Елдышев Ю.Н. (сост.) Современная биотехнология. Мифы и реальность

Подождите немного. Документ загружается.

надежду на сохранение специфики метаболических путей и, как

следствие, — биоразнообразия. Изучая это разнообразие и способ-

ствуя его сохранению, мы сможем убедить общество в необходи-

мости генной инженерии — хотя бы для защиты лесов, лежащих в

основе растительного разнообразия.

Молекулярная биология способна дать новый импульс восста-

новлению лесов. Ныне в этом благородном деле активно участвуют

и некоторые частные компании. Например, в начале XX в. япон-

ская фирма «Toyota» располагала одной фабрикой, перерабатывав-

шей хлопок. В 1930-е годы ее владельцы поняли, что на первый

план выходят автомобили, и после второй мировой войны компа-

ния переключилась на производство автомобилей. А ныне один из

гигантов автомобилестроения способствует восстановлению лесов

в Австралии, создав там производство, выпускающее миллионы са-

женцев в год.

В принципе, трансгенные растения должны заметно увеличить

разнообразие и сельскохозяйственных культур. Например, до сих

пор селекция кукурузы в ПИТА основана на небольшом числе куль-

тивируемых сортов, и в результате применяемый генофонд до-

вольно беден. Семена сортов, находящихся в семенных банках,

практически не используются. Для скрещивания применяют не-

сколько высокоурожайных сортов. А если у нас есть гены, ответ-

ственные за необходимые свойства, то, вводя их в эти сорта, мы

увеличим биоразнообразие используемых сортов.

Изучая биоразнообразие, мы узнаем много нового. Открытие

новых метаболических путей уже позволяет выпускать некоторые

ценные продукты: масла, целлюлозу, мономеры для биорасщепля-

емых полимеров, сырье для фармацевтической и химической про-

мышленности .

Сегодня в генной инженерии растений все шире используются

новые подходы. Это и электрофорез, л капиллярная, жидкостная,

газовая хроматография, связанные с масс-спектроскопией, и дру-

гие методы, дающие важную информацию о концентрации метабо-

литов и метаболических путях в одном органе и даже клетке (так

называемый метаболический дисплей организма). С их помощью

в клетке Arabidopsis удалось найти новые вещества. Это позволяет

надеяться на то, что и в других клетках обнаружится еще много ин-

тересного. Точно так же, используя метаболический дисплей,

можно найти неизвестные ранее способы и пути биосинтеза.

Эти подходы важны как для развитых стран, где главная проб-

лема связана с перепроизводством продовольствия и где теперь

можно будет получать новые «индустриальные» растения с высо-

кой продуктивностью и заданными свойствами, так и для развива-

ющихся, где при правильной организации удастся создать сельско-

хозяйственную индустрию нового типа, избежав многих серьезных

ошибок прошлого и сохранив существующее биоразнообразие.

Что сделано

Базовые, фундаментальные работы выполнены в середине 1980-х

годов. Более 10 лет проводились полевые испытания, и в 1997 г.

ГМ-растения начали возделывать в коммерческих целях. Всего че->

рез пять лет площадь под ними приблизилась к 60 млн га.

Какие же ГМ-растения уже имеют коммерческое значение? В пер-

вую очередь это растения, которые помогают справляться с насеко-

мыми-вредителями с помощью белков хорошо изученной бактерии

Bacillus thurlngiensis. При таком биологическом способе защиты по-

севов (прежде всего кукурузы и особенно хлопчатника) инсектицидов

требуется гораздо меньше, что в США позволяет экономить сотни i

миллионов долларов в год. Эта технология там уже признана новее-,

местно и сейчас широко применяется в Китае, где средний размер;

плантаций хлопчатника невелик (приблизительно 1,5 га) и желаю-'

щих выращивать ГМ-хлопчатник столько, что на рынке под видом

трансгенных часто продают семена обычных сортов. Повсюду, где

возделывают ГМ-сорта, фермеры отдают им предпочтение, ибо видят

их преимущества. К концу 2002 г. в мире около 20% площадей под

кукурузой, масличным рапсом, соей и хлопчатником занимали

ГМ-сорта. Выращивать ГМ-хлопчатник решила и Индия.

Трансформация с помощью агробактерий (Agrobacterium tume-

faciens) имеет особое значение для развивающихся стран, где предпо-

читают возделывать традиционные сорта. Поэтому для них важна мо-

дификация тех сортов, которые распространены в данной стране.

