|
Ученые редактируют обычные продукты и добавляют им гены: это вкусно, полезно или опасно?
|
Ученые давно хотят сделать процесс приема пищи идеальным, чтобы еда максимально усвоилась и была полезна для организма. Для этого существующие виды фруктов и овощей генетически редактируют. Но почему в ближайшем магазине их до сих пор нет? Давайте разбираться.
Выращивать продукты и разводить животных сложно и не всегда эффективно, первые могут пострадать от погодных условий или испортиться, а вторые выбрасывают много парниковых газов и разрушают озоновый слой. Ученые пытаются самостоятельно исправить недостатки природы. Это же делали древние селекционеры, которые скрещивали разные виды и, по сути, тоже модифицировали гены.
Генно-модифицированные или с отредактированным геномом. В чем разница?
ГМО — это такие организмы, в чьи ДНК специально внесли изменения генные инженеры: эти гены получают от другого организма, причем он может быть абсолютно любым, как картофелем, так и человеком. Таким образом ученые хотят улучшить свойства растений, микроорганизмов и животных.
А для того, чтобы редактировать геном, сегодня используется технология CRISPR, она не оставляет после себя в геноме никаких лишних следов, кроме нужной мутации. В последнее время ученые стали отделять такие продукты от генно-модифицированных (genetically modified), в которых искусственно вносят целые гены или группы генов.
Что считается ГМО и отредактированной едой?
До сих пор в обществе существует страх перед отредактированной едой, но на самом деле мы сталкиваемся с такими продуктами ежедневно. При условии, что генная модификация — это не только искусственное изменение генов, но и селекция. И в том, и в другом случае получившийся плод перестает быть похожим на своего предка, а его гены меняются. Многие привычные фрукты претерпели много изменений до сегодняшнего дня и их гены сильно поменялись, например:
- Банан
Современный банан — результат скрещивания двух его ранних видов, которые не были такими вкусными. Первый предок был полон крупных семян, а мякоть второго была безвкусной.
- Арбуз
Ранние плоды арбузов не были таких внушительным размеров, а внутри было много косточек. Селекционеры увеличили ягоду в размерах, а мякоть стала сладкой и сочной.
- Капуста
Все известные виды капусты — результат работы селекционеров. У дикой капусты не было кочана, на ней не вырастали маленькие кочаны, как на цветной капусте, и не появлялся большой толстый стебель. Современные виды настолько не похожи друг на друга, что результат работы можно точно назвать генной модификацией.
Чьи гены ученые отредактировали вручную и зачем?
Отредактировать можно любой продукт. Обычно это микроорганизмы и растения, чуть реже — животные. Гены редактируют, чтобы ускорить рост и увеличить корневую систему, это может повысить способность растений поглощать углерод, чтобы очищать воздух. Также чтобы сократить выбросы от сельскохозяйственной отрасли. Для сравнения, в США на сельское хозяйство приходится 10% парниковых газов. В экономически развивающихся странах эта отрасли создает еще больше выбросов.
- Кукуруза
С помощью редактирования генов культуру можно сделать более стойкой к погодным условиям, так сельское хозяйство будет экономически надежным. Для этого ученые из Bayer Crop Science изменили гены кукурузы, чтобы сократить потери урожая. У них получилась кукуруза, которая находится ближе к земле и поэтому более устойчива к ветру и ливням.
- Картофель
Овощи и фрукты могут портиться не только из-за погодных условий, но и из-за болезней или неправильного ухода. Брак выбрасывают на свалки, где он гниет и выделяет парниковый газ — метан. Компания по переработке картофеля J.R. Simplot из Айдахо разработала картофель, который противостоит повреждениям и потемнению.
- Коровы
Большая часть выбросов в сельском хозяйстве приходится на животных. Редактирование генов можно использовать, чтобы заставить коров производить меньше метана. Известно, что количество метана, производимого коровой, в значительной степени зависит и от ее генетической структуры. Ученые из компании AgResearch сделали коровам вакцину против одного вида кишечных микробов, вырабатывающих метан, когда животные переваривают пищу.
