ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Генная инженерия позволила вывести злаки со «встроенной» устойчивостью против вредителей. В данном случае выигрывает прежде всего природа, поскольку снижается использование пестицидов. При этом парадоксально то, что природоохранные организации наиболее яростно выступают именно против культивации так называемых генно-модифицированных растений.

Как и при генетической инженерии на животных, первый сложный этап в ботанической генной инженерии – внедрить нужный фрагмент ДНК (полезный ген) в растительную клетку, а затем – в геном растения. Как зачастую убеждаются молекулярные биологи, в природе уже давным-давно сформировался отработанный механизм такого рода.

Корончатый галл – это болезнь растений, из-за которой на стебле формируется устойчивое разрастание, которое так и называется – «галл». Виновник болезни – распространенный почвенный микроб Agrobacterium tumefaciens, оппортунистическая бактерия, проникающая в растение, например, через повреждения, оставленные насекомыми-вредителями. Взаимоотношения агробактерий с растениями представляют собой особый вид паразитизма, когда бактерии не просто используют питательные вещества растения-хозяина, но и встраивают свою генетическую информацию в геном клеток хозяина. Примечательно, как именно паразитирует эта бактерия. Она проделывает своеобразный молекулярный «туннель», через который вводит в растительную клетку свою генетическую информацию, содержащую участок ДНК, тщательно вырезаемый из специальной плазмиды Agrobacterium, например Ti-плазмиды, а затем заворачивает в защищенную оболочку, и вот в таком виде генетическая информация поступает в «туннель». Оказавшись на месте, «пакет» с ДНК бактерии интегрируется в ДНК клетки-хозяина, подобно вирусной ДНК. Однако в отличие от вируса такой участок ДНК после закладки не начинает синтезировать новые собственные копии, а включается в продукцию гормонов роста и специализированных белков того растения, в котором оказался микроорганизм. Причем гормоны роста этого растения служат питательными веществами для бактерии, и таким образом одновременно стимулируется как деление растительных клеток, так и размножение бактерий. Возникает положительная обратная связь: под действием гормонов роста растительные клетки делятся все стремительнее, причем при каждом акте деления клетки-хозяина копируется и инвазивная бактериальная ДНК, и в результате синтезируется все больше растительного гормона роста и питательных веществ для бактерий.

В результате такого бурного и неконтролируемого клеточного деления на стебле образуется шишка-галл, которая служит бактериям своеобразным пищеблоком. Растение производит именно ту массу, которая нужна бактериям, как правило, это количество избыточно. С точки зрения эволюционной стратегии, бактерия Agrobacterium – выдающийся паразит; она довела эксплуатацию растений в свою пользу до настоящего искусства.

Растение, пораженное корончатым галлом – болезнью, которую вызывает Agrobacterium tumefaciens. Шишка на стебле – хитроумное бактериальное «изобретение», благодаря которому растение с лихвой удовлетворяет потребности микроба

Подробности паразитизма Agrobacterium были исследованы в 1970-е годы; этой работой занимались Мэри-Делл Чилтон из Университета штата Вашингтон, город Сиэтл, а также Марк ван Монтегю и Джефф Шелл из Гентского университета в Бельгии. В те времена споры о рекомбинантной ДНК бушевали в Асиломаре, да и вообще повсюду. Мэри-Делл Чилтон и ее коллеги из Сиэтла впоследствии иронически замечали, что «работа с Agrobacterium велась параллельно другим молекулярно-биологическим исследованиям и часто в обход карантинных комплексов, где обеспечивалась бы защита уровня P4», нарушая тем самым предписания Национальных институтов здравоохранения.