Все шире используют трансгенные растения, устойчивые к герби-

цидам. Недавно в нашем институте созданы ГМ-растения, устойчи-

вые к гербициду «Баста». Добавление всего одного гена приводит к

тому, что растения приобретают устойчивость к гербициду, и обраба-

тывать посевы становится неизмеримо легче. Нелишне подчеркнуть,

что речь идет об «экологически щадящих» гербицидах. Современное

сельское хозяйство нельзя себе представить без гербицидов, поэтому

ставка должна делаться на те из них, которые быстро разлагаются

микроорганизмами в почве (к примеру, разработанный компанией

«Монсанто» популярный гербицид «Раундап» примерно через не-

делю после опрыскивания полностью разлагается микроорганиз-

мами в почве). Важно и то, что при этом удается избежать излишней

вспашки, сохраняя структуру почвы и защищая ее от эрозии.

1 В тропиках поля хлопчатника, кукурузы и других культур часто

ни разглядеть — так они заросли сорняками, устойчивость к которым

не под силу традиционной селекции. Если же использовать растения,

устойчивые к «Раундапу», 90% сорняков уничтожаются без вреда

для посевов. Поэтому, например, в Кении завершается регистрация

нескольких сортов кукурузы, устойчивых к гербицидам, так что

в этой стране поля вскоре очистятся от сорняков.

Гибридизация (хотя до сих пор не вполне понятны ее молекуляр-

ные механизмы) играет важную роль в повышении эффективности

сельского хозяйства. Так, при перекрестном опылении кукурузы об-

разуются более сильные и урожайные гибриды. В компании «Plant

Genetic System» в Генте такие гибриды получены не только для куку-

рузы, но и для рапса. В США и Канаде гибридами ГМ-рапса заняты

большие площади. Такие сорта важны и для Восточной Европы, где

использование рапсового масла могло бы оказаться очень перспек-

тивным. Добавление всего 1 % этого масла к дизельному топливу зна-

чительно уменьшает загрязнение окружающей среды соединениями

серы, которых особенно много в выхлопах дизельных двигателей.

Кроме того, это яркий пример по сути безотходного (индустриаль-

ного) сельского хозяйства — рапсовое масло используют в промыш-

ленности, а жмых идет на корм скоту.

Не секрет, что есть немало традиционных способов гибридиза-

ции. В частности, в Китае достигли больших успехов в селекции

риса. Это прежде всего высокоурожайные гибриды на основе тра-

диционных местных сортов, дающие 10—11 т/га вместо обычных

2,5-3. Фермеры довольны этими сортами, и сейчас их выращивают

на огромных площадях в Китае, Вьетнаме и других странах Юго-

Восточной Азии. Если бы все эти площади засевали одним сортом,

то в скором времени он оказался бы очень восприимчивым к

различным заболеваниям. Так что гибрид, полученный из различ-

ных ГМ-сортов, стал важной вехой на пути к стабильно высоким

урожаям риса, обеспечивающего продовольственную безопасность

и благополучие половины населения Земли. В каждом районе, где

выращивают свой сорт, не мешало бы использовать ГМ-сорта и гиб-

риды на их основе для получения широкого спектра высокоуро-

жайных местных адаптированных сортов.

Что дальше

Итак, в мире пока распространены три типа ГМ-растений, произ-

водство которых поставлено на коммерческую основу крупными

компаниями. Над чем же сейчас работают в лабораториях? Это

в первую очередь достижение устойчивости растений к ряду фак-

торов, изменение «архитектуры» (строения) растений, измене-

ние времени цветения и созревания, создание растений, дающих

новые белки, масла, питательные вещества, модифицированный

крахмал. Методами классической селекции добиться таких

свойств можно было бы лишь в далеком будущем. Чтобы выде-

лить «ответственные» за эти свойства гены и модифицировать их

в требуемом направлении, нужны очень сильная фундаменталь-

ная наука и доступ к мировым коллекциям семян различных

растений.

Даже в такой сложной системе, как фотосинтез, можно осу-

ществить изменение или перестановку определенных генов, влия-

ющих на характеристики процесса. Уже есть аргументы в пользу

того, что возможно более эффективное поглощение углекислого

газа растениями, в результате чего повысится и эффективность фо-

тосинтеза. На этом пути еще предстоят фундаментальные исследо-

вания (и, хочется верить, — открытия). Есть немало и других фун-

даментальных проблем, например, фиксация азота растениями

(мы только начинаем понимать, почему природа создает для этого

столь сложные структуры).

Большое значение приобретают исследования соле- и засухоус-

тойчивости. Почему некоторые растения неплохо себя чувствуют

в таких условиях, а другие погибают? Ныне мы уже понимаем мно-

гое в физиологии и механизмах засухоустойчивости. Существуют

специфические метаболические пути, которые открываются в

клетках растений, находящихся на солнце, так что их метаболизм

отличается от метаболизма в затененных клетках. Уже есть пред-

ставления о механизмах передачи сигналов в процессах, контроли-

рующих устойчивость к засухе, и факторах, влияющих на эту пере-

дачу. Сегодня уже ясно, что, регулируя концентрацию ионов

натрия в вакуолях, можно получить засухоустойчивые растения.

