Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают Иванова Анна
Кстати, помните, ранее мы говорили о генетическом коде как об однозначном и универсальном для всех организмов переводе трехбуквенных сочетаний из «генетических букв» в «буквы аминокислотные»? Анализ геномов современных митохондрий из клеток разных организмов показал, что многие из них стали использовать свой собственный язык кодов![211] Вот, например, сочетание АТА, прочти его обычные молекулярные механизмы в клетке человека, кактуса или синицы, будет однозначно переведено в аминокислоту изолейцин. Однако митохондрии этих самых человека, кактуса или синицы переведут АТА в аминокислоту метионин![212] Или вот сочетание АГГ, которое всегда переводится в аминокислоту аргинин, в митохондриях трематоды станет означать серин, в митохондриях удивительного морского животного асцидии будет переведено в глицин, а наши с вами, то есть митохондрии позвоночных животных, там и вовсе увидят стоп-кодон – знак окончания чтения[213]. То есть на шаблоне одного и того же генетического текста разные митохондрии прочтут разные инструкции. Ну разве это не удивительно! Как настоящие инопланетяне, будто не до конца изучившие язык земных существ.
За долгие годы совместной эволюции многие гены из генома митохондрий перетекли в ядерный геном. Да и жить вне клетки-хозяина они тоже давно уже разучились. И все же некоторую независимость наши сожители сохранили: с собственной митохондриальной ДНК могут считываться собственные митохондриальные, полезные в хозяйстве и самой митохондрии, и ее хозяина, гены; у митохондрий осталась способность самостоятельно размножаться делением и даже разбегаться по двум новым клеткам при делении старой. Но если сейчас перед вами нарисовался образ несчастных угнетенных существ, то лучше от него отказаться: «Не стоит рассматривать митохондрии как рабов, взятых в плен, чтобы снабжать молекулами АТФ не способные к дыханию клетки. Они скорее существа, еще в протерозое нашедшие для себя и своего потомства лучшее из убежищ, где можно затрачивать наименьшие усилия, не подвергаясь риску быть съеденными»[214], – пишет о них Григорий Моисеевич Дымшиц[215].
Итак, наши предки начали свой путь на этой планете с довольно радикальной генетической модификации самих себя. Уже лишь этого факта с лихвой хватило бы для утверждения вроде «ЯМы ГМО». Но ведь мы и на этом не остановились!
4.4. Оборона от паразитов
Мысленно нажмем на значок перемотки и от дел тех далеких дней перенесемся в практически наше позавчера (ну если судить по геологическим меркам, конечно). Предки наши продолжали усложняться, а многие ветви даже выбрали путь увеличения в размерах. Среда вокруг становилась все разнообразнее и уж точно интереснее. Простой механики «видишь свет – плыви на свет» или «чувствуешь градиент увеличения тепла – плыви, следуя ему» – для выживания многим видам уже было недостаточно. Если ты чья-то пища, в твоих интересах становиться все хитрее. В чем бы ни заключалась эта хитрость[216]. Если твоя пища становится все хитрее, у тебя тоже остается не так много вариантов для выбора. В общем, жить стало интереснее, жить стало веселее.
Для развития более сложных животных понадобились более подходящие условия. Можно сказать даже, почти тепличные. Период, когда детеныш защищен от влияния внешней среды, спрятан от хищников и обеспечен достаточным количеством питательных веществ. Эволюция изобрела для этого различные решения, одним из которых оказалось живорождение млекопитающих. В этом подходе возникли свои сложности. Во-первых, детеныша внутри матери нужно снабжать кислородом. Во-вторых, появляется задача как-то обеспечить его питанием. В-третьих же, плод – генетически чужеродный организм внутри материнского тела. Как пересаженная от донора почка или сердце. А наша иммунная система как суровый охранник в ночном баре – всегда готова выставить нарушителей вон. То есть запускает процессы, в результате которых чужой орган (или организм) ждет неминуемое отторжение. Без самой же иммунной системы организм ждет участь бара из дурного района, решившего сэкономить на вышибале. И что же делать?
