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

Панчин Александр

У человека не совершилось этой эволюции, и он сохранил исключительно вредные ему толстые кишки. Это мешает людям усовершенствовать свою пищу, насколько было бы возможно. Человек не должен питаться слишком легко и безостановочно усваиваемыми веществами, потому что при этом толстые кишки опоражниваются с трудом, что может вызвать серьезную болезнь. Поэтому разумная гигиена должна принимать во внимание устройство нашего кишечного канала и вводить в нашу пищу растительные вещества, дающие достаточное количество остатков».

Рассуждения Мечникова не бесспорны, но заслуживают внимания. В пользу его гипотезы, что микробы кишечника скорее вредны, говорят некоторые исследования на мышах, выращенных в стерильных условиях. Линии таких мышей получают при помощи кесарева сечения, чтобы животные не нахватались микробов во время родов. Их кормят стерильной пищей и держат в стерильных боксах, поэтому бактерий в их кишечнике быть не должно. Такие мыши, как правило, живут не меньше, а иногда даже дольше обычных [288] [289] .

Единственное: у таких стерильных мышей могут возникать проблемы с иммунитетом, когда их помещают в нестерильные условия, и им нужно тщательнее подбирать диету.

288

Tazume S. et al.: Effects of germfree status and food restriction on longevity and growth of mice. Jikken Dobutsu 1991, 40(4):517–22.

289

Oresic M. et al.: Gut microbiota affects lens and retinal lipid composition. Exp Eye Res 2009, 89(5):604–7.

В 2013 году в журнале Science было опубликовано еще одно интересное исследование [290] — о роли микрофлоры кишечника в ожирении. Исследователи брали однояйцовых (генетически идентичных) близнецов, один из которых страдал ожирением, а другой — нет. Мыши, которым пересаживали кишечную микрофлору от людей с ожирением, начинали набирать лишний вес, но пересадка кишечной микрофлоры от худых людей такого действия не оказывала. Сравнивая метагеномы мышей, которые набирали вес, и метагеномы мышей, которые его не набирали, можно понять, какие именно микробы способствуют ожирению, чтобы потом разрабатывать препараты для похудения. Это могут быть пробиотики — препараты, привносящие «хороших» микробов, замещающих собой плохих, или антибиотики, направленные против конкретных вредных микробов. Сам Мечников писал о пользе кисломолочных продуктов, содержащих лактобактерии. Он считал, что молочная кислота, выделяемая лактобактериями, создает кислую среду в кишечнике и подавляет развитие вредных бактерий. Впрочем, далеко не про всех бактерий на данный момент до конца ясно, вредны они или нет, а идея о пользе кефира может оказаться преувеличенной. С другой стороны, известно, что лактобактерии полезны, когда живут (и создают кислую среду) во влагалище, защищая его от урогенитальных инфекций [291] .

290

Ridaura V.K. et al.: Gut microbiota from twins discordant for obesity modulate metabolism in mice. Science 2013, 341(6150):1241214.

291

Vasquez A. et al.: Vaginal lactobacillus flora of healthy Swedish women. J Clin Microbiol 2002, 40(8):2746–9.

Но даже если среди существующих микроорганизмов, способных жить в нашем кишечнике, мы не найдем достаточно полезных, мы всегда можем их создать! В 2014 году были опубликованы результаты исследований на мышах, которых кормили генетически модифицированной кишечной палочкой, производящей N-ацилфосфатидилэтаноламины. Вещества эти являются предшественниками N-ацетилэтаноламидов, которые производятся в тонкой кишке после приема пищи и сигнализируют организму о насыщении. Мыши, употреблявшие генетически модифицированных бактерий вместе с питьевой водой, воздерживались от чрезмерного потребления пищи и, как следствие, меньше страдали от ожирения и иных негативных последствий переедания [13] . Так ГМ бактерии могут помочь в борьбе с лишним весом!

13

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

Исследовательский подход с использованием метагеномного анализа применим к изучению не только ожирения, но и многих других процессов, связанных с микробами. Например, в нашей исследовательской группе посредством метагеномного анализа [292] мы изучаем отличия в составе микрофлоры поверхности здорового человеческого глаза и глаза с бактериальным кератитом, чтобы помочь врачам с выбором антибиотиков. Появляются работы, указывающие на то, что некоторые микробы, живущие в кишечнике, способны оказывать воздействие на нервную систему [293] , влиять на наше настроение, самочувствие, например вызывать депрессию или тревогу [294] , и сказываться на нашем поведении [295] . Это навело меня и некоторых моих коллег на мысль, что микробы могут склонять людей и к выполнению некоторых более сложных действий. Вдаваться в детали этой гипотезы я не буду, но предлагаю желающим найти и прочитать статью «Могут ли микробы вызывать пристрастие к религиозным ритуалам? Мидихлорианы: гипотеза биомемов» [296] .

292

Tuzhikov A. et al.: TUIT, a BLAST-based tool for taxonomic classification of nucleotide sequences. Biotechniques 2014, 56(2):78–84.