Могут ли отредактированные продукты быть полезными и вкусными для человека?
Ученые утверждают, что да. Например, сотрудники исследовательского центра John Innes, создали помидоры с высоким содержанием антоцианов, этот пигмент имеет противораковый эффект. Исследователи добавили антоциан из гена в ДНК львиного зева.
Еще таким же образом плоды можно делать сладкими. Ученые обнаружили, что ген из ДНК растения тоуматокус производит белок, сладкий как сахар. С помощью гена землянику, грушу и яблоки удалось сделать намного вкуснее.
Еще один необычный эксперимент — рис c витаминами. Биоинженеры добавили в ДНК риса ген из кукурузы и бактерии вида Erwinia uredovora и получили сорт с увеличенным количеством витамина А, в 150 гр есть суточная норма для взрослого человека.
В конце сентября в Японии начали продавать помидоры с отредактированным геномом, в плодах которых содержится в пять раз больше ГАМК, это полезно для гипертоников.
Какое отношение к отредактированным продуктам сегодня?
По информации ВЦИОМ, примерно 80% выступают против ГМО. Почти аналогичная ситуация в США, Франции и Германии, там около 90% населения также негативно относятся к искусственной модификации генома.
Но есть и другое мнение. Например, в Японии консультативный орган при Министерстве труда и здравоохранения принял решение, что генетически отредактированные продукты неотличимы от продуктов традиционной селекции и могут быть допущены на рынок.
Опубликованный в 2018 году метаанализ 6 000 научных статей показал, что ГМ-культуры вредят окружающей среде меньше, чем традиционные селекционные. Научное сообщество поддерживает изучение и популяризацию отредактированным продуктов, так как их вред не доказан.
Время от времени появляются провокационные исследования о том, что эта технология идет против естественного хода вещей и наносит ущерб, но обычно в таких работах маленькая доказательная база либо выводы, сделанные на основе частного случая.
От помидора до человека: чем опасна и на что способна ГМО
Все знают: генетическая модификация — процесс изменения генетической структуры организма. Вы не поверите, но это делалось задолго до нашей эры, разве что современная биотехнология упростила и ускорила процесс для более точного изменения с помощью генной инженерии. При этом одни уверены, что ГМО — натуральное зло, другие считают, что за этими тремя буквами будущее. А что думает на этот счет наука?
Генетическая модификация берет свое начало в дремучие времена, когда люди влияли на генетику путем избирательного размножения организмов. При повторении в течение нескольких поколений этот процесс приводил к необходимым изменениям вида.
Ученые полагают, что собаки были первыми животными, которых целенаправленно генетически модифицировали, начало этому процессу было положено примерно 32 000 лет назад. Дикие волки присоединились к нашим предкам в Восточной Азии, где их приручили и «окультурили». На протяжении тысячелетий люди разводили собак с разными физическими качествами, что в конечном итоге привело к появлению большого разнообразия, которое мы видим сегодня.
Если говорить о продуктах, то и тут все началось гораздо раньше, чем вы можете подумать. Самое раннее известное генетически модифицированное растение — пшеница. Примерно с 9 000 года до нашей эры древние земледельцы выборочно выращивали травы для создания сельскохозяйственных сортов с более крупными зернами и более выносливыми семенами. Тысячу лет спустя выращивание культурных растений распространилось в Европе и Азии. Селекция пшеницы привела к появлению множества сортов, выращиваемых сегодня.
Кукуруза тоже пережила одни из самых масштабных генетических изменений за последние несколько тысяч лет. Основная культура была получена из теосинте — дикой травы с крошечными колосьями, на которых было всего несколько зерен. Со временем фермеры выборочно разводили теосинте, чтобы получить кукурузу с большими початками, покрытыми зернами.