Вскоре уже не только Чилтон, ван Монтегю и Шелл увлеченно занимались Agrobacterium. В начале 1980-х годов компания Monsanto, та самая, что «поливала грязью» Рейчел Карсон за ее борьбу против пестицидов, осознала, что Agrobacterium – нечто большее, чем просто сюрприз природы. Ее удивительный паразитический образ жизни подсказывал исследователям, как внедрять гены в растение. Когда Чилтон переехала из Сиэтла в филиал Вашингтонского университета в город Сент-Луис – именно в этом городе находился головной офис Monsanto, – оказалось, что ее новые соседи проявляют далеко не праздный интерес к проводимым Чилтон исследованиям. Возможно, Monsanto поздновато подключилась к борьбе за Agrobacterium, но компания располагала финансовыми и другими ресурсами, позволяющими быстро набрать темп. Вскоре лаборатории Чилтон, а также ван Монтегю и Шелла уже финансировались этим химическим концерном в обмен на договоренность делиться информацией об исследованиях со спонсором.

Своим успехом Monsanto была обязана научной проницательности троих специалистов: Роба Хорша, Стива Роджерса и Роба Фрейли. Все они пришли работать в компанию в начале 1980-х годов. В течение следующих двадцати лет они совершили революцию в сельском хозяйстве. Робу Хоршу всегда «нравилось, как пахнет почва и исходящее от нее тепло». Даже мальчиком он всегда предпочитал «выращивать что-нибудь сам, а не покупать в магазине». Он сразу же сообразил, что работа в Monsanto – это шанс воплотить собственную мечту в колоссальном масштабе. Стив Роджерс, биолог из университета штата Индиана, напротив, сначала проигнорировал приглашение компании, расценивая перспективу такой работы как предложение «продаться» в индустрию. Однако, побывав в Monsanto, он обнаружил там не только кипучую исследовательскую атмосферу, но и финансовое изобилие – тот основной ресурс, которого всегда так не хватает в академических центрах. И он согласился. Роб Фрейли еще в молодости мечтал о сельскохозяйственных биотехнологиях. Он пришел в компанию после знакомства с Эрни Джаворски – дальновидным и смелым менеджером, который запустил в Monsanto биотехнологическую программу. Джаворски оказался не только прозорливым, но и благожелательным работодателем. При первой встрече с новичком, которая произошла в бостонском аэропорту Логан, Джаворски невозмутимо отнесся к заявлению Фрейли, сказавшего, что его цель – отобрать у Джаворски работу.

Все три группы исследователей Agrobacterium – лаборатория Чилтон, лаборатория ван Монтегю и Шелла и отдел Monsanto – рассматривали паразитическую стратегию бактерии как трамплин для манипуляций с генетикой растений. На тот момент было уже несложно вообразить, как при помощи стандартного арсенала молекулярной биологии, позволяющего «вырезать и вставлять», можно выполнить относительно несложную операцию: вставить в плазмиду Agrobacterium специально подобранный ген, который требуется доставить в растительную клетку. Далее, когда генетически модифицированная бактерия инфицирует хозяина, она внедрит нужный ген в хромосому растительной клетки. Agrobacterium – готовая система для доставки инородной ДНК в клетки растений, естественный генный инженер. В январе 1983 года на конференции в Майами Чилтон Хорш (от имени концерна Monsanto) и Шелл независимо друг от друга представили результаты собственных исследований, демонстрирующие, что Agrobacterium по силам такая инженерная задача. На тот момент все три группы уже подали патентные заявки на собственные методы генетической модификации с использованием Agrobacterium. Заявка Шелла была одобрена в Европе, но в США разгорелась тяжба, ходившая по судам до 2000 года (все началось из-за разрыва между Чилтон и Monsanto). Наконец патентвсе-таки достался Чилтон и ее новому работодателю, компании Syngenta. Учитывая, какие стычки в духе Дикого Запада происходили при патентовании интеллектуальной собственности, вряд ли кто удивится, узнав, что на этом история не закончилась. Некоторое время Monsanto работала над сделкой о слиянии с Syngenta, и сделка оценивалась в 45 миллиардов долларов. Однако в 2016 году вмешалась фармацевтическая компания Bayer, которая приобрела Monsanto за ошеломительные 66 миллиардов долларов.