Генная инженерия растений, зародившаяся в нескольких лабораториях мира менее 20 лет назад, сегодня — самое бурно развивающееся направление биотехнологии. Она позволила значительно повысить разнообразие свойств растений, составляющих «палитру» селекционеров. Сегодня уже более 120 видов растений — от плодово-ягодных и злаковых до различных декоративных и древесных пород — могут быть улучшены (модифицированы) методами генной инженерии.

К началу 1980-х годов сразу в нескольких лабораториях мира вплотную подошли к получению первых трансгенных растений. Изучая обычную почвенную бактерию Agrobacterium tumefaciens — известного паразита многих растений, образующего на стволах деревьев и кустарников характерные наросты («корончатые галлы»), ученые выяснили, что в процессе эволюции бактерия выработала сложный способ паразитирования на растениях.

При определенных условиях (например, при поранении растения) бактерия переносит фрагмент собственной ДНК (Т-ДНК, от англ. transferred DNA, т. е. «переносимая ДНК») в ядро растительной клетки, где эта ДНК встраивается в хромосому. Ферментативный механизм растения, отвечающий за «считывание» собственной ДНК и синтез белка, распознает чужеродную ДНК из бактерии как свою собственную и транскрибирует ее вместе с обычными растительными генами. Другой представитель рода Agrobacterium, Agrobacterium rhizogenes, в природных условиях вызывает у растений разрастание корней (заболевание, известное под названием «косматый корень»), механизм инфицирования практически идентичен таковому у Agrobacterium tumefaciens.

Таким образом, используя естественно существующий в природе механизм «горизонтального переноса генов», можно получать растения, которые несут в своем геноме и экспрессируют (заставляют работать) те или иные полезные гены. Основанная на агробактериальном переносе генов генетическая инженерия дала импульс развитию фундаментальной и прикладной биологии и биотехнологии растений.

Среди первых видов растений, полученных с помощью агробактериальной трансформации, — представители семейства пасленовых табак (Nicotiana tabacum) и картофель (Solanum tuberosum). Их достаточно легко трансформировать с использованием различных штаммов (т. е. видов) агробактерий.

Со временем выяснилось, что, подбирая различные экспериментальные условия, можно эффективно трансформировать большинство представителей семейства двудольных. Ученые имитируют природный процесс: из молодых побегов нарезают кусочки стебля или листа и наносят суспензию агробактерий. Повреждение тканей растения помогает бактерии начать процесс переноса своей Т-ДНК: рецепторы бактерии воспринимают выделяемые в месте повреждения фенольные соединения в качестве сигнала к началу инфекции. Далее исследователь полностью полагается на агробактерию. Какая клетка в составе экспланта будет трансформирована? Сколько копий Т-ДНК встроится в геном и в какую хромосому? Исследователь не может контролировать этот процесс, но, одновременно подвергая трансформации огромное число эксплантов, можно впоследствии отбирать те, которые претерпели трансформацию в соответствии с интересом исследователя.

Методы генной инженерии иногда называют молекулярной селекцией. В отличие от обычной селекции, делающей ставку на счастливое и, в значительной степени, случайное сочетание признаков родительских форм в потомстве, молекулярная селекция позволяет вводить конкретный ген в растение конкретного генотипа, что значительно повышает качество и эффективность селекционной работы. Серьезные ученые, занимающиеся «молекулярной селекцией», признают, что генная инженерия ни в коей мере не может заменить традиционную селекцию, она лишь важный этап в селекционной работе.

В 1996 г. первые трансгенные культуры, которые предварительно прошли весь цикл испытаний на безопасность, выращивались в мире всего на 1,7 млн га. В последующие годы площади под новыми культурами в мире увеличивались лавинообразно: за восемь лет общая площадь под трансгенными культурами выросла в 40 раз.

Преобладающей трансгенной культурой является соя, на втором месте — кукуруза, на третьем — хлопчатник и затем озимый рапс. Остальные занимают менее 1% мировых площадей. В 2003 г. доля трансгенной сои впервые составила более 50% общемировых площадей под данной культурой.

Рассмотрим конкретный пример. Как растет картофель? Больше всего его выращивают в Китае. Россия на втором месте, потребляя 35 млн т картофеля в год. Сколько стоит картофель в Украине? 2 грн. за 1 кг? Ежегодно 30% урожая картофеля мы теряем из-за колорадского жука, который, как легко подсчитать, уже «съел» не один кредит, полученный от МВФ. Можно ли что-то сделать? Никому не под силу доказать, что ГМ-картофель, устойчивый к колорадскому жуку, вреден для человека или окружающей среды. Есть лишь довод о том, что мы внедряемся в божественный промысел, связанный с геномом картофеля. Против этого, конечно, возражать трудно.