Помимо этих культур, большая часть продуктов, которые мы едим сегодня, в том числе бананы, яблоки и помидоры с огурцами, претерпела несколько поколений селекции.
Технология, которая переносит фрагмент рекомбинантной ДНК (рДНК) от одного организма к другому, была разработана в 1973 году исследователями Гербертом Бойером и Стэнли Коэном. Эти двое перенесли фрагмент ДНК от одного штамма бактерий к другому, что обеспечило устойчивость к антибиотикам у модифицированных организмов. В следующем году два американских биолога Беатрис Минц и Рудольф Яениш ввели чужеродный генетический материал в эмбрионы мышей в первом в истории эксперименте по генетической модификации животных с использованием методов генной инженерии.
Исследователи также модифицировали бактерии для использования в качестве лекарств. В 1982 году человеческий инсулин был синтезирован из бактерий, став первым генно-инженерным лекарством для человека, одобренным Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA).
На сегодняшний день существует четыре основных метода генетической модификации сельскохозяйственных культур:
- Селективное разведение: растения разводятся для получения потомства с определенными особенностями. Может быть затронуто от 10 000 до 300 000 генов. Это самый старый метод генетической модификации, который обычно не включается в категорию продуктов с пометкой «ГМО».
- Мутагенез: семена растений намеренно подвергаются воздействию химических веществ или радиации с целью мутации организмов. Потомство с желаемыми чертами сохраняется и далее разводится. Мутагенез также обычно не включается в категорию продуктов с ГМО.
- РНК-интерференция: отдельные нежелательные гены в растениях деактивируют, чтобы удалить любые нежелательные признаки.
- Трансгены: ген берется у одного вида и имплантируется другому, чтобы привнести желаемый признак.
Два последних перечисленных метода считаются типами генной инженерии. Сегодня некоторые культуры прошли генную инженерию для повышения урожайности, устойчивости к повреждениям насекомыми и иммунитета к болезням растений, а также для повышения питательной ценности. На рынке они называются генетически модифицированными или ГМО-культурами.
В последние годы широкое распространение выращивания ГМО-культур вызывает все большие споры. Одна из проблем — воздействие ГМО на окружающую среду. Пыльца от модифицированных культур может дрейфовать на поля с обычными культурами без генной мутации, а также проникать в популяции сорняков, что может привести к перекрестному опылению. Конечно, в этом нет ничего хорошего, в тоже время до сих пор нет четких научных доказательств того, что ГМО опасны для здоровья человека.
Сегодня домашний скот часто разводят выборочно, чтобы улучшить скорость роста и мышечную массу, плюс повысить сопротивляемость болезням. Например, некоторые производители куриного мяса сегодня выращивают цыплят на 300% быстрее, чем в 1960-х годах. В настоящее время на рынке США нет продуктов животного происхождения, включая курицу или говядину, которые классифицируются как продукты питания без ГМО. В России дела обстоят несколько иначе, но это скорее вопрос времени: любые технологии до нас доходят с большим опозданием.
По данным ученых, в течение последних нескольких десятилетий исследователи генетически модифицируют лабораторных животных, чтобы определить, как биотехнология может однажды помочь в лечении заболеваний человека и восстановлении повреждений тканей у людей. Одна из новейших форм этой технологии называется CRISPR.
Исследователи используют технологию CRISPR для поиска лекарств от рака, а также для поиска и редактирования отдельных фрагментов ДНК, которые могут привести к будущим заболеваниям у человека. Терапия стволовыми клетками может также использовать генную инженерию для регенерации поврежденных тканей, например, в результате инсульта или сердечного приступа.
В весьма спорном исследовании китайский исследователь Хэ Цзянькуй протестировал технологию CRISPR на человеческих эмбрионах с целью устранения возможности для некоторых заболеваний, вроде ВИЧ. На ученого тут же обрушился шквал критики, он даже на некоторое время был помещен под домашний арест. При этом подавляющее большинство сторонников генной инженерии понимают, что технология еще не готова к испытаниям на людях. Большинство медицинских испытаний методов лечения с использованием генной инженерии проводится на добровольных пациентах. Однако генная инженерия плода — это совсем другое дело.
