Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей

Панчин Александр

Помните, как после укуса радиоактивного паука герой комиксов и нескольких фильмов Питер Паркер становится человеком-пауком? Хотя человека-паука с помощью генной инженерии пока не получили (или он очень хорошо скрывается), оказалось, что не сложно создать козу-паука. В 2002 году в одном из самых престижных научных журналов Science появилась статья о том, что генетически модифицированные клетки млекопитающих могут производить паутину [1] . Канадская фирма Nexia вывела коз, в геном которых был встроен ген белка паутины, и показала, что молоко этих коз можно использовать в качестве сырья для получения материала под названием биосталь.

1

Lazaris A. et al.: Spider silk fibers spun from soluble recombinant silk produced in mammalian cells. Science 2002, 295(5554):472–6.

Биосталь оказалась прочнее и легче кевлара — материала, из которого делаются современные бронежилеты. Недавно в Японии аналогичным образом улучшили шелк, изменив геном шелкопряда. Шелк с примесью белков паутины прочнее и эластичнее

обычного [2] , он лучше подходит для создания хирургических нитей. Отдельные созданные учеными варианты белков паутины даже обладают антимикробными свойствами [3] .

Другим козам в геном смогли встроить ген антибактериального белка лизоцима [4] . В норме этот белок содержится в грудном молоке женщин, защищая от инфекционных воспалений груди. Потребление обогащенного лизоцимом молока генетически модифицированных коз может защитить многих детей разного возраста от инфекционных заболеваний желудочно-кишечного тракта. Эти болезни являются причиной смерти от одного до двух миллионов детей ежегодно. Еще одно изобретение — изготовление кошерного сыра. Традиционно для изготовления сыра берется сычуг (отдел пищеварительного тракта жвачных животных), высушивается и помещается в молоко. Сычуг содержит сычужные ферменты, превращающие молоко в сыр, но в Ветхом Завете сказано: «Не вари козленка в молоке его матери», и такой сыр, полученный из мяса и молока, — пища, неугодная Б-гу из Торы. Генные инженеры взяли гены сычужных ферментов и встроили их в геном бактерии. Такие бактерии вырабатывают сычужные ферменты, а мы с их помощью можем получать кошерный сыр без использования кишки жвачных животных. Никогда еще наука так тесно не сотрудничала с религией.

2

Wen H. et al.: Transgenic silkworms (Bombyx mori) produce recombinant spider dragline silk in cocoons. Mol Biol Rep 2010, 37(4):1815–21.

3

Gomes S.C. et al.: Antimicrobial functionalized genetically engineered spider silk. Biomaterials 2011, 32(18):4255–66.

4

Maga E.A. et al.: Human lysozyme expressed in the mammary gland of transgenic dairy goats can inhibit the growth of bacteria that cause mastitis and the cold-spoilage of milk. Foodborne Pathog Dis 2006, 3(4):384–92.

Недавно генным инженерам удалось встроить в геном томата ряд генов львиного зева (ярко окрашенных цветов, как правило желтых, фиолетовых или синих, напоминающих по форме цветка львиную пасть), чтобы увеличить производство особых веществ — антоцианов. В норме антоцианы присутствуют в большом количестве в голубике, ежевике и черной смородине, которым они придают характерный темно-синий цвет. Употребление антоцианов связывают со сниженным риском развития некоторых форм рака [5] , сердечно-сосудистых заболеваний [6] и ожирения (как было показано в опытах на грызунах) [7] . В одном исследовании мыши, генетически предрасположенные к раку, которых кормили ГМ помидорами, обогащенными антоцианами, жили в среднем на 25 % дольше! [8] Хотя существуют селекционные сорта «синих» помидоров с повышенным содержанием антоцианов в кожуре, в ГМ помидорах антоцианы производятся и в мякоти, поэтому итоговое их содержание намного выше и сопоставимо с содержанием в вышеупомянутых ягодах.

5

Wang L.S., Stoner G.D.: Anthocyanins and their role in cancer prevention. Cancer Lett 2008, 269(2):281–90.

