в созревшие плоды, выше для не генетически модифицированных сортов.
«Устойчивость к глифосату» также обозначает, что глифосат не попадает внутрь растения.
И насчет, почему устойчивость именно к глифосату. Пока что глифосат - единственный гербицид, устойчивость к которому кодируется одним геном. Поиск похожих веществ ведется, но пока без успехов.

Выводы предлагаю сделать самостоятельно.

ГМ соя с генами арахиса может вызывать у людей аллергию

Самый разумный аргумент из рассматриваемых. Действительно, если модифицированная соя будет производить белок, который есть в арахисе, то возможны негативные эффекты у людей с аллергией на арахис.
Но для ГМ обычно точно известно, что именно менялось и какой именно новый белок будет производиться, то есть случаи аллергенности можно проверить уже на этапе предварительных исследований. И в данном случае нужна не маркировка «содержит ГМО», а маркировка, какие именно белки содержит данное ГМО (видели на шоколаде надпись «может содержать арахис»? Вот нечто в таком стиле), против которой, собственно, никто и не возражает. А если человек добровольно кушает продукты, на которых написано, что у данного человека данный конкретный продукт может вызвать аллергию - то в этом виновато отнюдь не ГМО.

Уже упоминаемый инсулин для больных диабетом производится генетически модифицированными бактериями. Модификация позволила создать бактерий, производящих инсулин, полностью аналогичный человеческому, который легче усваивается в отличие от свиного инсулина (отличается от человеческого на одну аминокислоту) и от инсулина от крупного рогатого скота (отличается от человеческого на три аминокислоты).

И что?

Слово Капитану Очевидность: полный запрет ГМО приведет к серьезному падению качества инсулина для больных диабетом.

Почти вся папайя, которая сейчас выращивается в мире - это ГМ-сорта. «Натуральная» папайя была уничтожена вредителем, к которому ГМ-папайя устойчива. Так что если не хотите кушать ГМ-организмы - никогда не покупайте папайю.

Благодаря Greenpeace и прочим экологам на поля Китая только сейчас поступил «золотой рис» с повышенным содержанием витамина A. Потребовалось дополнительно 12 лет исследований, чтобы данные экологи все-таки угомонились. По приблизительным оценкам, за это время в Китае около 8 миллионов детей умерли или серьезно заболели от нехватки витамина A .

Вместо заключения

Лично я после оценки всех «за» и «против» считаю ГМО прогрессивной научной технологией, позволяющей человечеству решить некоторые актуальные проблемы, а страшилки по их поводу считаю либо очень сильно преувеличенными, либо полностью выдуманными. Подавляющее большинство предубеждений против ГМО разбиваются о тот простой факт, что в магазинах полно продуктов, полученных в результате радиационного, рентгеновского и химического мутагенеза, и это почему-то никого не смущает. Некоторые аргументов «за» и «против» ГМО рассмотрены в статье и, надеюсь, послужат поводом для дополнительных рассуждений. Более подробную информацию по теме можно собрать по приведенным ссылкам.

Елена Клещенко. ГМО: городские мифы. «Химия и жизнь» №7, 2012 http://elementy.ru/lib/431731
Леонид Каганов. RAZGOVOR.ORG: Хочу питаться генетически модифицированными продуктами.http://lleo.me/dnevnik/2008/02/26.html

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. , пожалуйста.

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Пожалуй, трудно придумать еще одну биологическую проблему, которую бы так активно обсуждали в СМИ, вагоне метро и очереди за батоном. ГМО . Эти три буквы, увы, пугают и вызывают недоверие. Хочется еще раз расставить все точки над «ё» и разобраться в том, зачем нужны ГМО, каковы плюсы современных генно-инженерных технологий и с какими трудностями и мерами предосторожности они связаны.

Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу , стал предприниматель Константин Синюшин , за что ему огромный человеческий респект!

Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас ».

Спонсор публикации этой статьи - Юрий Викторович Лошкарев.

Что такое ГМО?

Итак, сайт «Википедия» дает следующее определение ГМО : «ГМО (генетически модифицированный организм) - организм, генотип которого был искусственно изменен при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса» .

Стόит сказать пару слов о том, с чего началась история ГМО. 1973 год можно считать годом рождения генной инженерии. Тогда в лаборатории Стэнли Нормана Коэна научились «комбинировать и трансплантировать» гены: в клетки E. coli начали вводить рекомбинантные кольцевые ДНК (плазмиды ) . Эти эксперименты показали, что определенные гены, включенные в плазмиду, можно запросто доставить в другой организм, где они будут работать. Но использовать эту технологию в медицине и сельском хозяйстве стали далеко не сразу: первый рекомбинантный препарат появился в 1982 году, а первая сельскохозяйственная культура - в 1992. Почему же к этой технологии отнеслись с такой осторожностью?

