О вреде ГМО говорят по всему миру. Все, кроме ученых. Специалисты по генной инженерии считают, что это наиболее безопасный и современный метод выведения новых сортов и спасение человечества от многих болезней. При этом отрасль очень сильно зарегулирована, и это приводит к совершенно неожиданным последствиям.

Рассказывает гость программы «Вопрос науки» Михаил Гельфанд — доктор биологических наук, профессор, вице-президент «Сколтеха» по биомедицинским исследованиям, заведующий лабораторией Института проблем передачи информации им. Харкевича РАН, профессор факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ, «Сколтеха».

Инструмент для точечного редактирования генома

Что имеют в виду, когда говорят про виды генной модификации? Если отталкиваться от определения, то это вставление фрагментов генома из другого организма в геном нужной культуры. Существуют разные технические способы, как это сделать. Если раньше экспериментальная техника не позволяла точно выбирать место, куда вставить фрагмент генома, то современные методы позволяют вставить его ровно в то место, в которое мы хотели.

Нужно понимать, что генно-модифицированные организмы и генная инженерия — это не синонимы. Генная модификация — это когда вы вносите что-то снаружи, а внутренних модификаций может быть сколько угодно разных: можно усиливать работу одних генов, ослаблять другие и даже ломать какие-то гены, если они вам не нужны. Это все генная инженерия, но это не ГМО в строгом смысле. Вы можете редактировать, точечно какие-то нуклеотиды менять, по одной буквочке. Это то, за что Нобелевскую премию дали в этом году — инструмент для точечного редактирования генома.

На самом деле это не одна техника, это сразу целый круг экспериментальных техник, очень разнообразных. С помощью этого инструмента можно много всего хорошего делать. Классическое геномное редактирование — это точечные изменения. В принципе, их можно делать традиционной селекцией. Мы можем ждать, пока произойдет та мутация, которая нам нужна, а можем этот процесс ускорить.

В традиционной селекции, кстати, мутагенез тоже ускоряют, облучая семена или протравливая какими-нибудь мутагенами и потом отбирая из того, что получилось. Многие классические сорта получены случайным мутагенезом под действием какого-то мощного внешнего источника: радио- или химического — а потом, соответственно, отбором

В 1950–1960-е годы именно так и делали.

Генная модификация — это более цивилизованный способ делать то, что мы хотим, не устраивая случайный мутагенез, а потом отбор, а устраивая целенаправленный мутагенез. Но если мы говорим именно про генную модификацию, сколько ни облучай рис, ген подсолнечника в нем не заведется. Это результат, которого дождаться в классической селекционной работе невозможно. В природе это может случиться раз в миллион лет — называется «горизонтальный перенос генов».

Уровень успеха или неуспеха оценить очень трудно. Когда речь идет про случайный мутагенез, то на опытном поле нужно вырастить тысячи и десятки тысяч растений, затем выбрать из них те единицы, которые нам нравятся, посмотрев все образцы. Затем их нужно очень долго скрещивать, чтобы отобрать именно ту мутацию, которая нам нужна. Если же речь про генную инженерию с переносом генов между организмами, это технически тяжело. Ведь нужно, чтобы ген не просто вставился, а чтобы он начал работать, причем начал работать в правильной ткани, так как нам хочется, в правильное время. Когда мы делаем золотистый рис, мы хотим, чтобы каротин вырабатывался именно в семенах, а не в листьях или где-то еще. И в этом смысле это все-таки тяжелая работа. Посмотрите, с какой скоростью выводятся новые сорта — это малые десятки новых сортов в год. Порядок примерно такой, но мы не знаем знаменателя — мы не знаем, над каким количеством культур люди работают, и не видим их неудач.

Генная инженерия — это техника, и, как любую технику, ее можно применять любым способом. Например, я могу себе представить сумасшедшего ученого, который хочет отравить своего злейшего врага помидорами, вставив в эти помидоры гены бледной поганки, и продуцирует этот продукт. Но это очень непростой способ. Гораздо проще накормить врага самой бледной поганкой, выдав ее за шампиньон.