Немало растений при засухе полностью прекращают жизнедея-

тельность, но после дождя или полива возрождаются. Многие до-

машние и садовые растения удается оживить после высыхания.

Обычно это можно проделать только раз, но в природе есть расте-

ния, которые «оживают» многократно.

Существует и другой подход к достижению засухоустойчи-

вости. Это могло бы быть использование растений типа сорго, адап-

тированных к засухе. К сожалению, их продуктивность невысока.

Но рис и кукуруза немногим отличаются от сорго, так как про-

изошли от общего предка. Располагая геномами риса, пшеницы и

сорго, а также образцами сорго из банков семян, можно было бы по-

лучить засухоустойчивые и продуктивные культуры.

Проблемы внедрения

Поиск и выделение генов возможны в лабораториях, но новые

сорта там не вывести, ибо это требует множества повторных

испытаний. Этот этап лучше всего организован в возникающих у

нас на глазах научно-производственных компаниях. Получение

желанного сорта с требуемыми свойствами — результат

большой селекционной работы, и под силу лишь крупным

компаниям, которые готовы «обслуживать» только те страны, где

охраняют интеллектуальную собственность. Пренебрежение

этим и нехватка инвестиций — главное препятствие для

разработки и внедрения новых сортов во многих странах. Так

что пока эти технологии недоступны для большинства

развивающихся стран, которым они так нужны. Отдельные

исключения (например, выведение устойчивых к вирусам

сортов папайи в Таиланде) лишь подчеркивают серьезность

проблемы.

Развивающиеся страны, где голодают сотни миллионов

людей, особенно нуждаются в повышении качества пищи.

Например, в бобовых растениях, выращиваемых повсеместно, не

хватает некоторых серосодержащих аминокислот, в том числе

метионина. Сейчас предпринимаются активные попытки

повысить концентрацию метионина в бобовых растениях. В

ГМ-растениях удается на 25% увеличить содержание запасного

белка (это сделано пока для некоторых сортов фасоли). В такой

белок мы смогли ввести 12 разновидностей метионинов, которых

там прежде не было. Другой пример — обогащенный бета-

каротином «золотой» рис, полученный профессором Потрикусом

из Технического университета в Цюрихе. Пока работа завершена

для лабораторной линии, но если удастся получить про-

мышленный сорт, это будет выдающимся достижением.

Предпринимаются также попытки обогатить рис витамином В

недостаток которого ведет к малокровию и другим заболеваниям.

Ответственность перед обществом

В заключение несколько соображений о социальных аспектах.

Почему общество так обеспокоено ГМ-организмами? Потому что

ему активно внушают, что ГМ-продукты — ненатуральные,

небезопасные для здоровья и окружающей среды. К сожалению,

часто эти запуги-вания^ересиливают доводы разума.

Подтверждением Сложит исто рия с продажей в Великобритании

выращенного в Калифорнии сорта помидоров, которые могли

храниться гораздо дольше обычных^ со-^ храняя отличные

вкусовые качества. Когда в Великобритании раз- нернулась

ожесточенная кампания против ГМ-продуктов, поставляв ша я эти

по мидо р ы на рын о к фирма была в ынуждена о т казат ься от них.

4 — 4248 49

Несведущие люди убеждены, что нет законодательства и системь}

регулирования в этой области, которую якобы захватили корпора-

ции, собирающиеся контролировать мировой рынок продовольствия.

Приходится слышать и о том, что генно-инженерные технологии

слишком сложны, поэтому с их развитием бедные страны станут еще

беднее. Активные противники распространения трансгенных расте-

ний (в основном из развитых стран, где проблема перепроизводства

продовольствия все обостряется) пытаются внушить голодающим

в развивающихся странах, что применение новых сортов принесет им

не пользу, а вред.

Что в этой ситуации, все больше напоминающей тщательно орга-

низованную кампанию, остается делать ученым? Терпеливо разъяс-

нять, что ни один сельскохозяйственный сорт не является натураль-

ным, что все они искусственн^получены~путём селекции и без

постоянного искусственного поддержания их свойств они сразу же

исчезнут как слабые в эвошопдотнам_отношении организмы. Оста-

ется напоминать тем, кто подзабыл школьный курс биологии, что

эволюция — та же генная инженерия, только применяемая природой

в другом темпе — миллионами лет.

Сегодня очевидно, что численность населения Земли неиз-

бежно будет расти, и если мы хотим выжить, стоит помочь не-

специалистам понять природные закономерности и открывшиеся

возможности ускорить процесс эволюции. Все академии мира вы-

ступили с заявлениями о том, что нет ничего (опасного в переносе

генов — надо лишь^онтр_шщЕОвать,_какие гены использованы

в том или ином случае. Все специалисты уверены, что не было ни

одного случая опасности ГМ-организмов для растений, животных

или человека. И каждый раз, когда мы обсуждаем это с «зеле-

ными», они с этим соглашаются^лш, повторяют, как заклинание:

«Никто не знает всех последствий применения ГМ-растений».

Конечно, неплохо руководствоваться принципом предосторож-

ности, если знать, чего опасаться (например, токсичных отходов в

химической промышленности). Но, как в случае с лохнесским чу-

довищем, разговор об опасности лишен смысла, если никто не

знает, в чем она. Мой знакомый лет 20 назад в компании Ллойда

получил страховку от лохнесского чудовища почти даром. Мне

представляется, что угроза генной инженерии почти такая же.

«Полезные» гены сельскохозяйственных культур сосредоточены в

слабых сортах, не имеющих селективного преимущества.

Не менее острая общественная проблема — отношение к правам

на интеллектуальную собственность. Конечно, их нужно защи-

щать, но так, чтобы не тормозить развитие новых технологий в ка-

50 1

ких-либо странах. Излишнее увлечение «патентованием» генов на-

чинает сказываться на создании новых сортов.

Еще одна реальная проблема — это проблема бедных фермеров,

земли которых до последнего времени мало кому были интересны. Но

уже в ходе «зеленой революции» многие фермеры, имевшие неболь-

шие наделы, потеряли их, ибо земля как средство производства стала

привлекательнее, и участки скупались более богатыми владельцами.

Внедряя в жизнь новые технологии, мт»т должны быть уверены

в том, что они выгодны обществу в целом, и учитывать социальные

последствия их применения. За последние полвека общество

заметно изменилось, сейчас общественное мнение формируется

в значительной мере под влиянием различных НПО, роль которых

в общественном сознании становится все более значимой. Серьез-

ные политические силы внимательно отслеживают эти процессы.

Хотелось бы, чтобы многочисленные общественные организации

всерьез задумались об использовании ГМ-растений как способе на-

кормить человечество.

Пока же постоянно подбрасываемые обществу дискуссии на эту

тему вызывают неадекватную реакцию против науки, действи-

тельно способной изменить нашу жизнь. Нужен социальный кон-

тракт, гарантирующий обывателям, что внедрение новых техноло-

гий будет безопасным и приносящим только благо. Ученым

предстоит, в частности, позаботиться и о том, чтобы этот контракт

появился на свет. Принципиально дажттп ддвкттттятт> уровень обра^

зованности в этой области всего общества и прежде всего — людей,

принимающих решения. Однако ученым следует не только просве-

щать общество, но и вникать в его растущие потребности и даже

участвовать в дискуссиях о нуждахГобщества. Остается надеяться,

что ученые справятся с этими нелегкими задачами. Было бы не-

простительным легкомыслием не использовать удивительного

шанса, который дают человечеству~нЬвые технологии.

К.Г. Скрябин академик РАСХН,

директор Центра «Биоинженерия» РАН

«Золотой миллиард» или «золотой» рис?

Мне хотелось бы предварить рассказ об одной из самых впечатляю-

щих современных «высоких» технологий — генной инженерии —

небольшой ремаркой общего характера, представляющейся не

только уместной, но и особенно важной — с учетом того, что адресо-

ван этот рассказ в первую очередь педагогам, от которых в наиболь-

шей степени зависит, каким будет идущее нам на смену поколение,

какую систему ценностей оно выберет, сумеет ли отличать «зерна

от плевел».

Итак, парадокс наших дней заключается в том, что чем_«выше»

^технология (более_даукоемкая и, следовательно, непонятная для

обывателя), тем менее компетентные люди ее обсуждают в отечест-

венных СМИ, «просвещая» население. Без преувеличения, это

стало большой трагедией нашей страны^ХХ^еке и грозит перейти

«понаследству» вBeJcXXLJCaKjiiHeпредставляется, единственный

шанс противостоять этой нелепости заключается в том, чтобы уче-

ные захотели быть понятыми учителями и сделали для этого все

возможное и невозможное ,^а^чителяг1опробовали донести понятое

до самых понятливых учеников.^да не порвется эта цепь!

Переходя к генной инженерии, следует заметить, что это — не

более чем метод, отточенная техника применения фундаменталь- j

ных знаний, добытых генетикойд_прежде всего — молекулярной]

(известный молекулярный биолог С. Бренер как-то справедливо за-}