Вот для всех этих функций – обеспечение кислородом и питанием, а для ряда животных еще и для организации маскировки от иммунной системы – и нужна плацента.
Плацента – уникальный орган. Если сердце или легкие нам выдаются при рождении (и дальше их лучше бы беречь смолоду, ведь новые сами не отрастут), то плацента формируется только тогда, когда она становится необходима – в начале беременности. Причем формируется одновременно из клеток матери и плода. Покидает организм матери плацента в момент рождения ребенка, а при следующей беременности образуется новая. Совершенно удивительная штука.
Ее формирование – процесс не менее удивительный и сложный. И свою важную роль в имплантации эмбриона в матку выполняет в нем белок синцитин. Кодируется этот белок в геноме человека генами Syncytin-1 и Syncytin-2, расположенными на 7-й и 6-й хромосомах соответственно. У других животных есть свои варианты этого же гена. Например, аналогами генов Syncytin-1 и Syncytin-2 у мышей являются Syncytin-A и Syncytin-B. Проблемы в работе синцитина ведут к невынашиванию. Эти данные окончательно были подтверждены в исследовании, на специальной линии мышей, которым ученые «отключили» ген Syncytin-A. Все мышиные эмбрионы, в геномах которых не работали обе копии (и мамина, и папина) этого гена, неизбежно погибали между 11,5 и 13,5 днями внутриутробного развития[217].
Очевидно, что такую полезную штуку, как синцитин, мы получили в процессе эволюции. Но как именно это произошло? По современным подсчетам, наши предки-приматы обзавелись генами Syncytin-1 и Syncytin-2 всего лишь 25 и 40 миллионов лет назад соответственно. А спонсорами такого полезного приобретения стали… ретровирусы! Сами же ретровирусы нуждаются в синцитине для формирования вирусной оболочки. Проникнув в клетки, фрагменты ретровируса встроились в хромосомы наших предков[218] и, можно сказать, снабдили их новой суперспособностью – возможностью вынашивать внутри себя чужеродный организм в течение продолжительного времени.
И если сравнить наш геном с геномами других организмов, то можно увидеть совсем удивительную штуку: около 8 % генома человека составляют различные вставки от других ретровирусов! {Сюрпризы митохондриального генома / ПРИРОДА, 2002, № 6. Г. М. Дымшиц. https://www.amgpgu.ru/Evolution/Lectures/Cell/Dymshitz.html}
Конечно, далеко не все из них оказались настолько же полезны, как гены синцитина. Многие и вовсе потеряли свою работоспособность из-за выпадения кусочков гена или иных мутаций и теперь лежат в наших геномах этакими стопками рудиментарного хлама. Но так или иначе, 8 %, Карл! Иными словами, каждый из нас как минимум на 8 % генетически модифицированный организм. Ну разве это не прекрасно?
А вот теперь, предварительно договорившись о том, что этот рассказ ведет один ГМ-автор для своих замечательных ГМ-читателей, можно двигаться дальше. И уж наконец-то к самому интересному!
4.5. В дополнение
• Биологи впервые обнаружили горизонтальный перенос генов от растения к насекомому. https://nplus1.ru/news/2021/03/29/insect-plant-gene.
• Поверх барьеров. Что такое горизонтальный перенос генов и насколько он распространен. https://nplus1.ru/material/2019/01/28/pass-me-gene-please.
• Многоликая и уникальная: плацента в лабиринте эволюции Вероники Конкиной для Биомолекулы. https://biomolecula.ru/articles/mnogolikaia-i-unikalnaia-platsenta-v-labirinte-evoliutsii
Глава 5. Как человек вмешался в природу
5.1. Селекция глазами художников
За помощь в написании этой главы благодарю Евгению Черняеву[219].
Всегда ли привычные нам съедобные растения, фрукты и овощи были такими, какими мы знаем их сейчас? На этом месте обычно в пример приводят, пожалуй, самое наглядное сравнение: растение теосинте и зрелый початок кукурузы – его далекого потомка. И хотя этот пример действительно чертовски удачен, он все же имеет один изъян: необходимость ссылаться на молекулярно-генетические данные для подтверждения родства этих растений. А хочется же чего-то такого, чтоб близко каждому, чтоб наглядно. И мне кажется, я знаю, как тут поступить.