Признаки, которые мы хотим усилить

Про многие признаки мы знаем, какие гены за них отвечают, особенно если это какие-то метаболические возможности. Как в случае с золотистым рисом, который производит каротин, витамин А, мы понимаем, какие гены подсолнечника за это отвечают. Когда люди взялись за производство артемизина (лекарства от малярии, которое в норме производит полынь), они нашли гены, которые кодируют синтез этого вещества, и с дикими усилиями перетащили их в дрожжи. Когда люди заставляли бактерии делать человеческий инсулин, они тоже знали, какой ген кодирует инсулин.

Если мы говорим про что-то более сложное, например устойчивость к засухе, ясно, что этот признак зависит от многих генов, но какие-то компоненты тоже понятны. Условно говоря, мы можем вставить какой-то водный насос и это будет влиять на устойчивость к засухе. Как это делается? Мы берем растение и классическими и генетическими методами в соединении с новыми возможностями секвенирования ищем гены, которые отвечают за определенные признаки. Находим обычно не один ген, а много. А потом мы их можем по одному таскать в нашу культуру — по отдельности или в комплексе — и смотреть, стало лучше или не стало.

Опыты проводятся на модельных растениях, которые выращивает лаборатория. Как генетику делают на дрозофилах, так и у растительных биологов тоже есть свои любимые цветочки, с которыми они работают. Дальше это все попадает в регулирующее агентство.

Есть две технологии, которые регулируются страшным образом: это атомные станции и генно-инженерные организмы. Там регуляторика совершенно кошмарная. И от этого имеется забавное следствие

Часто приходится слышать, что генно-модифицированные организмы — это способ транснациональных компаний завоевать мир. Большие монополисты, такие как Bayer, Monsanto, Syngenta, устраивают олигополию на этом рынке. Но это на самом деле в значительной степени не следствие их рыночной стратегии (хотя не без этого), а как раз следствие того, что регуляторные механизмы таковы, что маленькая компания просто не может через них пробиться. Маленькая биотехнологическая компания не сможет зарегистрировать новый сорт, потому что она 30 раз исчерпает все свои фонды, пока будет проходить эти этапы регистрации. Поэтому через регистрацию может пробиться только большая компания. Поэтому это олигополия, которая создается в значительной степени не за счет экономических, а за счет административных механизмов.

Классическую селекцию, к которой все привыкли, так никто не проверяет. А мы уже говорили, что за один признак может отвечать много генов. Но верно и обратное: один ген может отвечать за много признаков. Были чудесные примеры, когда отбирали картофель на красоту клубня, а заодно случайно отобрали на повышенное содержание соланина в этом клубне. Соланин — это алкалоид, это то, почему не надо есть ягоды картофеля. Он производится в листьях и ягодах, в клубне в норме его нет, если только клубень не позеленел. Вот если клубень позеленел, то, значит, там соланин уже есть. И эти сорта попали в продажу, а потом были изъяты, потому что народ начал травиться этим самым соланином. То есть на самом деле классической селекцией создать если не монстра, но что-то не вполне желательное тоже реально.

Был такой случай. В культуру сои пересадили ген бразильского ореха для увеличения жирности, маслянистости. И у людей с аллергией к орехам в ответ появилась кросс-аллергия к этой сое. Это единственный такой случай, и его отловили на ранней стадии регуляторики — до магазинов он не дошел.

ГМО vs традиционные сорта

Недавно вывели на рынок аргентинскую пшеницу. С генно-инженерной точки зрения это несомненный успех. С психологической точки зрения это тоже успех. А будет ли это успех экономический, это мы посмотрим, но, скорее всего, будет. Здесь есть что обсудить. Новая линия может оказаться настолько успешной, что вытеснит все кругом, включая какие-то традиционные сорта, которые жалко потерять, потому что они — источник потенциального генетического разнообразия для будущих селекционеров. И это же верно для любого успешного сорта. В этом смысле опять-таки никакой генно-инженерной специфики нет. Я бы объявил какие-то области — скажем, Перу — заповедником и запретил бы там сажать помидоры, кроме тех, которые там сажали последние несколько тысяч лет. Просто не продавать им семена снаружи. А тех, кто везет туда семена снаружи, наказывать как торговцев наркотиками. Когда у нас есть очень успешные индустриальные сорта, важно, чтобы традиционные сорта не исчезли, потому что они являются потенциальным источником разнообразия, которое нам может понадобится в будущем. И вообще, это часть культурного наследия в каком-то смысле. Вот есть на рынке 40 разновидностей помидоров из Перу, и было бы жалко это потерять.