Фото 1. Растения XXI века - картофель

Как известно, картофель размножается не семенами, а вегетативно. В устойчивый ГМ-сорт ввели ген, взятый у широко известной почвенной бактерии, которую очень не любит колорадский жук. Мы три года пытаемся зарегистрировать в России ГМ-картофель и слышим вопрос: «А не повлияют ли посадки этого сорта на других насекомых?». Их больше всего беспокоит, не нарушим ли мы пищевые цепи в биоценозах. Но до революции у нас не было колорадского жука. Если хотим вернуться к дореволюционной экологии, надо уничтожить жука. Что касается исследования природных пищевых цепей, то мы их изучали несколько лет в трех независимых институтах. Выбирали поле и определяли, сколько там разных насекомых, включая жуков (например, 150), после чего сажали ГМ-картошку и выясняли, сколько насекомых осталось. Оказывается — 149. Колорадский жук погиб, а 149 других насекомых уцелело. В то же время любой используемый сегодня химический инсектицид, против которого не очень-то возражают, оставит на поле из 150 насекомых от силы 5, причем не произвольных, а именно устойчивых к инсектициду и потому особенно опасных.

На мой взгляд, регистрация сорта картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, -своеобразная лакмусовая бумажка зрелости общества, понимания им тесной связи продовольственных и экологических проблем. Это — средоточие проблем мировой генной инженерии и отечественного сельского хозяйства. Говорят, может возникнуть устойчивая к методу популяция колорадского жука. Но привыкание будет происходить гораздо медленнее, чем к существующим химическим инсектицидам. Не исключено, что через некоторое время появится популяция, которая будет жить на этом картофеле. Но рецепты и против этой проблемы есть: разработка систем защиты.

Впрочем, кроме колорадского жука, у картофеля есть и другая беда — фитофтороз. Очень популярный в России сорт «Невский» (им занято 37% площадей) чрезвычайно подвержен этой болезни. Недавно получены ГМ-растения, устойчивые к этому заболеванию.

Недавно Европа столкнулась с «коровьим бешенством». Особое беспокойство вызывало то, что, по мнению некоторых ученых, эта болезнь передается от животных человеку. Как она распространялась среди животных, более-менее понятно. Для обогащения рациона скота белками в Европе в корм добавляли костную муку и переработанные субпродукты ранее забитых или павших (в том числе, и от этой болезни) животных. А что в рационе американских, аргентинских, канадских коров служит источником белка? Соя, которой там занято 72 млн га. Сейчас в мире 34% всей сои приходится на ГМ-сорта (в США — 62%, Аргентине — 90%). Как оценивают это наши СМИ? Вот типичный тезис: «Американцы выращивают ГМ-сою и переправляют ее в слаборазвитые страны, получая от этого выгоду». Действительно, соя приносит не менее 30 $/га. Но вывозят-то не более 30%, а 70% ГМ-сои охотно используют сами.

Нередко приходится слышать и о том, что ЕС категорически против ГМ-растений и продуктов (в том числе, и ГМ-сои). Это неправда. Страны ЕС ежегодно завозят 35 млн. т сои из Аргентины и США, которая используется как корма в животноводстве.

В мире сегодня 16% хлопчатника — это ГМ-сорта (в США — 75%). Даже всем известные доллары США изготовлены из ГМ-хлопка. И никто почему-то не возражает против этого.

Пока идут споры о сортах, под которыми занято более 67 млн. га — две территории Великобритании (!) — ориентиры получения новых культур методами генной инженерии меняются. От создания культур с новыми признаками устойчивости к гербицидам и патогенам ученые смогли перейти к созданию культур устойчивых к абиотическим факторам среды (засуха, холод) и с улучшенными потребительскими характеристиками. На первый план выдвигаются задачи получения стабильных урожаев в зонах традиционно «рискованного земледелия» и повышения качества продуктов, например, изменение масличности, повышение содержания полезных компонентов в зерне и т. д. Знания о строении геномов высших растений позволят в скором времени получать, например, из подсолнечника масло, которое усваивается так же, как оливковое (усвоение масла обычного подсолнечника на 20% ниже).

О безопасном использовании новых сортов растений. Испытание новых сортов на пищевую безопасность и безопасность для окружающей среды проводят уполномоченные органы стран, в которых предполагается выращивание такого сорта. Так, в США испытания осуществляет USDA (агентство по сельскому хозяйству), FDA (агентство по пище и лекарствам) и EPA (агентство по охране окружающей среды). Для любой новой культуры исследуются различные параметры, помимо традиционных (например, урожайности и способности противостоять обычным для данной местности неблагоприятным факторам). Параметры пищевой безопасности продукта включают исследование на потенциальную токсичность, мутагенность и аллергенность, на соответствие состава и функциональной активности получаемого продукта традиционному аналогу. Исследование биобезопасности включает множество параметров, среди которых основные: 1) возможность нового сорта негативно влиять на нецелевых насекомых (это актуально в случае растений, устойчивых к вредителям); 2) возможность переопыления с дикими растениями-родичами и передачи им чужеродного гена (это актуально в случае гербицид-устойчивых растений); 3) влияние на почвенную биоту и на трофические цепи биоценоза полей в целом. Если к самой культуре или к продуктам из нее есть претензии, она не будет зарегистрирована и не выйдет на поля.

Ученые, несомненно, ответственны за то, что делают. Но граждане, живущие рядом с ними, должны иметь право выбора и научиться выбирать. Постсоветские страны могут решить, нужны им новые технологии или нет. Мы столько раз выбирали «свой путь» в XX в., собственными руками разрушая и созидая. Давайте сделаем выбор.

 

К. Скрябин