Приходилось ли вам когда-нибудь разглядывать натюрморты старых мастеров? Быть может, оригиналы в музеях? Или качественные репродукции, сохранившие все детали, старательно выписанные автором? Если ответ да, то наверняка вам приходила в голову мысль, что с некоторыми объектами на картинах что-то не так.
Вот, например, арбузы. Кто только не рисовал их на своих картинах. Но разве они похожи на то, что летом мы с нетерпением несем домой? Невольно хочется задать художнику вопрос, а доводилось ли ему вообще видеть в жизни настоящий арбуз? Отмахнуться от таких мыслей легко, ведь сегодня мы привыкли к фразе «я художник, я так вижу». И арбуз на современной картине имеет право даже быть синего цвета и напоминать, пусть например, дырявый башмак. Что же мешало и художнику прошлых веков дать волю своему воображению? Как нам из сегодня понять, где же заканчивается его фантазия и начинается реальность? Иными словами, можно ли вообще доверять тому, что изображено на его картинах?
https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Giovanni_Stanchi,_Watermelons,_Peaches,_Pears,_and_Other_Fruit_in_a_Landscape.jpg
Джованни Станки. Натюрморт с арбузами, персиками, грушами и другими фруктами. Около 1645–1672, Рим
Каким бы ни было искусство, оно всегда является способом познания и осмысления окружающего мира. И разные художники в разные времена по-разному подходят к этой задаче. Кто-то акцентирует внимание на анатомической верности, композиции и пропорциях (классицизм). Кто-то на эмоциональной составляющей (барокко). Даже пытаясь найти что-то нетрадиционное, инаковое (романтизм), художники вплоть до начала XX века остаются документально точными. А вершиной этой документалистики являются жанры портрета и натюрморта.
Один из первых самостоятельных натюрмортов – «Корзина с фруктами» Караваджо (1596). Художник подробно фиксирует мельчайшие детали – прожилки на листьях, пятнышки на яблоках и виноградинах, червоточинки, блики. Особенной любовью к натюрморту славились голландцы. Благодаря им мы можем знать, как выглядела посуда XVII–XVIII веков, что люди ели на завтрак, обед и ужин, каким все это запивали вином, и даже немного догадываемся о смысле изображенного. Соединяя данные, получаемые из различных источников – картин, писем, книг, археологических находок, архивных записей и даже бухгалтерских ведомостей, – историки воссоздают максимально подробную картину жизни прошлых эпох. История – точная наука. Ее изучение очень похоже на сбор прекрасного пазла: для получения картинки требуется собрать воедино разные факты. А каждый факт – кусочек пазла – не существует сам по себе, в отрыве от других. Так, например, натюрморты некоего голландского мастера прошлых столетий для науки важны не столько сами по себе, сколько в контексте той эпохи, когда они были созданы. Так, по другим источникам мы знаем, что голландские натюрморты символичны: каждый предмет не случаен – это послание[220]. А для наибольшей точности послания оно должно быть и максимально точно изображено, чтобы избежать любых искажений смысла.
Возьмем натюрморт с цветами. Изобразить их требовалось максимально точно, ведь от того, насколько точно передан цветок, его сорт и оттенок, зависело во многом значение изображенного на картине и даже удовлетворенность заказчика (картины очень часто писали именно на заказ). Рынок тюльпанов в Голландии, пожалуй, известен всем. Луковица редкого сорта тюльпана могла стоить совершенно баснословных денег[221]. Тюльпанами торговали на бирже наряду с золотом, специями и другими ценностями. А значит, крайне важно было изобразить тюльпан так точно, чтобы в богатстве владельца картины и его садоводческих навыках ни у кого не возникло сомнений.