Рецепты от матушки-природы

Как известно, лень - двигатель прогресса. Зачем выдумывать велосипед, когда есть готовая природная генная конструкция. Биотехнологи берут плазмиду A. tumefaciens , вырезают из нее онкогены и вставляют нужные им (целевые) последовательности. Обманутая бактерия добросовестно встраивает модифицированную T-ДНК в растительную клетку и ждет, что та начнет делиться и производить опины. Но вместо этого растение производит то, что нужно человеку. Например, с помощью такого «коварного» подхода удалось получить устойчивую к засухе кукурузу MON87460 . В эту кукурузу был введен ген cspB , отвечающий за производство белка, который стимулирует транскрипцию генов, необходимых для преодоления стрессов (засухи в частности), а главное - играет роль РНК-шаперона, облегчающего синтез белков путем «распутывания» мешающих вторичных структур РНК. Потребителю же должно быть приятно то, что по вкусу трансгенные кукурузные початки никак не отличаются от обычных . История жестокого обмана бактерии отражена на рисунке 1.

Главный недостаток так называемой агробактериальной трансформации - невозможность контролировать, в какое именно место растительной ДНК встроится новая конструкция. Но сейчас появилась новая технология, позволяющая контролировать этот процесс, - CRISPR/Cas9 , - и на ней обязательно нужно остановиться.

CRISPR/Cas9. По образу и подобию хромосомному

Это одна из самых модных технологий, позволяющих редактировать геном «в режиме онлайн». Интересно то, что эту систему мы тоже позаимствовали у бактерий. Скажем несколько слов об истории ее открытия.

В 1987 году японские ученые обнаружили в геномах бактерий участки с регулярной структурой - короткие одинаковые последовательности чередовались с уникальными фрагментами, которые у разных бактерий даже одного вида не имели ничего общего. Такие участки назвали CRISPR (c lustered r egularly i nterspaced s hort p alindromic r epeats ) . Оказалось, что система CRISPR, как это ни удивительно, играет у бактерий роль приобретенного иммунитета. Если в бактерию проникает вирус (фаг), она вырезает фрагмент вирусной ДНК и встраивает его в собственный геном, а именно - в CRISPR-локус. Так формируются спейсер , а заодно - и очередной повтор, отделяющий новый спейсер от предыдущего. По спейсеру бактерия затем строит РНК-зонд (по-научному - РНК-гид), соединяющийся с Cas-белком и плавающий в клетке в поисках комплементарных нуклеиновых кислот (протоспейсеров ). В том случае, если таковые найдены, то есть снова вторгся тот же фаг, начинает работать белок-ножницы Cas - эндонуклеаза, которая разрезает распознанные последовательности, а следовательно, блокирует размножение вируса . Иными словами - если бактерия повторно встретится с вирусом, фрагмент которого встроен в ее геном, она будет устойчива к этой инфекции.

Наиболее просто из систем CRISPR/Cas устроены системы II типа , где эффекторным (уничтожающим мишень) белком служит Cas9 (рис. 2). Такой механизм характерен, например, для бактерии Streptococcus pyogenes . В бактериальном иммунном контроле обычно помимо Cas-эффекторов задействованы «патрульные» белки Cas1 и Cas2, которые в комплексе распознают нарушителя клеточных границ и интегрируют его фрагмент в самое начало (ближе к промотору) CRISPR-локуса - «на память». В системах II типа Cas9, видимо, участвует и в процессе приобретения спейсеров, помогая Cas1/Cas2 выбрать наиболее подходящие фрагменты .

Из вышесказанного становится ясно, почему иммунитет CRISPR адаптивный : он совершенствуется и учится противостоять новым типам инфекции. Это подчеркивается еще и снижением эффективности спейсеров по мере их удаления от промотора CRISPR-локуса: если многие поколения бактерий давно не сталкивались с тем или иным агентом, снижается «напряженность иммунитета» к нему. CRISPR - это интересный пример эволюции по Ламарку: события жизни организма непосредственно влияют на его ДНК, изменяя ее так, что организм становится более приспособленным .

