Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Самый новый по времени подход, предусматривающий модификацию генов и реверсирование болезней, основан на методе CRISP/Cas9, существующем у бактерий с противовирусной системой защиты от фагов. Гены можно модифицировать только на очень короткий период времени, пусть – и это интересно – не путем вставки или рекомбинирования части ДНК, а задавая «направляющую» последовательность, но у клетки появляется возможность осуществить соответствующую корректировку путем считывания «направляющей» последовательности, что называется «редактирование». В соответствии с законодательством, регулирующим ГМО, использование технологии рекомбинации не допускается. Необходимо ли новое законодательство для этой новой технологии? До тех пор, пока оно не появится, может быть разработано большое количество модифицированных организмов! Я полагаю, что соответствующие органы пока еще не заметили этот недостаток!

Каштановые деревья погибают от грибка. Можно ли их спасти? Могут ли вирусы помочь в предотвращении их гибели? В Нойштадте-ин-Хольштайн (Северная Германия), городе моего детства, вырубили все столетние вязы, и сразу стала видна огромная рыночная площадь, «обнажился» готический собор из красного кирпича, реальные размеры которого ранее никто особенно не замечал. Кроме того, опустели аллеи вдоль балтийского побережья, потеряв весь свой шарм. На площади Вогезов, Пале-Рояль, авеню Паризине – все парки вырублены. В 1977 г. спилили погибший «вяз Наполеона» (посаженный в год рождения Наполеона), хотя срез его ствола хранится в одном из боннских музеев. Все дубы исчезли. Теперь очередь буков? Что вызвало гибель вязов? Переносчиками этого грибка являются жуки, расщепляющие кору. Они выламывают кусочки древесины и пробуравливают путь внутрь ствола, занося туда споры грибов. Личинки жуков роют ходы и каналы внутри ствола, где токсины грибов начинают «работать». Они закупоривают каналы, по которым циркулирует сок дерева, из-за чего вода и питательные вещества не могут по ним подниматься, и деревья начинают «задыхаться». Этот грибок появился в начале XX в., был завезен из Азии сначала в США, а потом в Европу, и причинил большой ущерб. Может быть, грибы прятались в скоплениях воды в старых автомобильных шинах во время их транспортировки в Европу? Есть несколько историй в пользу этого предположения. Что можно сделать, кроме как вырубить деревья? Та же история с погибающими каштановыми деревьями. Эта болезнь называется «каштановая гниль» (или, более научно, эндотиевый рак коры каштана съедобного). В США она появилась 100 лет назад и уничтожила 4 млрд деревьев – целые леса. Каштановые деревья – символ восточного побережья США. Фан-клубы и защитники деревьев начали предпринимать определенные действия и попытались спасти каштановые деревья. Грибок Cryphonetria parasitica,или сокращенно C. parasitica, завезли из Китая в 1904 г. Независимо от того, дело в жуках или не в них, прогрызают они ходы или нет, этому грибку удается уничтожать деревья метровой толщины. Птицы, насекомые, капли дождя или ветер способны переносить споры на следующее поколение деревьев-жертв. Чтобы остановить это бедствие, испробовали все средства – фунгициды, сернистый газ, облучение, даже проводили какие-то ритуалы. Возможно, майя точно знали об этой сельскохозяйственной проблеме и приносили человеческие жертвоприношения, чтобы задобрить своих богов.

В Австралии неожиданно появился новый вид «супербактерий», а переносчиками их являются китайские клещи, для предотвращения распространения которых были приняты все меры предосторожности: в пределах досягаемости вырубили все клены. Я была свидетелем этого бедствия в 2015 г. Клещей завезли в палетах. Упаковочный материал должны были предварительно продезинфицировать, но не сделали этого. В настоящее время собак натаскивают на распознавание запаха этих жуков.

В Китае каштановые деревья обладают устойчивостью к этому грибку, поэтому их геном секвенировали и выделили ген, отвечающий за эту резистентность. В настоящее время данный ген передается бактериям A. tumefaciens при помощи Ti-плазмиды. Кроме того, в плазмиде клонировали яд жабы, и ожидается, что он уничтожит грибок. В список генов, предназначенных для горизонтального переноса генов Ti-плазмидами, включены гены горького шпината.

Швейцарские ученые разработали генную терапию для каштановых деревьев, для чего использовали вирус hypovirus, парализующий грибок, обитающий в дереве. Этот странный вирус относительно неизвестен (он состоит из «голой» двухцепочечной РНК, у которой нет оболочки, а только один или два кодирующих гена, и он специфичен против грибка). К сожалению, вирус развивается только внутри грибка и перемещается из грибка в грибок. Поэтому для лечения деревьев используется грибок, инфицированный вирусом. Хочется надеяться, что вирус попадает в интактные грибки и уничтожает, и хорошо бы все сразу! К каждому дереву нужен индивидуальный подход, то есть персонифицированная медицина для деревьев. Это слишком сложно и громоздко даже для швейцарских защитников природы. Китайские исследователи пытаются аналогичным образом защитить кукурузу и виноградные косточки от грибковой инфекции путем распространения грибка, инфицированного вирусом. Кроме того, обрабатывают и корни.

Тем не менее самый надежный подход – использование традиционных методов селекции, скрещивание китайских каштанов, резистентных к грибку, с американским видом этих деревьев, находящихся в опасности. Для формирования устойчивости у американских деревьев достаточно 6% китайских генов. Но даже в этом случае они не слишком похожи на китайские каштаны – у них нет ворсистых листьев, которые не любят американцы. Но на это требуется время. У нас в Германии кора каштановых деревьев приобретает коричневый цвет, и нас это беспокоит. Однако, что касается этих деревьев, грибок сделал не слишком глубокие и опасные «ходы», поскольку он поражает только листья. Поэтому опадают только листья, а в целом дерево не погибает. Каштаны, растущие на площади Брайтенбах в Берлине, которые всегда расцветают в мае, подвергаются меньшей опасности. Берлину повезло: не нужно ждать генную терапию Ti-плазмидами с ядом или генами шпината. Есть старое доброе средство защиты от грибка – собрать осенью листья и сжечь их.

Бананы – очень важный продукт питания. Для них угрозу представляет грибок Sigatoka. Секвенированный геном банана оказался невероятно большим – 32 000 генов, больше нашего (около 20 000 генов), поскольку многие гены дуплицированы. Было выявлено всего несколько генов, отвечающих за резистентность к грибку. В Африке эти растения обрабатывают инсектицидами 50 раз в год, но это не помогает при данном заболевании ( Fusarium oxysporum). Селекция и скрещивание невозможны, поскольку у этих растений бесполое размножение. Поэтому бактерия A. tumefaciens с Ti-плазмидами – единственная надежда, и в Африке эта методика уже тестируется. Тем не менее в глобальном масштабе присутствие бактерий в продуктах питания не очень хорошо воспринимается. Есть новый способ – использовать «пистолет» для введения Ti-плазмид непосредственно в растения, в этом случае не нужно применять бактерии для переноса генов. Есть вариант воспользоваться «генной пушкой», и однажды мы ее применяли при лечении рака, чтобы ввести ДНК-плазмиды пациентам непосредственно в мышцы. Терапия продемонстрировала некоторую эффективность. Шприцы с иглами оказались в наших руках более эффективными, и крайне дорогостоящая «пушка» вновь очутилась в своей дорого выглядящей коробке, выстланной красным бархатом, как ее поставил нам производитель.