Для расшифровки значений букетов существовали целые альбомы – владеть искусством составлять послания и понимать их смысл было важным светским навыком. В общих чертах смысл цветочного натюрморта (картинка выше) сводится к бренности бытия и краткосрочности земной жизни. На нем художник соединяет вместе едва распустившиеся бутоны, засохшие листья и опавшие лепестки. Еще закрытые бутоны рядом с распустившимся ярко-красным махровым маком. Полевые цветы (фиалки, незабудки) носят значение добродетели. Иногда символика картин может быть амбивалентной, например фрукты – символ жертвы Христа, но фрукты с гнилью или червоточинами – символ греховности. Изображение рыбы – символ Христа, устрица – намек на плотские утехи, мясо – символ чревоугодия, и т. д.[222]
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4e/Jan_Davidsz_de_Heem_002.jpg/1280px-Jan_Davidsz_de_Heem_002.jpg
Ян де Хем. Натюрморт с цветочной вазой. Ок. 1645. Национальная галерея искусства. Вашингтон
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/Canestra_di_frutta_%28Caravaggio%29.jpg/350px-Canestra_di_frutta_%28Caravaggio%29.jpg
Караваджо, Корзина с фруктами. 1596
Таким образом, каждый предмет имеет свое значение и должен быть изображен чрезвычайно точно для его сохранения. Понимая все это, давайте вернемся к началу главы и ответим на вопросы: сколько же фантазии в картинах художников тех времен? Можем ли мы полагать, что предметы изображены с максимальной точностью?
И историки с искусствоведами отвечают нам – да. Можем. Но что же тогда не так с пресловутыми арбузами?
Если выстроить картины в хронологическом порядке, можно заметить, как меняются на них одни и те же объекты, становясь все более похожими на те, что привычны нам.
Давайте рассмотрим «Натюрморт с фруктами, овощами и сценой ужина в Эммаусе» Флориса Герритса ван Схотена. Попробуйте отыскать на ней морковь. Подсказка: бледные корешки за спиной у девушки – это вовсе не она. Скорее всего это корни пастернака или петрушки. Морковь же здесь (возле правой руки героини) фиолетовая! Да, сейчас нам намного более привычна ярко-оранжевая. Мы даже говорим «морковный цвет» и всем сразу понятно, что это вовсе не фиолетовый. Но только благодаря тому, что такой выбор за нас много лет назад сделали селекционеры, предпочитая разводить ее гораздо чаще. Фиолетовые сорта не утеряны, и вы сможете без больших усилий найти их семена в интернете. Но массовый рынок XX и начала XXI века принадлежит рыжебокой красотке безраздельно[223].
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/21/Stilleven_met_vruchten_en_groenten_met_op_de_achtergrond_Christus_en_de_Emmasgangers_Rijksmuseum_Amsterdam_SK-A-2058.jpg
Флорис Герритс ван Схотен. Натюрморт с фруктами, овощами и сценой ужина в Эммаусе. 1651, Амстердам, Гос. музей
С детства я очень любила читать. Особенно разные приключения отважных мушкетеров, путешественников и пиратов, разворачивающиеся лет 200–300 назад. Разумеется, в тех романах было немало прекрасных дам. И неизменно кожа у них была «как свежий персик». Это сравнение заставляло меня искренне недоумевать: перед глазами представали хорошо знакомые образы персиков – шершавые, желтоватые (а то и вовсе ярко-желтые) с отчетливо красными боками. Ну нет, представить себе такую кожу у королевы, за подвесками для которой отважно отправились мушкетеры, у меня совершенно не выходило! Но взгляните на «Натюрморт с артишоками, редисом, спаржей, сливами и персиками в корзине» Якоба ван Хюльсдонка – и вы увидите их! Мелкие, на вид гладкие, бледно-розовые. Вот такой кожу возлюбленной отважного пирата представить мне значительно проще. Кстати, с артишоками на картине что-то тоже не так. Впрочем, как и с редисом (да, это кривые длинные белые корешки, торчащие из корзины).
https://3.404content.com/resize/30x-/1/91/C5/2125479235341780049/fullsize.jpg
Флорис Герритс ван Схотен. Сцена на рынке с двумя торговками овощами и фруктами. До 1655, Амстердам (здесь еще более розовые персики)
https://arthive.net/res/media/img/oy800/work/855/372105.jpg
Якоб ван Хюльсдонк. Натюрморт с артишоками, редисом, спаржей, сливами, черешней и персиками в корзине. XVII век. Частная коллекция
Вот еще пример, натюрморт Vanitas Марии ван Остервейк. Посмотрите на этот скромный початок кукурузы и жиденькие, по современным меркам, колоски пшеницы. Разве сравнится это с тем, что мы привыкли видеть?