293

Bercik P. et al.: Microbes and the gut-brain axis. Neurogastroenterol Motil 2012, 24(5):405–13.

294

Foster J.A., McVey Neufeld K.A.: Gut-brain axis: how the microbiome influences anxiety and depression. Trends Neurosci 2013, 36(5):305–12.

295

Cryan J.F., Dinan T.G.: Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour. Nat Rev Neurosci 2012, 13(10):701–12.

296

Panchin A.Y. et al.: Midichlorians — the biomeme hypothesis: is there a microbial component to religious rituals? Biol Direct 2014, 9:14.

Кроме

того, выдвигаются гипотезы о связи некоторых нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, с распространением патогенных микроорганизмов, производящих нейротоксины в кишечнике [297] [298] . Воздействовать на наш мозг микробы способны либо напрямую, выделяя химические вещества, проходящие через гематоэнцефалический барьер (физиологический барьер между кровеносной и центральной нервной системой), либо опосредованно, воздействуя на нервные клетки, расположенные в самом кишечнике. Соответственно, изменив микрофлору кишечника, мы можем устранить причину некоторых заболеваний. В этом ключе соблазнительна идея использования генной инженерии для создания новых симбиотических бактерий, оптимально приспособленных для мирного сосуществования с людьми.

297

Brenner S.R.: Blue-green algae or cyanobacteria in the intestinal micro-flora may produce neurotoxins such as Beta-N-Methylamino-L-Alanine (BMAA) which may be related to development of amyotrophic lateral sclerosis, Alzheimer’s disease and Parkinson-Dementia-Complex in humans and Equine Motor Neuron Disease in horses. Med Hypotheses 2013, 80(1):103.

298

Bhattacharjee S., Lukiw W.J.: Alzheimer’s disease and the microbiome. Front Cell Neurosci 2013, 7:153.

Метагеномика имеет интересные сферы применения на стыке науки и теологии. Предлагаю такой проект: «Теология и метагеном древних еврейских экскрементов». Дело в том, что в иудаизме есть термин «кашрут», означающий дозволенность или пригодность чего-либо с точки зрения иудейского права. В частности, пища бывает кошерная, которую разрешено есть, и некошерная, которую есть нельзя. Но существует одна проблема: отдельные названия библейских животных, вероятно, изменили значение, и никто точно не знает, что означали некоторые древние слова. Например, «анака», «летаа», «хомет», «тиншемет», «харгол», «хагав», «солам», означающие что-то кошерное. Насчет одних имеются определенные догадки, насчет других есть сомнения, но если бы нам удалось точно узнать, какие животные считались кошерными пару тысяч лет назад, мы бы обогатили рацион современных евреев. Пусть это и будут ящерицы, саранча или что-то в этом духе.

Второзаконие (23:12–13) предписывало древним евреям закапывать свои фекалии. «У вас должно быть место вне стана, куда вы могли бы выходить по нужде. Каждый должен иметь при себе лопатку, чтобы, присев там, вырыть ямку, а потом закопать нечистоты». Следовательно, нужно найти подобные древние захоронения, выкопать их и провести анализ ДНК. Разумеется, такое исследование рискует столкнуться с рядом проблем. Сохранится ли ДНК? Как понять, что найденный нужник — еврейский? Как распознать загрязнения образцов чужеродной ДНК? Тут есть о чем подумать! Отдельный интересный вопрос: отличается ли метагеном людей, употребляющих исключительно кошерную пищу?

Если говорить об уже проведенных исследованиях на стыке науки геномики и теологии, упоминания заслуживает история про Кумранские рукописи. Кумран — местность примерно в двух километрах от побережья Мертвого моря. В период с 1946 по 1956 год в Кумранских пещерах было найдено несколько сотен текстов, датированных последними веками до нашей эры — первыми веками нашей эры, представляющих исторический, религиозный и лингвистический интерес. В частности, среди них имеются тексты, соответствующие древним библейским канонам. Некоторые записи были сделаны на шкурах животных, и при помощи анализа ДНК удалось выяснить, какие фрагменты принадлежат одной рукописи. Кроме того, анализ ДНК позволил установить виды животных, чьи шкуры были использованы. В древности шкуры имели разную цену и значимость, что позволяет определить, какие из текстов считались самыми важными.

Но все-таки основная задача геномики — установить последовательности генов и разобраться в том, как они работают, чтобы мы потом могли успешно заниматься генной инженерией, исправлять генетические дефекты человека и создавать новые организмы. Для того чтобы понять, как повлияет на организм то или иное изменение его генома, полезно иметь представление о разнообразии генов уже существующих живых организмов, и именно это становится возможным благодаря современным методам чтения ДНК.

Открытие генов светочувствительных ионных каналов из водорослей позволило создать нервные клетки, реагирующие на освещение, открытие ДНК-полимеразы из термофильных бактерий сделало возможным полимеразную цепную реакцию — один из важнейших методов молекулярной биологии. Кто знает, какие еще удивительные гены мы обнаружим в природе и как они изменят наш арсенал биотехнологий?