Вторая вещь, которую все боятся, что генно-модифицированный сорт скрестится с каким-то диким растением и модифицированный ген побежит гулять по свету уже неконтролируемо. На это есть два ответа. Первый: как правило, ему скрещиваться не с кем, потому что в природе скрещиваться могут только очень близкие виды. И если вы сажаете в Европе генно-модифицированную картошку, то она с местным пасленом не скрестится, потому что это слишком разные растения.

Вы можете всю Европу засадить генно-модифицированной кукурузой, и пыльца будет носиться ветром туда-сюда, но новый ген из этой кукурузы ни в кого не попадет, потому что не в кого

Теосинте — прародитель кукурузы — в Европе не растет и никогда не рос. Только близкие сорта могут скрещиваться. Генно-модифицированный рапс, например, вполне может скреститься с какой-нибудь сурепкой.

То есть первый ответ звучит так: просто следите, что и где сажаете, и не надо сажать генно-модифицированные растения там, где у них есть близкий дикий родственник. Второй ответ такой: эта гадкая Monsanto, которая хочет себе подчинить весь мир, делает такие генно-модифицированные семена, из которых вырастает нормальное хорошее растение, которое при этом не дает потомства. Каждый раз нужно у Monsanto покупать эти семена. И надо понимать, что семеноводство и сельское хозяйство разделено во всем мире. Нет таких фермеров, которые мешок пшеницы отложили на следующий год, чтобы сажать, а остальное пустили на муку. Сейчас семена в любом случае покупают. И кстати, очень многие семена, которые применяются в традиционной селекции, тоже бесплодны. Если вы пойдете в магазин и купите там пакетик семян огурцов, то с большой вероятностью, если вы высадите потомство этих огурцов на следующий год, у вас ничего не вырастет. Это так называемые гибриды первого поколения: когда скрещивают очень далекие линии, получается очень сильный потомок, но бесплодный.

Есть технология, которая позволяет избежать «убегания генов». Это было сделано для экономических целей, но работает еще и в сторону экологических. Регулятор может заставить все генно-модифицированные растения быть такими, никто не мешает. И нужно просто выбирать, что и где сажать.

Можно ли воскресить мамонта?

Как я отношусь к идее восстановления вымерших животных? Смотря какие животные. Но даже если есть очень близкий современный вид — это все равно тяжело. Даже если вы знаете геном мамонта, то одного знания генома недостаточно, чтобы восстановить животное... Вы можете даже синтезировать эту молекулу ДНК, но вам ее еще надо правильно запихать в клетку и правильно модифицировать, чтобы работали те гены, которые нужны. Поэтому впрямую это дело безнадежное.

Что можно пытаться сделать теоретически — это откручивать эволюцию назад, а потом вперед по другой линии. Если взять, например, мамонта и слона, у них будет несколько миллионов отличий в геноме. Вы можете восстановить геном общего предка. Затем вы можете взять яйцеклетки современного слона и начать тем самым геномным редактированием, за которое дали Нобелевскую премию, по одной буквочке вносить изменения и всякий раз клонировать... Восстановите общего предка, а потом пустите эволюцию по мамонтовой ветке — начнете сносить модификации в сторону мамонта. Это требует безумного времени, абсолютно безумных денег и, кроме того, с большой вероятностью все равно не получится, потому что существенны не только отличия, но и то, в каком порядке они происходили, к сожалению. Это называется эпистаз. Эволюция, к сожалению, ходит не по равнине и не по мягким холмам, а по извилистым тропинкам.