Светлана Волкова - Просто геном

В этом и заключается будущее редактирования генов. По сравнению с обычными методами разведения, включая естественный мутагенез, генезис с использованием рентгеновских лучей или химикатов и гибридизацией между различными видами растений (что наводняет геном тысячами новых генов) CRISPR и родственные ей технологии дают учёным уровень контроля над геномом, который не имеет аналогов. Возможности этой технологии для сельского хозяйства были подчеркнуты, когда в 2014 году учёные из китайской Академии наук использовали инструменты редактирования генов, в том числе CRISPR, для изменения шести копий гена Mlo в пшенице Triticum aestivum, одной из самых важных основных культур в мире. Растения, которые имели все шесть мутированных генов Mlo, были устойчивы к мучнистой росе, – фантастический результат, и, кроме того, исследователям не нужно было беспокоиться о вредных или нежелательных эффектах любых других мутаций, поскольку были отредактированы только гены Mlo. Независимо от того, являются ли желаемыми изменения генов (как в случае с геном Mlo), исправления генов, вставка генов или удаление генов, учёные могут изменять геном с беспрецедентной точностью и делать это практически с любым геномом и любой последовательностью ДНК.

Мучнистая роса является лишь одним из примеров сельскохозяйственных проблем, которые можно решить с помощью CRISPR. За несколько лет с момента своего создания технология CRISPR использовалась для редактирования генов в рисе, которые обеспечивают защиту этого растения от бактериальных болезней, снижающих урожайность; использовалась она и для придания кукурузе, соевым бобам и картофелю естественной устойчивости к гербицидам – химическим веществам, применяемым для уничтожения сорняков; также при помощи CRISPR были созданы грибы, которые не поддаются преждевременной порче и не темнеют.

Ученые использовали CRISPR для редактирования генома сладких апельсинов, а команда калифорнийских академиков и сейчас пытается применить эту технологию, чтобы спасти индустрию цитрусовых в США от бактериальной болезни растений, называемой хуанлун, – это китайское название переводится как «болезнь желтого дракона». Болезнь уже опустошила части Азии и теперь угрожает фруктовым садам во Флориде, Техасе и Калифорнии. Между тем в Южной Корее учёный Джин-Су Ким и его коллеги надеются, что редактирование генов в бананах может помочь спасти ценный сорт бананов Кавендиш, которому угрожает распространение разрушительного почвенного гриба от вымирания. Во многих других точках Земли исследователи манипулируют с возможностью введения целой бактериальной системы CRISPR, перепрограммированной для того, чтобы обеспечить сельскохозяйственные культуры совершенно новой противовирусной иммунной системой.

Особенно интригуют возможности использования генного редактирования с целью производства более здоровой пищи. Здесь можно привести два ярких примера. Первый пример касается соевых бобов, из которых получают около 50 миллионов тонн соевого масла в год. К сожалению, соевое масло содержит высокие уровни трансжиров, которые врачи связывают с повышением уровня холестерина и риском возникновения болезней сердца. Но недавно учёные-диетологи из компании Calyxt, что находится в Миннесоте, использовали технологию редактирования генов на основе нуклеаз TALEN для того, чтобы изменить два гена сои, создав семена с резко сниженным количеством вредных жирных кислот и общим содержанием жира, аналогичного его количеству в оливковом масле. Диетологи достигли этого простой генной манипуляцией, не вызывая никаких непреднамеренных мутаций и не вводя чужеродную ДНК в геном.

Другой пример генного редактирования с целью сделать пищу более здоровой касается картофеля – третьей по величине в мире культуры после пшеницы и риса. Длительное хранение этого продукта в холодильнике, необходимое для увеличения срока годности, может привести к вызванному холодом подслащиванию – явлению, при котором крахмалы превращаются в сахара, такие как глюкоза и фруктоза. Любой процесс приготовления пищи с использованием высокой температуры, необходимой для получения, например, картофеля фри или чипсов, превращает эти сахара в акриламид, – химическое вещество, которое представляет собой нейротоксин и потенциальный канцероген. В жареных или запечённых продуктах такой нейротоксин образовывается, как правило, при температурах выше 180 °С. Используя редактирование генов, исследователи решили: они инактивируют единственный ген, который продуцирует глюкозу и фруктозу. Результатом стало 70-процентное снижение уровня содержания акриламида в картофельных чипсах.

Конечно, в целом исследователи в области пищевых продуктов пребывают в восторге от возможностей такого лёгкого редактирования генов. Но возникает серьезный вопрос: будут ли производители и потребители спокойно воспринимать эти тысячи культур, геномы которых были определённым образом видоизменены с помощью рентгена, гамма-лучей и химических мутагенов? Или отредактированные культуры постигнет та же участь, что и ГМО, – когда генетически измененные пищевые продукты встретила невероятная волна критики несмотря на её огромный потенциал для пользы людей?

Поскольку технология CRISPR распространилась по всему миру, продовольственная политика играет одну из ключевых ролей. Зная, что растения и животные с отредактированными генами неизбежно будут сравниваться с ГМО, Дженнифер Дудна посвятила целое исследование использованию термина «генетически модифицированный организм». Например, министерство сельского хозяйства США определяет генетическую модификацию как «производство наследственных улучшений в растениях или животных для особых целей, – с помощью генной инженерии или других более традиционных методов». Безусловно, это широкое толкование ГМО может охватывать более новые технологии, такие как редактирование генов, также как и более старые методы, применяемые для улучшения пищевых продуктов. Действительно, согласно этому определению, почти каждый продукт, который мы едим, кроме лесных грибов, ягод и дикой рыбы, может считаться генномодифицированным.

Однако более распространенное определение ГМО подразумевает только те организмы, генетический материал которых был изменен с использованием технологии искусственного введения новых генов в геном. С 1994 года, когда было представлено первое коммерчески выращенное ГМО-растение, одобренное для потребления человеком – медленно созревающий томат, известный как Flavr Savr, в Соединённых Штатах Америки для коммерческого выращивания было разработано и одобрено более 50 ГМО-культур, в том числе кукуруза, хлопок, папайя, рис, соя, тыква. В 2015 году 92 процента всей кукурузы, 94 процента хлопка и 94 процента всех соевых бобов были генетически сконструированы таким образом.