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/Maria_van_Oosterwijck%2C_Kunsthistorisches_Museum_Wien%2C_Gemldegalerie_-_Vanitas-Stilleben_-_GG_5714.jpg
Мария ван Остервейк. Vanitas. 1668. Вена
Даже погружаясь в пучину фантазии и намеренного искажения действительности, художники того времени все равно оставались в рамках реализма. Два самых известных фантазера – Босх и Арчимбольдо. Оба они предельно реалистичны в деталях. И это делает их максимально убедительными. Например, итальянец Джузеппе Арчимбольдо делает аллегорические фантазийные портреты на тему «Времена года» и «Четыре стихии». Это портреты, но при внимательном рассмотрении мы видим, что они собраны из овощей, фруктов, цветов, даже животных. При этом сами овощи написаны очень точно, поскольку все так же нагружены символикой.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Giuseppe_Arcimboldo_-_Pairs_of_Allegories_-_WGA00830.jpg
Джузеппе Арчимбольдо. Примеры аллегорий из циклов 1560-х годов «Времена года» и «Четыре элемента»
Таким же заложником символизма был Иероним Босх. В его чудесатых хитросплетениях человеческого, животного и растительного отдельные детали хорошо узнаваемы и читаемы, у него нет натюрмортов в чистом виде, но яблоки в его картинах не спутать с апельсинами, или гранатами – ведь символика в них все также различна. Удивительно, но благодаря символизму, наблюдательности и влюбленности в реальность художники смогли зафиксировать для нас свою действительность так точно, что мы можем по их картинам восстановить настоящую историю селекции!
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/The_Garden_of_Earthly_Delights_by_Bosch_High_Resolution_2.jpg/2880px-The_Garden_of_Earthly_Delights_by_Bosch_High_Resolution_2.jpg
Иероним Босх. Сад земных наслаждений (1500–1510). Центральная часть триптиха. музей Прадо. Мадрид
Если выстроить картины старых мастеров в длинный хронологический ряд, то изменения, которые селекционеры веками производили с культурными растениями, становятся очевидны. Как менялась толщина арбузной корки и цвета его мякоти, как колос становился все пышнее, а редис и морковь откармливали и выравнивали свои блестящие бочка – все это настоящие уроки наглядной биологии, преподанные нам посредством изобразительного искусства, прочными нитями связанного с реальностью своего времени.
В XXI веке мы можем дополнить эту картину данными молекулярно-генетического анализа и биоинформатической реконструкции. Но придумать что-то нагляднее искусства мне будет очень сложно.
5.2. Двадцатый век начинается
как говаривал сэр Артур Конан Дойл, отправляя Шерлока Холмса в очередные неприятности.
Наверное, мы уже даже немного привыкли, к тому чудовищному потоку новостей и изменений, что несет нам каждый новый день XXI века. Но так было не всегда. Большую часть истории человечества все менялось медленно. Очень медленно. Это касалось абсолютно всех сфер человеческой жизни: от быта до медицины, от математики и астрономии до взглядов на религиозные вопросы. Если изучать историю науки, то можно заметить, как между ключевыми точками развития какой-либо технологии иногда проходили десятилетия. Многие открытия из-за плохой коммуникации часто переоткрывались разными учеными в разных концах света и в разные годы (а то и века).