Как говорят в научных кругах, большая проблема всех экспериментальных технологий в том, что они экспериментальные. Одна из основных причин, по которой люди были так напуганы китайским ученым, использовавшим технологию CRISPR на эмбрионах, заключается в том, что это самая ранняя стадия экспериментов. Человек всегда воспринимает в штыки что-то новое и малоизученное. Возможно, через десятилетия мы не будем так остро реагировать на упаковку чипсов с пометкой «ГМО» или бояться, что генномодифицированные бобы однажды захватят нашу планету.
Апокалипсис, которого не было
В 1990-х генетически модифицированный штамм бактерий SDF20 едва не вызвал мировую панику после того, как ученые сообщили о том, что попадание его в природу может вызвать массовое вымирание растений суши. Уже в начале 2000-х легенда была опровергнута, но продолжает жить до сих пор в темных углах глобальной Сети.
В начале 1990-х немецкая компания создала ГМ-штамм бактерий Klebsiella planticola SDF20 для переработки органических отходов в биотопливо – этанол, – и даже получила разрешение на полевые испытания. Лишь случайно микробы попали к Элейн Ингхэм (Elaine Ingham), работавшей тогда в Орегонском университете. Проверив, как поведут себя такие ГМ-бактерии по соседству с растениями, она ужаснулась: спирта они выделяли столько, что это приводило к массовому вымиранию всего живого в почве.
Увлечения Ингхэм биологией шли дальше науки, она была еще и активистской новозеландской Зеленой партии, и при поддержке соратников развернула громкую кампанию. Дескать, страшно подумать, что могло бы случиться, попади такие бактерии в окружающую среду. Клебсиеллы распространены повсеместно, и новый штамм вполне мог бы вытеснить обычные, вызвав массовое вымирание растений на всех континентах, кроме и без того голой Антарктиды. По счастью, разрешение было вовремя отозвано, и апокалипсиса не случилось.
История стала почти классической и регулярно появляется в списках случаев, едва не погубивших торопливое человечество. Она то и дело всплывает в социальных сетях и СМИ, нагоняя эмоций против распространения ГМО-технологий, – как в России, так и за ее пределами. Ее приводят в назидание сторонникам технологического прогресса. Вот только в действительности все было совсем не так.
Не те бактерии
В то время, когда началась эта история, таксономия бактерий Klebsiella planticola еще не устоялась. Лишь впоследствии, в 2001-м, они были отнесены к отдельному, хотя и родственному роду Raoultella. Те и другие настолько близки, что различить их можно только с помощью анализа их ДНК или специальных сложных техник культивирования. И те, и другие – чрезвычайно широко распространенные и активные почвенные бактерии. Заболевания у людей они вызывают лишь в очень редких случаях, а обычно остаются вполне безвредны.
Бактерии Raoultella planticola способны разлагать кислозу – «древесный сахар», один из основных продуктов естественного разложения органики, – получая энергию и вырабатывая этанол. Именно поэтому с конца 1980-х ученые стали присматриваться к ним, как к возможным «живым фабрикам» для производства биотоплива. Однако выход спирта микробы давали недостаточный, поэтому начались работы по генетической модификации R. planticola.
Для этого предполагалось перенести в них плазмиду – короткое кольцо ДНК, содержащее гены, позаимствованные из бактерий Zymomonas mobilis. Эти бактерии известны тем, что проводят сбраживание невероятно активно и сами легко переносят присутствие до 16 процентов спирта. ГМ-штаммы действительно усиленно производили этанол, хотя начинали погибать, как только его концентрация доходила до 5 процентов. А вот дальше начинается легенда.
