Трансгенные растения: не вопреки природе

16.07.200748030

Затянувшийся спор о вреде и пользе генномодифицированных продуктов гораздо проще подвести к завершению, если есть четкое понимание предмета. Крайние точки зрения, высказываемые разными участниками этого спора, часто не являются научно обоснованными. Доктор биологических наук, профессор кафедры генетики и селекции СПбГУ Людмила Лутова полагает, что те изменения, которые могут быть вызваны технологиями генной модификации, не так страшны, как это преподносят оппоненты.



БАКТЕРИИ И РУЖЬЯ

– В чем принципиальное отличие методов генной инженерии от методов традиционной селекции?

– Обе технологии имеют единую цель – создание новых форм организмов, наделенных необходимыми нам признаками. Основные методы селекции – скрещивание и отбор. При скрещивании мы объединяем полные наборы генов двух разных организмов. Далее мы отбираем то потомство, которое несет интересующие нас гены, и с ним работаем. При каждом новом скрещивании гены снова перетасовываются. При этом есть существенное ограничение – скрещиваются между собой только близкородственные организмы, так как природа создала специальные клеточные барьеры для поддержания постоянства генетического состава организма данного вида.

Что делают генные инженеры? То же самое, только переносят в организм всего лишь один или два гена, которые отвечают именно за тот признак, который мы хотим добавить растению. Обычно методы селекции не позволяют сохранить некоторые полезные свойства, пытаясь привнести еще одно. Например, создавая сорт картофеля с хорошими питательными качествами и высокой урожайностью, мы теряем устойчивость к заморозкам, вредителям. Генная инженерия служит тому, чтобы «улучшить хорошее» – добавить недостающие свойства, которые были потеряны при селекции.

– Какие механизмы используются для осуществления модификаций генома?

– Наиболее распространенной векторной системой (механизмом переноса чужеродных генов в ДНК клетки) являются агробактерии. Это природный механизм, который человек лишь слегка приспособил под свои нужды. Достаточно давно было замечено, что почвенные бактерии из рода Agrobacterium обладают уникальным навыком встраивать в ДНК растений часть своих генов. Делается это для того, чтобы растение начинало производить необходимые для их питания вещества. Агробактерии также привносят в ДНК растения онкогены, вызывающие образование «опухолей» в районе корневища. Назначение опухолевых клеток – производить как можно больше питательных веществ для бактерий. Оба набора генов находятся в специальной области генома агробактерий, Т-ДНК (transferred DNA, передаваемая ДНК).

Ученые предположили, что, меняя содержимое Т-ДНК, можно встроить в растение любой требуемый ген. Сегодня большинство сортов трансгенных растений создано при посредничестве агробактерий. Это связано также с тем, что у агробактерий очень широк набор потенциальных «хозяев». В первую очередь это все двудольные растения – картофель, бобовые, крестоцветные (капуста, редис, рапс), плодовые и т.д. В отношении однодольных (злаки, лилейные, луковичные) механизм не срабатывает, хотя в последнее время ученые смогли приспособить его для работы с отдельными видами из этого класса.

Для тех культур, где агробактерии бессильны, прибегают к системам на основе вирусов либо к способам прямой доставки генетического материала. Наиболее трудоемкий способ – когда мы работаем не с клетками, а с протопластами (клетками, лишенными клеточной оболочки). С помощью электрического разряда перемешивается содержимое этих клеток, включая их генетический материал. Этот метод называется соматическая гибридизация и позволяет скрещивать практически любые организмы, например мышь и морковь. Такой эксперимент действительно имел место, однако ничего путного не получилось, только неорганизованная масса клеток.

Для однодольных часто применяют метод бомбардировки клеток микрочастицами (технология gene-gun, «генное ружье»). На золотые или вольфрамовые микроскопические пульки наносят целевые участки ДНК и выстреливают по ткани. Стрелять в данном случае можно не только по ядру, в котором сосредоточена основная масса ДНК, но и по хлоропластам. (Хлоропласт – элемент структуры клетки, ответственный за фотосинтез, также содержащий в себе молекулы ДНК.) Если в ядро мы можем вставить только две копии гена, – в каждую из пары хромосом – то с помощью gene-gun число копий можно увеличить до количества хлоропластов (от 10 до 30). В некоторых случаях, например когда требуется массовая выработка каких-то белков, чем больше генов работает одновременно, тем лучше.

