ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Сначала считалось, что возможности внедрения Agrobacterium распространяются только на определенные растения. К ним, увы, не относилась ключевая сельскохозяйственная группа, в которую входят пищевые злаки, и в частности кукуруза, пшеница и рис. Однако, с тех пор как Agrobacterium дала толчок генно-инженерным исследованиям растений, генетики усердно работали над самой бактерией, и технический прогресс позволил распространить сферу досягаемости бактерии даже на самые «непокорные» злаки. До появления этих инноваций приходилось полагаться на довольно стихийный, но тем не менее эффективный способ внедрения нужной ДНК в клетки кукурузы, пшеницы или риса. Нужный ген прикрепляется к крошечной золотой или вольфрамовой крупинке, которую мы затем просто выстреливаем в клетку (как пулю). Успех фокуса состоял в том, чтобы крупинка проникала в клетку, но не прошивала ее навылет! Этот метод не столь изящен, как природный у Agrobacterium, но тем не менее срабатывал.

Такую «генную пушку» в начале 1980-х годов разработал Джон Сэнфорд, трудившийся на опытной сельскохозяйственной станции Корнелльского университета. Он экспериментировал с луковицами, поскольку у луковицы крупные клетки, с которыми удобно работать. Сэнфорд вспоминал, что в его лаборатории пахло горелым луком и порохом, как в ресторанчике: такой импровизированный «Макдоналдс» на стрельбище. Поначалу его изобретение воспринимали скептически, но в 1987 году Сэнфорд рассказал о своей ботанической пушке на страницах журнала Nature. В 1990-е ученые напрактиковались стрелять генами из этого устройства в кукурузу – а это важнейший в Америке злак, который служит не только пищей, но и биотопливом. В одном лишь 2015 году в Америке вырастили кукурузы на 52 миллиарда долларов.

Генная пушка для выстреливания ДНК

Кукуруза – уникальный представитель американских злаков; уже давно эта культура высоко ценитсяв растительные клетки не только как пищевая, но и как семенная. С финансовой точки зрения семеноводство всегда казалось убыточным бизнесом: крестьянин покупает у вас семена, но впоследствии он может оставить на семена часть того зерна, которое вырастил сам, и уже никогда не будет покупать семена у вас. Американские компании, торговавшие семенами кукурузы, справились с проблемой таких разовых заказов в 1920-е годы, рекламируя гибридную кукурузу. Такие семена получались от скрещивания двух конкретных генетических линий. Гибрид получался высокоурожайным и поэтому был очень привлекателен для фермеров. Менделевские механизмы размножения устроены так, что в данном случае невозможно будет использовать на семена часть полученного урожая (то есть семена, полученные от скрещивания двух гибридных растений). Дело в том, что у большинства семян не будет тех высокоурожайных свойств, которые есть у исходного гибрида. Поэтому фермеру приходится каждый год вновь обращаться в семеноводческую компанию и закупать новую партию высокоурожайных гибридных семян.

Крупнейшая американская компания, работающая в этой отрасли, DuPoint Pioneer (ранее называлась Pioneer Hi-Bred) долго вела свою деятельность лишь в пределах Среднего Запада. Сегодня компания контролирует около 35 % американского рынка семян кукурузы, а в 2014 году продала товара на семь миллиардов долларов. Эту компанию основал в 1926 году Генри Уоллес, впоследствии ставший вице-президентом в администрации Франклина Д. Рузвельта. Каждое лето компания приглашала на работу 40 тысяч старшеклассников, чтобы аккуратно собрать гибридную кукурузу. Две родительские линии выращиваются в соседних загородках, а затем наемные «жнецы» руками обрывают мужские соцветия (метелки), производящие пыльцу одной генетической линии, пока они не успели созреть. Следовательно, в дальнейшем источником пыльцы служит только кукуруза другой линии, и все семена, полученные с растений с оборванными метелками, однозначно получатся гибридными. Даже сегодня на такую сезонную работу привлекаются тысячи человек; например, в 2014 году компания Pioneer наняла 16 тысяч рабочих.

Одним из первых клиентов Pioneer был Росуэлл Гарст, фермер из Айовы. Он впечатлился уоллесовскими гибридами и приобрел лицензию на продажу семенного зерна Pioneer. Двадцать третьего сентября 1959 года, когда в холодной войне между СССР и США наступила небольшая оттепель, первый секретарь ЦК КПСС Никита Сергеевич Хрущев посетил ферму Гарста, чтобы поближе познакомиться с американским сельскохозяйственным чудом и его главной составляющей – гибридной кукурузой. Нация, власть над которой Хрущев принял после Сталина, ударными темпами проводила индустриализацию, не уделяя должного внимания развитию сельского хозяйства, и новый лидер всерьез намеревался поправить положение. В 1961 году администрация Кеннеди одобрила продажу семенной кукурузыв СССР, а вместе с кукурузой стали поступать сельхозтехника и удобрения. Все это позволило всего за два года удвоить производство зерна кукурузы в СССР.

Компании, выращивающие гибридную кукурузу, каждый год нанимают на работу целую армию «жнецов», которые обрывают с растений мужские цветы – метелки. Таким образом предотвращается самоопыление, и созревающие семена гарантированно получаются гибридными, то есть являются плодом скрещивания двух разных линий кукурузы

«Кукурузный саммит» времен холодной войны: советский лидер Никита Хрущев с айовским фермером Росуэллом Гарстом (справа) в 1959 году

Сейчас, когда вокруг бушуют дискуссии о генно-модифицированных продуктах, важно осознавать, что мы уже несколько тысяч лет питаемся генно-модифицированной пищей. Действительно, и домашний скот (источник мяса), и сельскохозяйственные культуры, с которых мы жнем зерно, собираем фрукты и овощи, в генетическом отношении очень далеко ушли от своих диких предков в результате искусственного отбора и селекции.

Земледелие не возникло тысячи лет назад на пустом месте, тем более как полноценный род занятий довольно значительной части человечества. Многие дикие предки злаков были весьма непривлекательны для крестьянина: их было сложно выращивать, и они давали низкие урожаи. Чтобы земледелие смогло успешно развиваться, злаки требовалось модифицировать. Древние земледельцы понимали, что модификация должна быть унаследованной (мы бы сказали, «генетической»), если мы стремимся к тому, чтобы желательные признаки той или иной культуры передавались из поколения в поколение. Так наши предки-земледельцы развернули колоссальную программу генетической модификации. У них не было генных пушек и других подобных инструментов, поэтому вся работа зависела от своего рода искусственного отбора: крестьяне размножали лишь те особи, которые обладали нужными признаками (например, для размножения брали коров с максимально высокими надоями). Фактически крестьяне воспроизводили происходящий в природе естественный отбор: из всех доступных генетических вариантов выбирались те, которые гарантировали, что представители следующего поколения будут в избытке обладать полезными потребительскими качествами (в этом и состояла цель крестьян) либо будут более жизнеспособны (путь естественного отбора). Биотехнология сегодняшнего дня позволяет генерировать нужные варианты, не дожидаясь, пока обладающие ими особи вырастут естественным путем. В принципе, это всего лишь новейший метод в долгой последовательности различных практик, применявшихся для генетической модификации продуктов, используемых человеком.