6

Toufektsian M.C. et al.: Chronic dietary intake of plantderived anthocyanins protects the rat heart against ischemia-reperfusion injury. J Nutr 2008, 138(4):747–52.

7

Tsuda T. et al.: Dietary cyanidin 3-O-beta-D-glucoside-rich purple corn color prevents obesity and ameliorates hyperglycemia in mice. J Nutr 2003, 133(7):2125–30.

8

Butelli E. et al.: Enrichment of tomato fruit with health-promoting anthocyanins by expression of select transcription factors. Nat Biotechnol 2008, 26(11):1301–8.

Благодаря антоцианам подобные генетически улучшенные помидоры примерно вдвое дольше хранятся и значительно меньше подвержены воздействию плесени. Их можно собирать позже, а это дает им возможность выработать больше питательных веществ. К сожалению, я пока не могу попробовать эти помидоры и сказать, что они вкуснее (хотя их создатели утверждают, что это так), ведь в связи с жестким регулированием ГМО томатам предстоит пройти целый ряд проверок, прежде чем они окажутся на прилавках магазинов.

Генная инженерия играет огромную роль и в современной медицине. В 1978 году были созданы первые трансгенные бактерии, вырабатывающие человеческий инсулин (белковый гормон, регулирующий углеводный обмен в организме), а сегодня подавляющее большинство препаратов инсулина, поддерживающих жизнь миллионов людей, больных диабетом, производят генетически модифицированные микроорганизмы [9] . Аналогично с помощью генетически модифицированных организмов производят факторы свертывания крови для больных гемофилией (врожденным заболеванием, при котором плохо сворачивается кровь) [10] и гормон роста для детей с генетически обусловленной низкорослостью [11] . Есть и более экзотичные разработки, например по созданию безобидных генетически модифицированных бактерий, которые смогут защищать зубы от кариеса, устраняя вредных бактерий [12] , или уберечь человека от ожирения [13] .

9

Walsh G.: Therapeutic insulins and their large-scale manufacture. Appl. Microbiol Biotechnol 2005, 67(2):151–9.

10

Pipe S.W.: Recombinant clotting factors. Thromb Haemost 2008, 99(5):840–50.

11

Baxter L. et al.: Recombinant growth hormone for children and adolescents with Turner syndrome. Cochrane Database Syst Rev 2007(1):CD003887.

12

Hillman J.D. et al.: Modification of an effector strain for replacement therapy of dental caries to enable clinical safety trials. Appl Microbiol 2007, 102(5):1209–19.

13

Chen Z. et al.: Incorporation of therapeutically modified bacteria into gut microbiota inhibits obesity. J Clin Invest 2014, 124(8):3391–406.

Генетически

модифицированные растения могут применяться для производства антител (молекул, используемых иммунной системой для распознания вирусов, бактерий и других чужеродных объектов), гормонов, вакцин и ферментов. Например, ученые научились производить внутренний фактор человека в растениях [14] . Внутренний фактор секретируется желудком и переводит неактивную форму витамина B₁₂, поступающую с пищей, в активную, которую легко усвоить. Витамин B₁₂ очень важен для жизнедеятельности нашего организма. В частности, он необходим для нормального протекания процесса репликации — удвоения молекул ДНК в клетках, происходящего перед их делением. У некоторых людей секреция внутреннего фактора нарушена. Это может быть связано, например, с аутоиммунными заболеваниями или гастритом. Такие люди плохо усваивают витамин B₁₂ из пищи и заболевают злокачественным малокровием. Сейчас это заболевание лечится инъекциями витамина B₁₂, но налаженное производство внутреннего фактора благодаря развитию генной инженерии позволит заменить уколы препаратами, принимаемыми вместе с едой.

14

Fedosov S.N. et al.: Human intrinsic factor expressed in the plant Arabidopsis thaliana. Eur J Biochem 2003, 270(16):3362–7.