Рассмотрим на конкретном примере, как бактерии борются с вирусами. Вот, например, бактерия Streptococcus thermophilus используется для получения молочнокислых продуктов, но, к сожалению, она страдает от различных вирусных инфекций. Не случайно именно на этом модельном организме провели ключевые эксперименты по уточнению функции CRISPR-систем. Если живую культуру S. thermophilus заражали бактериофагами, то большинство бактерий погибало, но очень небольшая часть выживала. Чем же выжившие отличались от изначальной культуры? Оказалось, что их геном стал длиннее на 0,01% за счет того, что в CRISPR-последовательность добавились 1–4 новых фрагмента (спейсера). При повторном заражении этой культуры теми же вирусами все клоны выживали. Как будто, переболев вирусной инфекцией, бактерия стала немного опытнее и записала себе в «медицинскую карту» что-то важное об этом вирусе, и такая инфекция ей теперь не страшна. Если же ученые специально вырезали из вирусного генома небольшие фрагменты и вставляли их в виде новых спейсеров, то клетка оказывалась невосприимчивой к исходному вирусу, даже если никогда раньше с ним не встречалась.

Какую же практическую пользу из этой системы смог извлечь человек? Как вообще она работает в клетках эукариот? Если просто запустить CRISPR/Cas9 в клетку, эта система разрежет обе цепи ДНК в месте, которое укажет специально сконструированный РНК-гид, но разрез залатают обычные клеточные репарационные машины - путем негомологичного соединения концов (non-homologous end joining, NHEJ ) либо гомологичной рекомбинации - если есть матрица с флангами, комплементарными участкам ДНК с двух сторон от разрыва, произойдет «заштопывание по шаблону». Это означает, что в зависимости от целей человека можно устроить в нужном месте делецию - «выключить» проблемную область генома - или «подставить» матрицу с нужными свойствами, чтобы просто заместить, например, мутантный, патологический вариант гена нормальным.

MCR, «за» и «против»

Рисунок 3. История мораториев в биологии. В 1975 году был введен мораторий на исследования рекомбинантных ДНК, в 1997 - на клонирование человека, в 2012 - на эксперименты по изменению свойств (вирулентности) вируса «птичьего» гриппа.

И это еще не всё. Можно сделать так, чтобы клетка «починенную» хромосому воспринимала как образец для ремонта второй хромосомы. В 2015 году ученые из Калифорнийского университета для апробации метода в качестве «заплатки» использовали саму кассету CRISPR/Cas9, которая затем экспрессировалась X-хромосомой мух и модифицировала гомологичную хромосому. В итоге потомству передавались уже измененные хромосомы, и инсерция CRISPR/Cas9 из поколения в поколение «саморазмножалась», замещая нормальные аллели. Этот метод получил название «мутагенная цепная реакция» (mutagene chain reaction , MCR ) .

В том же году Лианг и соавторы провели работу на триплоидных (заведомо нежизнеспособных) эмбрионах с бета-талассемией . Из 86 CRISPR-отредактированных эмбрионов только 71 продолжил развиваться, и только у четырех из них ген был отредактирован правильно . Эта статья вызвала настоящий взрыв споров на тему того, насколько вообще этично проводить такие исследования.

В Nature Эдвард Ланфир, один из исследователей ZF-нуклеаз (белков-ножниц, содержащих ДНК-связывающий домен «цинковые пальцы»), и его коллеги призвали к мораторию на любые эксперименты, касающиеся редактирования генов эмбрионов человека или половых клеток: «Стоит ли испытывать судьбу, даже если будет заметен терапевтический эффект от модификации зародышевых клеток? Мы готовы вступить в открытую дискуссию на тему дальнейших исследований в этой области» . К слову, в биологии уже написана целая история мораториев на различные исследования (рис. 3). Но вернемся к CRISPR. Некоторое время спустя группа ученых выступила с предложением избегать попыток модификации клеток зародышевой линии человека, но поддержала идею работы с клетками человека в том случае, если они не участвуют в развитии и поддержании беременности (например, соматических клеток) .

Теперь стόит затронуть перспективы использования этой технологии. MCR может позволить, например, создать комаров, неспособных переносить малярию и лихорадку Денге. Появится возможность быстро выводить линии мышей со множественными мутациями для лабораторных исследований и не тратить время на тщательный скрининг . Помимо этого, есть работы по тестированию CRISPR/Cas9 на мышах с целью лечения миодистрофии Дюшенна . Тем не менее существуют опасения, что мы просто не знаем о возможных побочных эффектах таких изменений половых и эмбриональных клеток, в связи с чем и был предложен мораторий.

Почему ГМО полезны?

Ограничимся некоторыми яркими прикладными примерами, имеющими отношение к экологии, питанию и материалам.