Не та компания
Циркулирующая по Сети история указывает, что ГМ-бактерии «биотопливного» штамма SDF20 были созданы некоей немецкой компанией и в 1992 г. получили одобрение американского федерального Агентства по охране окружающей среды на проведение полевых испытаний. Именно так эти микробы попали на кафедру ботаники и патологии растений Орегонского университета, где тогда работала Ингхэм и ее аспирант Майкл Холмс (Michael Holmes). В Интернете сохранился скан его диссертации 1995 г., посвященной проблеме опасности SDF20.
Публике Ингхэм рассказала об этом в 1999 г., в статье, опубликованной в издании Зеленой партии. «Придя в лабораторию одним прекрасным утром, мы открыли инкубатор и воскликнули: "О боже, растения погибли. Что пошло не так?» – писала она. – Каким будет эффект, если эта слизь попадет на поля»? При этом ученая ссылалась на собственную статью, которая в том же году вышла в рецензируемом журнале Applied Soil Ecology (том 326, стр. 1-12). В прессе поднялся шум.
«Новое чудесные ГМО получили все нужные разрешения на коммерческое использование, – писали журналисты, по-видимому, на ходу додумывая новые обстоятельства истории. – По счастью, группа независимых ученых во главе с Элейн Ингхэм оказались настроены скептически. Проведя тесты, они обнаружили, на что в действительности способны эти бактерии, и благодаря публичному раскрытию полученных результатов коммерциализации ГМ-бактерий не случилось. Если бы не их попытки, нет сомнений, что нас ожидал бы конец света». Действительно, страшно.
Не те источники
По-настоящему скептическими оказались не Ингхэм, а обычные ученые, до которых вскоре дошли эти пугающие известия. Выступления и опровержения увенчались совместным опровержением , которое опубликовала группа видных биологов и генетиков из Новой Зеландии и Австралии. Их доводы, кажется, в дополнениях не нуждаются: помимо собственных слов Элейн, никаких свидетельств реальности истории о смертельно опасном штамме нет.
Не было никакой публикации в журнале Applied Soil Ecology (указанные выше том и нумерация страниц также не соответствуют действительности). Ни Агентство по охране окружающей среды, ни американское Министерство сельского хозяйства не получало никаких запросов о получении разрешений. Вдобавок, эксперименты обнаружили, что SDF20 способны доводить содержание спирта в почве до 20 мкг/мл, после чего сами начинают погибать. Эта концентрация в сотни раз ниже токсичного для растений уровня (10 мг/мл). Наконец, ГМ-бактерии оказались неспособны выживать на бедных песчаных почвах, что вообще поставило крест на их потенциальном использовании в природе.
«Заявления доктора Ингхэм широко публиковались в интернете и за его пределами. Однако нам не удалось найти никаких свидетельств тому, что доктор Ингхэм основывает свои заявления о глобальной угрозе растениям суши на научной публикации в рецензируемом журнале, – сухо резюмировали авторы опровержения. – Проведенный нами анализ литературы и данных показывает, что производящие этанол Klebsiella planticola (напомним, что тогда их называли еще так – ПМ) уже существуют и широко встречаются в природе, не нанося ей какого-либо вреда».
В том же 2001-м собственную точку в истории поставила и Зеленая партия, официально признав недостоверность сообщений Ингхэм и безосновательность угрозы, о которой она «предупреждала» мировое сообщество. А в рецензируемом журнале Nature Biotechnology были опубликованы извинения от лица Орегонского университета, Зеленой партии и даже правительства Новой Зеландии. Тут же признавалась в подтасовке и сама Элейн Ингхэм.
Вскоре она покинула университет и обосновалась в небезызвестном Институте Родейла, который активно продвигает «органическое» земледелие и анти-ГМО повестку. Кроме того, Ингхэм основала стартап Soil Food Web , занятый технологиями ремедиации почвы. Громких заявлений с тех пор она не делала, ГМ-организмы получают все большее распространение и приносят сплошную пользу, – и лишь история «апокалиптического» штамма продолжает жить и здравствовать на просторах сети.
