Сэмюел Стернберг - Трещина в мироздании [litres]

У мутантных линий, полученных таким способом, имеются случайные изменения в сотнях или даже тысячах различных генов. Если среди этих спонтанных генетических изменений у разных линий возникают похожие мутации, такие же как в гене Mlo , то у растений, полученных из таких семян, может появиться одно и то же желаемое свойство – например, устойчивость к грибку у ячменя [100] R. BÜschges et al., “The Barley Mlo Gene: A Novel Control Element of Plant Pathogen Resistance”, Cell 88 (1997): 695–705. . Защитная мутация в гене Mlo у ячменя была идентифицирована в 2004 году, а еще десятилетие спустя нарушения в том же гене удалось связать с устойчивостью к мучнистой росе и у других растений. Это породило воодушевляющую гипотезу, что многие сельскохозяйственные культуры можно было сделать устойчивыми к болезни, изменив ген Mlo .

В этом и заключаются перспективы редактирования генома. В сравнении с обычными методами селекции – включая спонтанный мутагенез, мутагенез под действием рентгеновских лучей или химикатов, а также скрещивание различных видов растений (в процессе которого в геном поступают тысячи новых генов), – CRISPR и подобные технологии дают ученым беспрецедентные возможности контроля над геномом. Я обратила особое внимание на масштаб этих возможностей, когда в 2014 году ученые из Китайской академии наук использовали инструменты редактирования генома, в том числе CRISPR, для изменения шести копий гена Mlo в пшенице обыкновенной ( Triticum aestivum ) – одной из важнейших сельскохозяйственных культур на планете. Растения, у которых все шесть генов Mlo были мутантными, обладали устойчивостью к мучнистой росе, и это был фантастический результат; более того, исследователям не было нужды беспокоиться о вредоносных или нежелательных эффектах каких-либо других мутаций, поскольку были изменены только гены Mlo . Какое бы изменение ни было необходимо – нокаут гена, его коррекция, вставка или делеция, – ученые могут редактировать геном с беспрецедентной точностью вплоть до одной “буквы” и делать это практически с любым геном и любой последовательностью ДНК.

Борьба с настоящей мучнистой росой – лишь один пример того, каким образом CRISPR помогает решать проблемы сельского хозяйства. За несколько лет, прошедших с начала использования технологии, ее уже применили для редактирования генов риса (чтобы защитить растение от бактериальных заболеваний); для обеспечения кукурузы, сои и картофеля естественной невосприимчивостью к гербицидам; для создания грибов, которые гораздо медленнее буреют и портятся [101] W. Jiang et al., “Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-Mediated Targeted Gene Modification in Arabidopsis, Tobacco, Sorghum and Rice”, Nucleic Acids Research 41 (2013): e188; N. M. Butler et al., “Generation and Inheritance of Targeted Mutations in Potato ( Solanum Tuberosum L.) Using the CRISPR/Cas System”, PLoS ONE 10 (2015): e0144591; S. S. Hall, “Editing the Mushroom”, Scientific American 314 (2016): 56–63. . Ученые использовали CRISPR для редактирования генома сладких апельсинов [102] H. Jia and N. Wang, “Targeted Genome Editing of Sweet Orange Using Cas9/sgRNA”, PLoS ONE 9 (2014): e93806. , а команда калифорнийских исследователей сейчас пытается спасти американскую индустрию цитрусовых от бактериальной болезни, именуемой по-китайски huanglongbing , что переводится как “болезнь желтого дракона”, которая уже поразила некоторые части Азии, а теперь угрожает садам Флориды, Техаса и Калифорнии [103] S. Nealon, “Uncoding a Citrus Tree Killer”, UCR Today , February 9, 2016. . В Южной Корее Джин Су Ким и его коллеги надеются, что редактирование геномов бананов может помочь сохранить от исчезновения ценный сорт кавендиш, которому угрожает распространение чрезвычайно вредоносного почвенного гриба [104] D. Cyranoski, “CRISPR Tweak May Help Gene-Edited Crops Bypass Biosafety Regulation”, Nature News , October 19, 2015. . Исследователи в других местах также экспериментируют с возможностью вставки в сельскохозяйственные культуры целой бактериальной системы CRISPR, запрограммированной на уничтожение вирусов, что может дать растениям совершенно новую противовирусную иммунную систему [105] A. Chaparro-Garcia, S. Kamoun, and V. Nekrasov, “Boosting Plant Immunity with CRISPR/Cas”, Genome Biology 16 (2015): 254–257. .

Методы внесения мутаций в ДНК растений

Меня особенно привлекают возможности, которые дает редактирование генома в области создания более здоровой пищи. Рассмотрим два выдающихся примера. Первый: соевые бобы дают около 50 миллионов тонн соевого масла ежегодно. К сожалению, в этом масле слишком много трансжиров, употребление которых ассоциируется с повышенным уровнем холестерина и заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Не так давно специализирующиеся на продуктах питания ученые из миннесотской компании Calyxt использовали основанную на TALEN технологию редактирования генома для изменения двух генов сои, получив семена, в составе которых гораздо меньше нездоровых жирных кислот, а содержание различных жиров больше напоминает состав оливкового масла [106] W. Haun et al., “Improved Soybean Oil Quality by Targeted Mutagenesis of the Fatty Acid Desaturase 2 Gene Family”, Plant Biotechnology Journal 12 (2014): 934–940. . Исследователям удалось сделать это, не вызвав каких-либо непредвиденных мутаций и не вставляя в геном чужеродную ДНК.

Второй пример связан с картофелем – это третья по важности пищевая культура в мире после пшеницы и риса. Длительное хранение в холоде (необходимое для увеличения срока годности картофеля) может привести к его ослащению – крахмал в условиях холода переходит в сахара, глюкозу и фруктозу. Любая термическая обработка, необходимая для приготовления картофеля фри и чипсов, превращает эти сахара [107] В ходе их реакции с аспарагином – аминокислотой, входящей в состав белков (а значит, и пищи). в акриламид – нейротоксин и потенциальный канцероген. Кроме того, из-за ослащения чипсы буреют и становятся горькими, и в результате большое их количество идет в отходы; по этой причине предприятия по переработке картофеля выбрасывают до 15 % сырья. Используя редактирование генома, исследователи из компании Calyxt легко смогли решить эту проблему в картофеле сорта Ranger Russet : они инактивировали всего один ген, отвечающий за выработку глюкозы и фруктозы. Результат: уровень акриламида в чипсах, сделанных из улучшенной картошки, был ниже на 70 %, и они не бурели [108] B. M. Clasen et al., “Improving Cold Storage and Processing Traits in Potato Through Targeted Gene Knockout”, Plant Biotechnology Journal 14 (2016): 169–176. .

Специалисты пищевой промышленности в восторге от возможностей простого редактирования генома. Однако один очень важный вопрос пока еще остается без однозначного ответа: смогут ли производители и потребители принять продукты с прицельно измененным геномом, подобно тому как они уже приняли тысячи видов продуктов, геномы которых мутировали случайным образом под воздействием рентгеновского или гамма-излучения или химических мутагенов? Или эти новые продукты постигнет судьба ГМО – другого типа генетически измененных продуктов, которые, несмотря на свой огромный потенциал, были встречены в штыки, что связано, с моей точки зрения, с прямой дезинформацией общественности?