«Эко-свинка»

На первый взгляд может показаться, что между свиньями, фосфором и экологическими катастрофами нет ничего общего. Но это не так. Существует серьезная сельскохозяйственная проблема: свиньи не могут усваивать большую часть фосфора в комбикормах, так как он представлен в форме фитатов, солей фитиновой кислоты. Неусвоенный фосфор в составе свиного навоза в конце концов попадает в водоемы, в которых начинается бурное размножение водорослей - они-то с радостью едят фитаты. Из-за токсичных продуктов обмена водорослей погибают рыбы и другие водные организмы. В общем, катастрофа. Но генные инженеры предложили проект «Эко-свинка». К сожалению, он пока так и остался проектом, не вышедшим на рынок. Но идея очень красивая. Речь идет о генетически модифицированных свиньях, способных усваивать фитаты. Идея заключалась в том, чтобы встроить в геном свиней ген, который кодирует фермент, необходимый для расщепления фитатов (а взять его можно у той же E. coli ) . Будем надеяться, что когда-нибудь ученые облегчат свиньям жизнь:-)

Стальная коза, трансгенный хлопок, суперсладость и кошерный сыр

А теперь рассмотрим примеры полезных ГМО, никак не связанные между собой: просто они красивые, и захотелось о них рассказать. В 2002 году в Science появилась статья о том, что генетически модифицированные клетки млекопитающих могут производить паутину. Канадская фирма Neхia вывела коз, в геном которых был встроен ген белка паутины. Оказалось, что молоко таких коз можно использовать для получения биостали, которая даже прочнее кевлара - материала, из которого делают современные бронежилеты .

Но генная инженерия помогает создавать не только новые материалы, но и успешно выращивать старые. Еще 1997 году в Китае приступили к выращиванию генно-модифицированного хлопчатника, снабженного гéном бактерии Bacillus thuringiensis . Белок Cry1Ac , кодируемый этим геном, токсичен только для гусениц некоторых бабочек и, по-видимому, безвреден для всех остальных животных, включая человека. Это привело к снижению численности популяции хлопковой совки - опасного вредителя многих сельскохозяйственных культур. В результате в выигрыше оказались не только производители хлопка, но и крестьяне, выращивающие сою, кукурузу, арахис и различные овощи .

Что касается сладкого, то существует такое растение, как Thaumatococcus daniellii , и у него есть ген, кодирующий белок тауматин , который в тысячи раз слаще сахара! Сейчас ведутся работы по созданию микроорганизмов и растений, производящих этот белок. Помимо сладости, тауматин увеличивает устойчивость растений к ряду инфекций .

Ну и напоследок - про кошерный сыр. Известно, что для приготовления обычного сыра ранее использовался фермент, выделяемый из сычуга - одного из отделов пищеварительного тракта жвачных животных. Но теперь биотехнологи встроили гены сычужных ферментов в геном бактерий, предоставив возможность получать кошерный сыр. Кажется, это редкий пример сотрудничества науки и религии .

Меры предосторожности

С одной стороны, приведенные выше примеры полезности ГМО - «песчинка как в морских волнах, как мала искра в вечном льде». Но с другой стороны, у любой технологии есть свои проблемы, связанные с вопросами этики и безопасности. Выше уже шла речь о моратории на использование CRISPR/Cas9 в отношении человеческих эмбрионов. В экспериментах на обезьянах показано, что из десяти отредактированных с помощью этой системы эмбрионов рождается, увы, не больше половины . Что касается использования ГМО, то здесь больше всего опасаются реакций на продукт, которые не всегда возможно предусмотреть. Например, в 1992 году селекционная компания Pioneer разработала ГМ-сою, добавив в нее ген бразильского ореха и тем самым устранив в сое природный дефицит аминокислоты метионина. Такие бобы были предназначены в первую очередь для тех людей, для кого соя - основной продукт питания. Но вскоре оказалось, что у небольшого процента людей бразильский орех вызывает аллергию. Соответственно, и такая ГМ-соя тоже может вызывать аллергию .

Вышеперечисленные факты не умаляют достоинства генных технологий, а говорят о том, что любой метод требует грамотного и аккуратного использования. Поэтому хотелось бы закончить статью словами молекулярного генетика Джорджа Чёрча из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, считающего, что de facto мораторий стόит налагать на все технологии, пока не доказана их безопасность: «Задача заключается в доказательстве того, что пользы в технологии больше, чем риска» .

Литература

Молекулярное клонирование, или как засунуть в клетку чужеродный генетический материал ;
Казанцева А. В интернете кто-то неправ! М.: CORPUS, 2016. - 376 с.;. Science . 347 , 1301–1301;
Вылечить миодистрофию Дюшенна: конкуренция групп, единство методик ;
Панчин А. Сумма биотехнологии . М.: CORPUS, 2016. - 432 с.;
Элементы: «Трансгенный хлопок помог китайским крестьянам победить опасного вредителя »;
Мэтт Р. Геном. Автобиография вида в 23 главах . М.: ЭКСМО, 2015. - 432 с.