Раньше считалось, что наследственные заболевания, при которых некоторые гены человека не функционируют или плохо функционируют в результате мутаций, принципиально неизлечимы. Но теперь в руках врачей появился новый метод лечения — генная терапия. Он основывается на внесении работающих копий недостающего или неисправного гена в клетки человека с помощью видоизмененных вирусов. Сегодня благодаря генной терапии лечатся некоторые формы врожденной слепоты [15] , иммунодефицита [16] и даже рака. В последнем случае создаются специальные генетически модифицированные иммунные клетки человека (лимфоциты), способные к более эффективному поиску и уничтожению раковых клеток [17] . Эти технологии уже сегодня спасают жизни, но, увы, доступны пока немногим.

15

Stein L. et al.: Clinical gene therapy for the treatment of RPE65-associated Leber congenital amaurosis. Expert Opin Biol Ther 2011, 11(3):429–39.

16

Gaspar H.B. et al.: Long-term persistence of a polyclonal T cell repertoire after gene therapy for X-linked severe combined immunodeficiency. Sci Transl Med 2011, 3(97):97ra79.

17

Brentjens R.J. et al.: CD19-targeted T cells rapidly induce molecular remissions in adults with chemotherapy-refractory acute lymphoblastic leukemia. Sci Transl Med 2013, 5(177):177ra38.

Сложно понять, почему генная инженерия не пользуется популярностью среди защитников окружающей среды, ведь ее можно использовать для уменьшения негативного влияния человечества на природу. Взять хотя бы проект Enviropig, или «Экосвинка» [18] . Всем живым существам для развития нужен фосфор. Большая часть фосфора в стандартном корме для свиней находится в такой форме, которая свиньями не усваивается, — в форме фитатов, солей фитиновой кислоты. В результате возникают две проблемы. Во-первых, свиней нужно подкармливать фосфором в виде пищевых добавок. Во-вторых, весь неусвоенный фосфор оказывается в свином навозе. Навоз смывается водой, и его компоненты в огромном количестве попадают в близлежащие водоемы, в которых вскоре начинается цветение — разрастание водорослей, которые, в отличие от свиней, прекрасно усваивают фитаты! Из-за цветения в водоемах повышается содержание ядовитых веществ, продуктов метаболизма водорослей. Погибают рыбы и многие другие водные организмы, возникает локальная экологическая катастрофа.

18

Forsberg C.W. et al.: Integration, stability and expression of the E. coli phytase transgene in the Cassie line of Yorkshire Enviropig. Transgenic Res 2013, 22(2):379–89.

Именно поэтому и придумали «экосвинок» — генетически модифицированных свиней, способных усваивать фитаты. Они способны на это потому, что в их геном встроили ген, кодирующий фермент, необходимый для расщепления фитатов, позаимствованный из кишечной палочки. Была надежда, что люди, обеспокоенные проблемой загрязнения окружающей среды, поддержат технологию и предпочтут «экосвинку» обычным свиньям. Но надежда не оправдалась — неприязнь к ГМО оказалась сильнее любви к природе. Создатели «экосвинки» до сих пор не нашли партнеров, которые вывели бы продукт на рынок, но этот подход существует и ждет момента, когда общественное сознание будет готово принять новую технологию.

В фильме Джеймса Кэмерона «Аватар» инопланетная флора и фауна на планете Пандора светились, и этот свет заменял жителям планеты искусственное освещение. Генная инженерия позволяет создавать светящиеся в темноте растения, отчасти воплощающие эту фантастическую мечту в реальность. Необходимые для свечения гены были заимствованы у светлячков [19] . Представьте, что вы сможете устроить романтический ужин, но вместо свечей его будут освещать зеленые ростки. Или что такие удивительные растения могут расти в парке, по обочине дороги. И снижать опасность парка вечером для вашей дочери-подростка! Едва ли данный подход решит все энергетические проблемы человечества, но это новый экологически чистый источник света, прекрасный символ зеленой энергетики. Увы, как и в случае с «экосвинкой», проект не был широко поддержан защитниками окружающей среды. Более того, под давлением общественного мнения площадка Kickstarter, где осуществлялся добровольный сбор пожертвований на развитие проекта, запретила основателям проекта предлагать спонсорам семена светящихся растений.

19

Callaway E.: Glowing plants spark debate. Nature 2013, 498(7452):15–6.