ПРИРОДА, КАК ВСЕГДА, УМНЕЕ

– Вы сказали, что агробактериальная трансформация – это природный механизм, который был лишь приспособлен под конкретные нужды…


– Я имела в виду природную способность агробактерий привносить в геном растения собственные, необходимые для их выживания гены. Подобные «навыки» встречаются в природе довольно часто и называются термином «горизонтальный перенос». Недавно известный немецкий ученый Альф Пюллер показал, что он очень распространен у прокариот (бактерии). Связка «агробактерии – двудольные растения» – уникальный пример горизонтального переноса у бактерий и растений. Как показывают исследования, такой перенос стал одним из способов эволюции.

– То есть когда-то агробактерии повлияли на развитие определенного вида?

– В природе есть примеры, когда вроде бы нетрансгенное растение в своем геноме имеет последовательности, схожие с Т-ДНК агробактерий. Видимо, миллионы лет назад произошла трансформация, образовались «опухоли» и каким-то образом из них получились целые растения. Растения, трансгенные от природы. Такой трансформации подверглось несколько видов табака из рода Nicotiana, в том числе и традиционный курительный табак. И мало того что появились новые растения, так они еще получили селективное преимущество перед собратьями и были подхвачены эволюцией. Материнские виды исчезли либо сильно изменились.

Открытые 20 лет назад, эти генные изменения у табака рассматривались как уникальное явление в природе. В лаборатории генной и клеточной инженерии растений СПбГУ мы поставили задачу поискать аналогичные явления у других видов растений. Проанализировав около 200 видов, мы нашли еще один, в нем также присутствуют гены от агробактерий. Какой вид, пока говорить не буду, но скоро мы официально опубликуем результаты исследований. Таким образом, оказалось, что табак в этом отношении не уникален. И я уверена, что если продолжить поиски, то можно найти больше примеров. И тогда уже можно будет выявить какие-то более фундаментальные механизмы. Например, ответить на вопрос, в чем эволюционный смысл таких преобразований. На примере одного табака об этом сложно судить.

– Данное открытие может нести прикладной характер?

– Оно может стать веским аргументом против того, что трансгенных растений надо бояться как явления. Если в природе этот механизм трансформации происходит сам по себе, значит, он не нарушает фундаментальных законов жизни. А в случае с табаком, наверное, можно говорить о масштабном эксперименте длиной в несколько тысяч лет. И если табак приносит вред, то это абсолютно не связано с тем, что он трансгенный.

НИЧЕГО НЕ ПОТЕРЯТЬ

– Насколько совершенны применяемые механизмы генной модификации?


– Должна признаться, что мы умеем заставить нужный ген встроиться в структуру ДНК, однако не можем проконтролировать, в каком именно участке хромосомы произойдет вставка. Сами хромосомы по своей структуре неоднородны. Есть участки, где гены работают, – с них считывается информация – а есть и другие, где гены молчат (гетерохроматиновые области). Если ген встраивается именно в такие области, то мы не добьемся результата. Более того, даже если встройка произошла на полезном участке, это может привести к замолканию какого-нибудь рабочего гена.

– То есть он может встроиться посередине какого-то гена, разрубив его пополам?

– Что-то вроде того. А этот ген может оказаться очень важным для растения. Процесс встраивания – абсолютно вероятностный. Все клетки, в которые вошел новый ген, получаются разными за счет разных сценариев встройки. Поэтому когда мы получаем определенное количество генномодифицированных растений, следующий этап – отобрать те, в которых новый ген не нарушил статус-кво, а лишь добавил новый признак. Например, картофель был продуктивным, а в результате продуктивность была потеряна из-за нарушения одного или нескольких генов. Такой отбор осуществляется в нескольких поколениях. Это относительно длительный процесс, большая, кропотливая и дорогостоящая работа. Иногда для генного инженера удача, если удается получить хотя бы одно растение с полным набором требуемых признаков.

– Правильно я понимаю, что говорить о безопасности генномодифицированных растений можно только в отношении конкретного вида?

– Абсолютно верно. Процесс создания трансгенного растения специфичен. Контроль безопасности каждой конкретной генной модификации начинается на этапе выбора признака. Какие-то белки могут синтезироваться в хлоропластах, какие-то – только в ядре. Из всего количества модифицированных клеток отбираются те, в которых не был нарушен ни один из признаков исходного растения. Наконец, каждый новый сорт проходит через мощный фильтр разнообразных медицинских испытаний – на аллергенность, токсичность, продуктивность, мутагенный эффект и т.д.

