ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Результат многовекового искусственного отбора: кукуруза и дикий теозинт (слева), от которого она произошла

Всем известно, как сложно избавиться от сорняков. Это такие же растения, как и злаки, но которые интенсивностью своего развития и занимаемых территорий «забивают» злаки. Как же искоренить сорняки, не навредив злакам? В идеале нужна некая «пропускная система», которая не позволит проникнуть ни одному растению, не обладающему «защитной меткой». В таком случае растения без «метки» (сорняки) будут уничтожаться, а «помеченные» (злаки) – сохраняться. Благодаря генной инженерии крестьяне и садовники обзавелись такой системой – она была разработана компанией Monsanto и называется Roundup Ready. Roundup (химическое наименование – глифосат) – это гербицид широкого профиля, открытый Джоном Францем, который убивает практически любые растения. Но при помощи генной инженерии ученые из Monsanto также смогли вывести сорта растений линии Roundup Ready, обладающие «врожденной» устойчивостью к этому гербициду и превосходно растущие там, где сорняки гибнут от химиката. Сегодня устойчивостью к Roundup в США обладают большинство посевов кукурузы и сои. Естественно, такая практика коммерчески выгодна: фермеры, покупающие модифицированные семена Monsanto, вынуждены покупать и гербицид от этой компании. На самом деле такой подход благоприятен и для окружающей среды. Как правило, фермер вынужден использовать целый букет химикатов – каждый химикат травит конкретный сорняк, но щадит злаки. Приходится защищаться от многих групп потенциально вредных растений. При применении же единственного гербицида для защиты всех культивируемых растений окружающая среда загрязняется в меньшей степени, а сам гербицид Roundup быстро разлагается в почве.

Увы, сорняки точно так же, как бактерии и раковые клетки, превосходно развивают генетическую сопротивляемость к инородным веществам. Именно это произошло по мере того, как Roundup стал использоваться все активнее. В 1996 году было произведено 13,5 тысячи тонн гербицида, а в 2012 году – более 110 тысяч тонн. За это время свинорой пальчатый (Cýnodon dáctylon) – травянистое растение из семейства злаков – и многие другие сорняки развили устойчивость к Roundup, усилив ген, кодирующий мишень глифосата, – EPSP-синтазу. «Давно прошли те дни, когда можно было дважды в год выйти в поле, распылить Roundup и идти домой», – признается Майк Питцик, фермер из Небраски. Весьма предсказуемый и поэтому грустный финал истории с Roundup, возможно, еще и окажется историей с эпилогом. Фермеры осваивают все более токсичные гербициды, а ВОЗ тем временем охарактеризовала глифосат как «вероятный канцероген». Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запустило повторную экспертизу Roundup – впервые с 1993 года. Следует ожидать, что толпа противников генетической модификации (как и в истории с пламенной риторикой и тщательно поданной дезинформацией, чем отметились «дискуссии» по поводу генетически модифицированных организмов) клянет Roundup как источник всевозможных болезней – от аутизма и синдрома гиперактивности до непереносимости глютена. Monsanto, в свою очередь, наконец-то решила предпринять контратаку против беспочвенного нагнетания страхов, запустив сайт Just Plain False («Просто чушь»), где развенчиваются многочисленные мифы, связанные с самой компанией и генетически модифицированными злаками в целом.

Фермерам приходится бороться не только с сорняками. К сожалению, развитие сельского хозяйства оказалось благом не только для наших предков-крестьян, но и для растительноядных насекомых. Вообразите, что вы – насекомое, питающееся пшеницей и родственными дикими травами. Давным-давно, много тысяч лет тому назад, вам приходилось отправляться в дальние вылазки, преодолевать огромные расстояния, чтобы найти себе пропитание. Затем возникло земледелие, и люди так любезно стали потчевать вас до отвала. Неудивительно, что злаки приходится оберегать также от насекомых-вредителей. Что касается борьбы с насекомыми, то уничтожить их гораздо легче, чем сорняки, – можно разработать такие яды, которые действуют на животных, но не на растения. Проблема состоит в другом: и человек, и ценный скот, и домашняя птица – тоже животные.

Истинные масштабы рисков, связанных с использованием пестицидов, оставались без особого внимания, пока Рейчел Карсон не стала документировать эту информацию. Оказалось, что пестициды, основанные на устойчивых соединениях хлора, например 1,1,1-трихлор-2,2-бис(4-хлорфенил)этан (ДДТ), который запрещен в Европе и Америке с 1972 года, разрушительно воздействуют на окружающую среду. Кроме того, существует опасность, что остаточное количество этих пестицидов попадет в пищу. В малых дозах этот инсектицид, пожалуй, не смертелен – в конце концов, они разрабатывались в качестве отравы для животных, отстоящих на эволюционной лестнице довольно далеко от нас. Однако остаются опасения по поводу их возможных мутагенных эффектов, которые могут вызывать рак и врожденные дефекты развития. В качестве альтернативы ДДТ появилась группа фосфорорганических пестицидов, в частности тиофос. Плюсом этих веществ стал их быстрый распад после применения – они не задерживаются в экосистеме. С другой стороны, они еще токсичнее, чем ДДТ; например, газ зарин, примененный в террористической атаке в токийском метро в 1995 году, относится как раз к фосфорорганическим соединениям.

Даже результаты научных решений, результатом которых стало использование естественных, «природных» химикатов, сопровождались неприятной «отдачей». В 1960-е годы химические компании приступили к разработке синтетической разновидности пиретрина, естественного инсектицида, добываемого из далматской ромашки. Такие вещества в течение более чем десяти лет помогали контролировать численность полевых насекомых-вредителей, но, что неудивительно, из-за широкого применения этих химикатов возникли резистентные к пиретрину популяции насекомых. Еще худшей проблемой оказалось то, что пиретрин хоть и натурален, но отнюдь не безвреден для человека. На самом деле, как и многие инсектициды растительного происхождения, он может быть довольно токсичен. Когда пиретрин испытывали на крысах, у животных развивались симптомы, напоминающие болезнь Паркинсона, и в настоящее время эпидемиологи отмечают, что этот недуг чаще встречается в сельской местности, чем в городах. В целом – хотя достоверных данных очень мало, – по оценкам Агентства по защите окружающей среды (EPA), среди американских фермеров ежегодно может насчитываться 10–20 тысяч случаев заболеваний, вызванных пестицидами.

Фермеры, пользующиеся лишь органическими технологиями, придумывают свои хитроумные методы, чтобы работать без пестицидов. Один из них – применение токсинов бактериального происхождения (или самих бактерий) для защиты растений от насекомых-вредителей. Бактерия Bacillus thuringiensis в естественной природе поражает клетки кишечника насекомых и питается веществами, вытекающими из пораженных клеток. Поврежденный бактериями кишечник парализуется, и насекомое гибнет одновременно от истощения и от повреждения тканей. Bacillus thuringiensis была открыта в 1901 году, когда эта бактерия в прямом смысле «выкосила» популяцию японского шелковичного червя, но видовое название получила лишь в 1911 году, когда вызвала эпидемию в популяции мучной моли в немецкой земле Тюрингии. В качестве пестицида ее впервые использовали во Франции в 1938 году, причем изначально считалось, что эта бактерия опасна только для гусениц (личинок моли и бабочек). Однако другие штаммы Bacillus thuringiensis впоследствии оказались эффективны для борьбы против пчелиных и мушиных личинок. Наиболее удобным было то, что эти бактерии паразитируют именно на насекомых: в кишечнике у большинства животных кислотная среда (то есть низкое значение pH), а среда в кишечнике личинок насекомых сильно щелочная (высокое значение pH) – и именно в ней активируется токсин Bacillus thuringiensis (Bt).