ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

В эпоху рекомбинантной ДНК и соответствующих технологий успех использования Bacillus thuringiensis в качестве пестицида вдохновил генных инженеров. Что если не распылять бактерию на посевы, а генно-инженерными методами внедрить ген Bt-токсина в геном злаков? Фермеру больше никогда не придется обрабатывать свои посевы пестицидами, поскольку растения станут ядовиты для насекомых, которые попытаются их поедать (но не ядовиты для человека). Этот метод обладает по меньшей мере двумя достоинствами по сравнению с традиционным распылением пестицидов на полях. Во-первых, мы будем уничтожать только тех насекомых, которые поедают нужные нам агроинженерные культуры, безвредные насекомые не пострадают, не то что в случае с распылением. Во-вторых, после внедрения гена Bt-токсина в растительный геном этот ген будет воспроизводиться во всех клетках растения. Это будет происходить из-за того, что в трансгенных сортах первого поколения продукция, кодируемая этим геном Bt, присутствует во всех частях растения, даже в тех, которые насекомыми не поражаются.

Сегодня существует множество модифицированных культур с геном Bt, в том числе кукуруза, картофель, хлопок, соя. В результате использования Bt удалось радикально сократить использование пестицидов. В 1995 году хлопководы в дельте Миссисипи опрыскивали поля в среднем 4,5 раза за сезон. Всего через год, когда прижился Bt-модифицированный хлопок, этот средний показатель – в пересчете на все хозяйства, в том числе те, где выращивают немодифицированный хлопок, – упал до 2,5 раза. По некоторым оценкам, с 1996 года благодаря культивации Bt-модифицированных злаков ежегодное потребление пестицидов в США снизилось на 7,5 миллиона литров. В последнее время я не бывал на хлопчатниках, но готов поспорить, что на рекламных щитах больше не расхваливают инсектицидные ядохимикаты; подозреваю, что на место рекламы пестицидов триумфально вернулась реклама кремов для бритья. Другие страны также начинают с пользой применять эти культуры: в Индии и Китае благодаря выращиванию Bt-хлопка удалось сократить применение пестицидов на тысячи тонн.

Биотехнологии позволили повысить сопротивляемость растений и в отношении других традиционных сельскохозяйственных напастей; речь идет о предотвращении болезней, а сам процесс отдаленно напоминает прививку. Мы же вводим нашим детям аттенуированные штаммы различных микробов, чтобы сформировать иммунный ответ. У детей появятся антитела, которые защитят их от заболевания, когда организм столкнется с полноценной инфекцией. У растения, строго говоря, нет иммунной системы, но примечательно: если привить ему определенный вирус, то впоследствии у растения развивается устойчивость к другим разновидностям того же вируса. Роджер Бичи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе осознал, что такой феномен «перекрестной защиты» позволит генетикам-инженерам «иммунизировать» растения против опасных заболеваний. Он попытался внедрить ген капсидной оболочки вируса и проверить, получится ли таким образом организовать перекрестную защиту, не инфицируя растение вирусом как таковым. Действительно, получилось. По какой-то причине при наличии в клетке гена вирусной оболочки вторгающиеся в растение вирусы такую клетку не трогают.

Bt-модифицированный хлопок. Генетически модифицированный хлопок, синтезирующий Bt-токсин, смертельный для насекомых (справа), бурно растет, а обычный хлопок дочиста съеден вредителями

Благодаря методу Роджера Бичи удалось спасти гавайские плантации папайи. В период с 1993 по 1997 год урожаи папайи на островах упали на 40 % из-за того, что туда занесли вирус кольцевой пятнистости дынного дерева. Тогда одна из основных отраслей хозяйства на Гавайях оказалась под угрозой исчезновения. Внедрив в геном папайи ген, лишь частично кодирующий оболочку вируса, ученым удалось вывести растения, невосприимчивые к вирусу, и плантации папайи были спасены.

Позже ученые из Monsanto таким же безвредным методом смогли побороть распространенную болезнь картофеля, которую вызывает вирус картофеля X. (Названия у вирусов картофеля скучные. Еще есть вирус картофеля Y.) К сожалению, McDonalds и другие ведущие игроки бургерного бизнеса опасались, что за использование таких модифицированных клубней их станут бойкотировать противники генно-модифицированной пищи. Поэтому крупнейший закупщик картофеля в США продолжает сторониться генно-модифицированного картофеля, и сейчас цена на картошку фри неоправданно завышена в том числе по этой причине.

Природа «изобрела» встроенные защитные системы за миллионы лет до того, как генетики-биоинженеры принялись внедрять гены Bt в культурные растения. Биохимикам известен целый класс растительных веществ, которые не участвуют в общем метаболизме растения, но защищают растение от травоядных животных и других потенциальных вредителей. Иногда обычное растение просто сочится химическими веществами и токсинами, которыми оно обзавелось в ходе эволюционного развития. Разумеется, естественный отбор всегда поддерживал только те растения, которые изобилуют такими гнуснейшими вторичными продуктами, поскольку эти растения меньше страдают от травоядных. Многие вещества, которые человек, получая их из растений, научился использовать для медицинских нужд (так, например, дигиталис из наперстянки при точной дозировке показан при лечении заболеваний сердца), в качестве стимуляторов (кокаин из растения коки) или пестицидов (пиретрин из далматской ромашки), относятся именно к таким вторичным продуктам. Эти вещества, ядовитые для естественных врагов растения, образуют его тщательно выработанный защитный арсенал.

Брюс Эймс создал одноименный генетический тест с использованием бактерий Salmonella typhimurium. Тест предназначен для оценки мутагенного потенциала химических соединений. Положительный результат в тесте показывает, что химическое вещество может обладать канцерогенными свойствами. Так как малигнизация часто связана с повреждением ДНК, тест также может быть использован в качестве экспресс-метода для оценки канцерогенного потенциала различных химических соединений, Так вот, Эймс отмечал, что химические соединения, содержащиеся в нашей пище, столь же летальны, как и синтетические, которые нам так не нравятся. Например, он рассказывает об опытах на крысах, в которых использовался обычный кофе.

В химическом защитном арсенале, которым пользуются растения, есть интересная группа веществ – фуранокумарины. Они становятся токсичными, только если их облучать ультрафиолетом. Благодаря такой адаптации токсины активируются только после того, как травоядное животное начинает жевать растение, нарушая целостность клеток, – так их содержимое оказывается на солнечном свету. Фуранокумарины есть в кожуре лайма, и именно из-за них произошла вспышка странной болезни, поразившая карибский курорт компании Club Med еще в 1980-е годы. У некоторых отдыхающих появился жуткий зуд в области бедер – оказывается, все они играли в игру, где нужно было передавать друг другу лайм, не пользуясь руками, ступнями или головой. На жарком карибском солнце в игру «включились» фуранокумарины в истерзанном лайме, которые жестко отыгрались на человеческой коже.