ДНК. История генетической революции - Джеймс Д. Уотсон

Животные и растения втянуты в эволюционную «гонку вооружений»: так природа благоприятствует растениям, которые становятся все более ядовиты, а травоядные все эффективнее справляются с защитными свойствами растений, прекрасно их переваривая. Некоторые животные взяли на вооружение хитрые контрмеры. Например, существуют гусеницы, которые свертывают лист в трубочку, прежде чем жевать его. Солнце не проникает в такую трубочку, поэтому и фуранокумарины не включаются в химические реакции.

Внедрение конкретного Bt-гена в злаки – лишь один из способов, которым человек как заинтересованная сторона может оказать растениям помощь в эволюционной гонке. Нам не следует удивляться, что вредители в конечном итоге развивают устойчивость к конкретному токсину. В конце концов, такая реакция – лишь следующий ход в издревле разыгрывающейся партии под названием эволюция. Когда произойдет очередной шаг, фермеры, возможно, обнаружат, что в природе есть множество токсичных, похожих на Bt штаммов, и именно такое разнообразие дает возможность выхода из замкнутого эволюцией пространства. Например, когда вредители приобретают устойчивость к одному Bt-штамму, его можно просто заменить другим.

Современные биотехнологии позволяют не только защитить растения от вредителей, но и вывести на рынок более привлекательную продукцию. К сожалению, иногда даже умнейшие биотехнологи не в силах разглядеть «лес за деревьями» (или плоды за посевами). Именно такая история приключилась с Calgene – инновационной калифорнийской компанией. В 1994 году Calgene была отмечена тем, что стала производить самый первый генетически модифицированный продукт, попавший на полки супермаркетов. Calgene решила важнейшую проблему, связанную с выращиванием томатов: как доставлять на рынок спелые овощи, а не собирать их еще зелеными (традиционная практика). Однако, празднуя технологический триумф, компания упустила самую суть: их помидоры, довольно неудачно названные FlavrSavr, поскольку никаким особым ароматом они не отличались, к тому же получились невкусными и совсем недешевыми. Помидоры FlavrSavr относительно недолгое время просуществовали на рынке и стали первым генно-модифицированным претендентом на выбывание.

Технология, использованная Calgene, была весьма интересной. Известно, что при созревании помидоры размягчаются – за это отвечает особый ген, кодирующий фермент под названием полигалактуроназа (ПГ); этот фермент размягчает плод, разрушая в нем клеточные стенки, что делает их более восприимчивыми к повреждениям от грибковых инфекций. Поскольку мягкие помидоры сложно транспортировать, их обычно собирают, пока они еще зеленые (и, соответственно, крепкие), а затем оставляют доспевать под действием газа этилена. Сбор помидоров в незрелом состоянии позволяет упростить обработку и увеличить срок хранения. В случае с FlavrSavr генетическая трансформация не предусматривала встраивание какого-либо гена, касаясь лишь удаления гена полигалактуроназы, фермента, катализирующего расщепление пектина, что приводило к появлению помидоров с повышенной мягкостью. Они внедрили в помидоры обратную копию гена полигалактуроназы, который комплементарен фрагменту мРНК, благодаря чему способен образовывать с мРНК гибрид и ингибировать ее нормальную трансляцию на рибосомах. Таким образом, ген олигалактуроназы переставал синтезировать размягчающий пектин фермент. Поскольку при отсутствии полигалактуроназы помидоры получались более крепкие и лежкие, то открывалась возможность доставлять эти овощи на полки магазинов более спелыми и свежими. Однако Calgene, преуспевшая в молекулярном чародействе, упустила нюансы простейшей культивации помидоров. Один земледелец, нанятый на работу в компанию, отозвался об этом так: «оставьте молекулярного биолога на ферме, и он умрет с голоду». Тот сорт помидоров, который взялись модифицировать в Calgene, оказался абсолютно пресным и почти безвкусным: никакого «аромата», который стоило бы сохранять, там не наблюдалось, была одна лишь «свежесть». С технологической точки зрения это был успех, а с коммерческой – провал.

Потенциально наиболее важный вклад растениеводства в благосостояние человека, возможно, заключается в том, что агрономы смогли оптимизировать питательность сельскохозяйственных культур, частично устранив их естественные продовольственные недостатки. Обычно растения бедны аминокислотами, важными для жизнедеятельности человека, поэтому те из нас, кто придерживается чисто вегетарианской диеты, могут страдать от дефицита тех или иных аминокислот. Благодаря генной инженерии растение накапливает более полноценный набор питательных веществ, в том числе аминокислот, по сравнению с немодифицированными культурами, которые выращиваются и используются в пищу.

Например, в 1992 году, по оценке ЮНИСЕФ, около 124 миллионов детей по всему миру страдали от опасного дефицита витамина А. В результате ежегодно фиксировалось около полумиллиона случаев ретинопатии; многие из этих маленьких пациентов даже умирали, не дождавшись витамина А. Поскольку рис не содержит витамина А или его биохимических предшественников, такие «обделенные» витамином А популяции сосредоточены в основном в тех регионах, где основу рациона составляет рис.

Международная программа, финансируемая в основном Фондом Рокфеллера (организация некоммерческая и, следовательно, неуязвимая для типичных нападок противников ГМО – фонд не обвинишь в коммерческих или эксплуататорских намерениях), позволила разработать так называемый золотой рис. Хотя в таком рисе не содержится витамина А как такового, в нем есть важнейший предшественник этого витамина – бета-каротин (придающий моркови ярко-оранжевый цвет, а золотому рису – более бледный оранжевый оттенок, которым и объясняется такое название). Однако те, кто занимается гуманитарной помощью, знают, что причины плохого питания могут быть сложнее, чем недостача одного элемента: так, предшественники витамина А в кишечнике лучше всего всасываются в присутствии жира, но голодающие, в помощь которым был выведен золотой рис, зачастую совсем не употребляют в пищу жиров. Тем не менее золотой рис – это хотя бы первый шаг в верном направлении. Это пример, который показывает, что генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры действительно могут облегчить жизнь человека; это пример технологического решения социальных проблем.

Мы пока еще только в самом начале великой революции генных модификаций в растениеводстве, едва начинаем изучать невероятно большое поле новых потенциальных вариантов применения ГМО. Генно-модифицированные растения смогут обеспечить нас нужными питательными веществами, когда-нибудь они, возможно, станут средством для перорального приема вакцинных препаратов. Если, допустим, методом генной инженерии вывести банан, синтезирующий белок вакцины от полиомиелита, – который останется в целости и сохранности, ведь бананы обычно и перевозят, и употребляют сырыми, то когда-нибудь вакцину от полиомиелита можно будет доставлять в регионы, где нет бесплатной медицинской инфраструктуры. Растения также могут послужить для не столь «жизненно важных», но все равно крайне полезных целей. Например, одна компания преуспела в интродукции хлопка, естественным образом синтезирующего разновидность полиэстера и, таким образом, дающего натуральную хлопчато-полиэстеровую смесь. С учетом возможных перспектив, открывающихся с использованием растений-ГМО, мы можем снизить зависимость от химического производства (например, получение полиэстера – это один из таких процессов) и избавиться от побочных продуктов, загрязняющих окружающую среду, генная инженерия открывает огромные возможности по защите окружающей среды.