Прежде чем новый трансгенный сорт будет зарегистрирован, он должен пройти испытания на биологическую и пищевую безопасность. Это закреплено в законодательстве России и неукоснительно выполняется. Мероприятия длительные и очень затратные для компаний-разработчиков. На сегодняшний день зарегистрировано 13 сортов растений, которые могут употребляться в пищу на территории нашей страны. Уточняю: именно употребляться, но не выращиваться. Пока что законодательно не разрешается выращивать на полях какие-либо сорта трансгенных растений. Исключение составляют экспериментальные поля, на которых в ходе испытаний на пищевую безопасность проверяется способность растений давать потомство, нормально развиваться, поддерживать новый признак и т.д. К таким полям предъявляются повышенные карантинные требования, не допускающие «расползания» семян растений на другие территории.

С ЛОШАДИ НА АВТОМОБИЛЬ

– Одно из основных сомнений относительно безопасности трансгенных растений связано с тем, что появление в клетке новых веществ может повлиять на привычные процессы метаболизма. Нет ли здесь риска для потребителей?

– Представить себе можно все что угодно. Но многолетние испытания показывают, что метаболизм не меняется. Проведено множество исследований, подтверждающих этот факт.

В частности, австрийские ученые поставили эксперимент, рабочей гипотезой которого было нарушение общего метаболизма растения. В течение нескольких поколений они отслеживали процессы метаболизма с помощью новейших методов, которые позволяют проследить взаимодействие всех генов и всех веществ в клетке. Они сравнивали трансгенные и обычные растения и никакой разницы не обнаружили. Метаболизм не меняется.

– Когда мы встраиваем один или несколько дополнительных генов в ДНК, не влияет ли увеличение его длины на процессы размножения клеток?

– В процессе онтогенеза – жизнедеятельности организма – происходят самые разнообразные реорганизации ДНК, это норма. У растений процесс изменения плоидности (количества наборов хромосом) – это нормальная ситуация. И у растения, и у человека существует возможность адаптации, например приобретение устойчивости к какому-то препарату, антибиотику. Для того чтобы клетка стала устойчивой, она должна вырабатывать соответствующий белок, причем в больших количествах. Для этого число копий гена увеличивается. Это эволюционно выработанная система адаптации – организм не удивишь, если немного увеличится количество ДНК.

– Интуитивная догадка: какие-то вещества могут накапливаться в клетке и, достигнув критической массы, вдруг проявятся…

– Когда вы что-то съели, например белок, что происходит с ним в организме? Он разрушается до составляющих частей, до аминокислот, которые идут на строительство наших собственных белков. Почему говорят, что нужно есть и животную пищу, и растительную? Потому, что они содержат незаменимые аминокислоты. Часть незаменимых аминокислот есть только у животных, часть – только у растений. С трансгенными продуктами – то же самое. Белок разрушается в процессе пищеварения, и организму все равно, откуда он родом.

– Подводя итог нашему разговору, задам прямой вопрос: вы считаете, что трансгенные растения безопасны?

– Трансгенные растения существуют уже больше 20 лет – пока никаких негативных последствий не было. Зарегистрирован единственный случай, когда кукурузе ввели ген устойчивости к гербицидам. Но это был сорт технической кукурузы, предназначенной для кормления скота. Этот сорт сам по себе является аллергенным для человека. Когда он вышел на рынок, каким-то образом семена попали в нормальную, пищевую кукурузу. Было зафиксировано несколько случаев аллергии, но не по причине трансгенности, а по причине технического сорта. Виноват человеческий фактор. Смешно даже обсуждать.

Любые новые технологии приносят нам новые опасности. Но мы уже никогда не пересядем на лошадь, все равно будем пользоваться машиной. То же самое касается трансгенных растений. Они были, есть и будут.

Дмитрий Фиалковский,
Эксперт Северо-Запад №27 16 июля 2007

От редакции:
Приписанные сбоку мнения Елены Гаевской, к.б.н., зам. директора по научной работе ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (об том, что на телеге оно вроде как сподручнее, а автомобилев нам без надобностев) и тем более Натальи Олефиренко, руководителя Генетической программы «Гринпис Россия» (о знаменитых крысах и о том, что НИИ питания скрывает от нас ужасную правду о ядовитости трансгенов) читайте, если хотите, в полном тексте статьи в «Эксперте».

А лучше – наберите в окне «Поиск» на нашем сайте слова «генетически модифицированные растения».

Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей