О генной инженерии говорят сегодня все. Одни связывают с ней надежду на избавление человечества от страданий. Другие считают реальной опасностью, ведущей мир к нравственной и экологической катастрофе. На чьей стороне правда?
Основа генной инженерии — теория гена. Ген — единица наследственной информации, участок ДНК, кодирующий структуру определенного белка, вносящего свой вклад в формирование конкретного свойства живого организма. Цель генной инженерии — изменение свойств этого организма. Метод — введение новых генов, полученных либо от других организмов, либо искусственным путем. Результат — генетически модифицированный, или трансгенный, организм. Результат считается успешным, если свойства организма изменились именно так, как было задумано. И неудачным — если изменились, но не так («сделать хотел грозуѕ») или не изменились вовсе. Являются ли эти метод, цель и результат принципиально новыми для эволюции природы? И да и нет. Нет, поскольку обмен генами один из основных механизмов эволюции живых существ. Да, поскольку то, что всегда делала природа, теперь пытается сделать человек.
Трансгенные бактерии
Первым и весьма перспективным объектом генно-инженерных манипуляций стали бактерии, поскольку они:
1) фантастически плодовиты;
2) послушны воле генного инженера, ибо устройство их генетической системы таково, что они отвечают на внедрение новых генов очень быстро и однозначно: есть ген — будет и белок;
3) привычны к чужим генам.
Именно популярностью природной генной инженерии в среде бактерий объясняется их уникальная приспособляемость к самым невероятным условиям. Например, обмениваясь генами, бактерии приобретают способность не только выживать в присутствии антибиотика, но и использовать это направленное против них «оружие» в качестве пищи.
Бактерии обмениваются генами как непосредственно, так и опосредованно — через вирусы. Не исключается и вариант обмена генами между бактериями и высшими организмами.
Задача генных инженеров — выделить или искусственно создать нужный ген и встроить его в бактерию с цельюѕ Цели ученых столь же многочисленны и разнообразны, сколь многочисленны и разнообразны сами бактерии.
Ведутся работы по созданию трансгенных бактерий, которые:
1) поглощают CO2 из атмосферы (снижение парникового эффекта);
2) поедают вещества, загрязняющие почвы и водоемы;
3) производят водород (экологически чистое топливо);
4) синтезируют биодеградируемые пластики, каучук, шелк;
5) прицельно уничтожают насекомых и бактерий, поражающих сельскохозяйственные растения.
В НАСА обсуждается проект создания бактерий, способных перерабатывать марсианский грунт и выделять при этом углекислый газ, — с целью глобального изменения климата на Марсе. Потенциальные астронавты — бактерии, проживающие в Антарктиде.
С рядом поставленных задач бактерии уже справились. Например, более 20 лет трансгенные бактерии успешно производят в промышленных масштабах человеческий инсулин. Генно-инженерными способами получают также интерферон (противовирусный препарат широкого спектра действия), интерлейкин (противораковый препарат) и др.
Об обратной стороне проблемы ученые заговорили почти сразу, как только начались эксперименты по созданию трансгенных организмов. Отец генной инженерии Пол Берг и работавшие с ним ученые опубликовали открытое письмо в журнале «Сайенс» («Наука», США) с призывом приостановить исследования и разработать правила техники безопасности в обращении с трансгенными организмами. Причина — отсутствие стопроцентной гарантии, что измененные бактерии не выберутся из-под надзора исследователей и не пустятся «во все тяжкие». А также — невозможность однозначно предсказать, что будут делать беглецы на свободе и с кем захотят поделиться встроенными в них генами. Например, как будет вести себя не предусмотренная исследователем комбинация из двух изначально безобидных для человека генов, тем более если один из них — ген вируса обезьяны, вызывающий раковое перерождение ее клеток? А главное — ученые в принципе не способны охватить потенциальный «круг общения» трансгенных бактерий, поскольку сейчас им известно не более 10% всех существующих природных микробов. Может быть, опасения напрасны, ведь за прошедшие три десятка лет ничего страшного не случилось? Или случилось, но мы об этом не знаем? Или пока не случилось, поскольку многие биологические эффекты могут оказаться отсроченными?
Трансгенные растения
Трансгенные растения — плоды многолетних попыток человека изменить свойства созданного природой по своему усмотрению. Шанс встретить эти плоды на собственной тарелке теперь есть у каждого из нас. Для кого они полезны — для желудков покупателей или кошельков производителей? Сторонники широкого внедрения генно-инженерных технологий, позволяющих получать большое количество продуктов быстро и дешево, убеждают, что это поможет накормить голодающий из-за недостатка продуктов мир. Противники считают, что мировой «голодной» проблемой кто-то прикрывает свои экономические интересы. И в подтверждение приводят факты: в голодающих странах экспорт сырья для получения продуктов питания превышает импорт готовых продуктов; темпы роста производства пищевых продуктов превышают рост населения на 16%.
О том, какие цели все-таки преобладают, можно судить по характеристикам уже созданных трансгенных культур. К ним относятся растения:
1) устойчивые к веществам, уничтожающим сорняки. Например, трансгенная соя компании «Монсанто» устойчива к гербициду — химическому веществу, уничтожающему растительность, — который эта же компания и производит. Результат — максимум урожая при минимуме затрат: распылять гербицид проще, чем выпалывать сорняки;
2) устойчивые к насекомым-вредителям. Такие растения благодаря встроенным бактериальным генам способны вырабатывать собственные средства защиты от вредных насекомых. В результате трансгенные картофель и томаты приобрели устойчивость к колорадскому жуку, хлопчатник — к хлопковой совке, а применение инсектицидов (от лат. insectum — «насекомое» и caedo — «убиваю») — дорогих и токсичных веществ — сократилось на 40–60%;
3) с удлиненным сроком созревания плодов (не перезревают при транспортировке);
4) декоративные растения (флуоресцирующие цветы, например).
Влияют ли все эти ухищрения на питательную ценность продукта? На вкус, как правило, не влияют. А вот в химический состав могут привносить дополнения, безобидность которых для человека, несмотря на утверждения производителей, вызывает большие сомнения. Недаром все больше людей (особенно в Европе) отдают предпочтение продуктам органического сельского хозяйства.
Чем же грозит человеку использование трансгенных растений?
1. Продукты чужих генов могут негативно влиять на обмен веществ человека.
Например, трансгенная соя характеризуется высокой концентрацией фитоэстрогенов (аналогов женских половых гормонов). Обычная соя с умеренным содержанием фитоэстрогенов предупреждает рак и замедляет процесс старения, но увеличение концентрации этих веществ может привести к преждевременному старению, нарушению процессов полового созревания и развитию злокачественных опухолей половых органов. Трансгенный картофель вызывал у крыс симптомы угнетения иммунной системы, поражения печени, изменений в щитовидной железе и селезенке и уменьшение объема мозга (А. Пуштай, Великобритания). Эти результаты были подтверждены независимой группой 23 ученых из 13 стран мира.
2. Поведение самих генов (в случае их встраивания в геном клеток человека) непредсказуемо. Подобные события маловероятны, но исследования Х. Гилберта (Великобритания) показали, что одна из 3000 бактерий микрофлоры кишечника может захватить ДНК из клеток генетически модифицированной пищи. А в кишечнике человека обитают миллиарды бактерийѕ
3. Безобидные вирусы-переносчики этих генов способны превратиться в агрессивных возбудителей известных и неизвестных болезней.
4. Опасность для экологии в целом связана с тем, что трансгенные растения могут распорядиться благоприобретениями по собственному усмотрению, а именно: а) поделиться полученными генами с другими растениями и с живущими в почве бактериями, непредсказуемые модификации которых в цели производителя не входили; б) направить встроенное в геном «оружие» не только против вредных, но и против полезных насекомых (например, пчел) и др. В результате и без того хрупкому равновесию в природе может быть нанесен ощутимый удар.
Поэтому возникают сомнения, но не в ценности научных исследований как таковых, а в своевременности их широкомасштабного внедрения. Может быть, плод научного поиска еще не дозрел? И потому, как всякий незрелый продукт, плохо усваивается природой?
Генотерапия
В получении трансгенных растений заинтересованы в основном производители. Совсем иначе люди относятся к генодиагностике и генотерапии, тем более что в разряд перспективных объектов генно-инженерных технологий входят не только относительно редкие наследственные болезни, но и такие распространенные, как рак и инсульт. Генотерапия — способ лечения заболеваний (как наследственных, так и приобретенных), вызванных нарушением работы генов. Он заключается во введении здоровых генов с целью исправления либо компенсации функций дефектных генов.
Уже достигнут успех (вплоть до полного исчезновения симптомов) в лечении врожденного наследственного иммунодефицита, вызываемого дефектом одного гена, структура которого расшифрована и функция предположительно ясна. В отношении других наследственных и приобретенных болезней успехи не столь очевидны. Связано это в первую очередь с тем, что взаимосвязь между геном и признаком нелинейна и неоднозначна. И чтобы понять, как те или иные нарушения в структуре и/или работе гена приводят к тем или иным сбоям в работе органов и организма в целом, недостаточно знать, где ген находится и как он устроен. Необходимо представлять себе, как регулируется его работа.
Все больше ученых приходит к выводу, что эволюция шла не столько путем изменения количества и структуры генов, сколько путем совершенствования систем управления их работой.
Экспериментальными моделями для изучения этого процесса служат животные. Но! Регуляция активности генов у человека и животных не происходит одинаково. Иначе человек не был бы человеком, ведь, например, 99% генов человека и мыши совпадают!
Что делать?
Да, в генной инженерии, как и в любом деле, существуют проблемы и порождаемые ими опасности. Да, не стоит спешить с практическим применением технологий, в теоретическом обосновании которых еще слишком много белых пятен. Пока много... Но кто знает, может быть, в будущем эти технологии станут более совершенными, более человечными, будут больше соответствовать законам природы? А может, наука пойдет иным путем и получат развитие иные способы лечения болезней? Хочется верить, что биотехнологии будущего не разделят судьбу открытия атомного ядра... Хочется верить, что наука будущего, какие бы формы она ни приняла, станет наукой для Человека.
А что для этого мы можем сделать уже сейчас, во времена, далекие от идеальных?
Прежде всего — не бояться! В России трансгенных продуктов пока не так много, а в мире уже набирает силу обнадеживающая тенденция к экологически чистому образу жизни, в том числе и питанию. Страх никогда не был эффективной защитой от чего бы то ни было. Если постоянно опасаться трансгенных продуктов, можно отравиться и обычными.
Лучший способ избавиться от страхов — стать независимым от чужих мнений, шаблонов реагирования, «рекламного» менталитета. Не допускать, чтобы кто-то подчинял нашу волю и управлял нашими чувствами и мыслями.
Мы не всегда можем изменить ситуацию, в которой оказались, но всегда можем изменить свое отношение к ней, то есть изменить себя. А для этого предлагаю использовать основной метод генотерапии: найти дефектный «ген» — недостаток, который мешает нам быть самими собой, и не удалять его (как не удаляют и «больные» гены), а компенсировать недостающую функцию. Как? Добавлением в нашу жизнь здорового «гена» — соответствующего достоинства.
Дополнительно:
Генная инженерия родилась в 1972 году в Станфордском университете (США). Именно тогда Пол Берг впервые объединил в пробирке фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса. Полученная рекомбинантная ДНК была введена в бактерию, ставшую первым трансгенным организмом.
Генная инженерия родилась в 1972 году в Станфордском университете (США). Именно тогда Пол Берг впервые объединил в пробирке фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса. Полученная рекомбинантная ДНК была введена в бактерию, ставшую первым трансгенным организмом.
Причиной инсулинозависимого сахарного диабета является неспособность клеток поджелудочной железы вырабатывать инсулин — жизненно важный гормон. Сейчас это заболевание лечат только одним методом — вводя пациенту чужой инсулин. Инсулина, получаемого из органов животных (коров и свиней), хватало только 60–70% больных. Генные инженеры идентифицировали, выделили и ввели в бактерию человеческий ген инсулина. С 1982 года налажено производство генно-инженерного инсулина — хумулина в США, Японии, Великобритании и других странах. Из 1000 л бактериальной культуры получают столько же инсулина (200 г), сколько из 1600 кг поджелудочной железы животных. Проблема, казалось бы, решена. Но у некоторых пациентов хумулин вызывает тяжелые осложнения, а иногда приводит к смерти.
Впервые трансгенные растения вырастили в 1982 году ученые из Института растениеводства в Кельне и американской компании «Монсанто». За 20 лет только в этой компании получено более 45 000 независимых линий трансгенных растений.
В список входят: яблоня, слива, виноград, томаты, капуста, баклажаны, огурец, кукуруза, пшеница, соя, рис, рожь, табак и др.
В 2003 году генетически модифицированными культурами в мире было засеяно около 70 млн га — 15% всех площадей, пригодных к земледелию.
В производстве трансгенных культур лидируют США, Аргентина, Канада, Бразилия, Китай.
В России массовое производство таких растений пока запрещено. Все модифицированные продукты ввозятся из-за рубежа. По закону продавцы обязаны предупреждать покупателя о содержании в продукте генетически модифицированных компонентов соответствующей маркировкой. На практике этого часто не происходит.
В настоящее время известны 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдены эффективные способы лечения.
Более 1% новорожденных имеют генетические заболевания, которые приводят к физическим и умственным нарушениям, а также к ранней смерти.
Генные инженеры разработали методы диагностики генетических аномалий на самых ранних сроках беременности. У пар, имеющих повышенный риск рождения больных детей, появилась возможность выбирать из нескольких эмбрионов потенциально здоровый. Отобранный эмбрион имплантируется в матку и далее развивается естественным путем.
В селекции (выведении новых штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных) скрещиваются организмы; в генной инженерии — гены, а в организмы вводятся уже готовые генетические конструкции. Этим способом генные инженеры пытаются обойти бдительность природных механизмов, стоящих на страже чистоты и стабильности генома, то есть пытаются скрещивать между собой неродственные виды.
Основной движущей силой развития генной инженерии сегодня является не прогресс науки, не лечение болезней и не победа над
голодом. Она — в желании добиться неслыханных доселе барышей.
Ф. Капра
Перенести гены в новую среду и заставить их работать, как раньше, с учетом всех вовлеченных в работу регуляторных механизмов, оказывается пока что слишком сложной задачей для молекулярных генетиков.
Д. Уэзеролл, директор Института молекулярной медицины при Оксфордском университете
Люди имеют и будут иметь ту культуру и ту науку, какие возникают из их совместных духовных усилий.
В. Порус