Но в XIX веке все изменилось. Мир сменил медленную поступь на быстрый шаг, шаг становился все увереннее, превращаясь в первые попытки бежать. Тому было сразу множество причин, не последней из которых стало развитие коммуникаций между разными его частями – появление телеграфа и железных дорог будто сократило расстояния между людьми. Прогресс, медленно плетущийся с тех самых дней, когда первые наши предки взяли в руки камень (чтобы то ли раздавить раковину моллюска, то ли голову косо посмотревшего соседа по пещере), стал набирать скорость. Иногда людям казалось, что его можно ощутить, потрогать. Он пульсировал в головах стуком колес несущихся паровозов, отстукивал щелчками телеграфных клавиш, гудел пароходными сигналами, звенел крючками жаккардовых станков и шелестел шестеренками автоматонов. И вот ко второй половине XIX века мир побежал. Побежал с той скоростью, что не знало ни одно поколение до того. С тех пор эта скорость только растет, и никаких вам пауз, чтобы скушать Twix. «Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее!» – голосом Черной королевы сказал обо всем этом полтора века назад известный математик Чарльз Лютвидж Доджсон, больше известный нам как Льюис Кэрролл.
О, как же, черт возьми, он был прав!
Это одновременно происходило во всех сферах человеческой деятельности. И одни из самых интересных вещей случились в мире биологии и конкретного ее применения к повседневной жизни – сельского хозяйства. Если до наступления XIX века для выведения нового более удачного, урожайного, климатически адаптированного и устойчивого к болезням сорта можно было позволить себе полсотни лет упорного труда селекционера, то теперь такие темпы становились расточительством. Конкуренция: не успеешь ты – успеют за тебя. Да и растущее население нужно как-то кормить.
В арсенале человечества в те времена была лишь селекция без какого-либо понимания, как это все работает внутри. До слов «гены», «ДНК», «аллели» оставались еще многие годы. Слово «наследственность» робко проступало на страницах первых научных работ. На этом месте я не буду пускаться в невероятно интересные детали, а лучше искренне посоветую главу «В потоке времени» из книги «Она смеется как мать»[224].
А мы же поговорим о ней. «Традиционной селекции».
Попробуйте затеять разговор об этом с неподготовленным собеседником. Попросите его охарактеризовать «традиционную селекцию» первыми словами, что придут в голову. Возможно, вам доведется услышать что-то вроде «это то, чем испокон веков занимается человек». В ответе также могут фигурировать прилагательные «простая», «понятная», «безопасная». Но так ли это на самом деле? Давайте заглянем за определением методов селекции в Википедию: «Основные методы селекции растений – массовый и индивидуальный отбор, внутривидовая и отдаленная гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальный мутагенез»[225].
Массовый и индивидуальный отбор – вот то самое, что возникает в памяти человека по запросу «селекция». Мы незаслуженно отбрасываем все остальные, часто куда более продуктивные и распространенные, варианты. Здесь вроде бы все просто: для получения сорта крупных помидоров надо год за годом собирать урожай, отбирать самые крупные на семена, на следующий год сеять эти семена, собирать урожай… И так снова и снова, урожай за урожаем, пока… а что пока? Рано или поздно при таком подходе мы упираемся в ограничение: что делать, когда предел размера или сладости достигнут? крупнее или вкуснее уже не получается (а хочется)? А что, если в процессе селекции по одному признаку мы потеряли или приобрели другой, и не всегда это оказалось на пользу? Как такое вообще происходит? Или вот еще задачка: как добавить свойство фруктам, овощам или растениям, если ни у одного представителя нужного вида такое свойство не встречается? Отобрать и развести с отбором по нужному признаку просто не из чего. Непростая задачавывести сорт, скажем, пшеницы, которую можно выращивать в Сибири, если изначально мы не имеем семян с «запасом морозоустойчивости». И вот тут-то нам понадобятся все упомянутые методы селекции. Давайте рассмотрим их по порядку.
5.3. Что не так с искусственным отбором. Поломанные помидоры и путешествия во времени
Начнем мы с самого традиционного, самого древнего способа улучшения организмов – искусственного отбора. Для некоторых привычных нам ныне фруктов, овощей, злаков путь селекции кажется достаточно простым: несложно представить, как далекие наши предки заметили и посадили поближе к своему дому росток ранетки. Другие пути кажутся менее очевидными: намного сложнее вообразить, как хилая травка теосинте привлекла внимание древнего человека, чтобы стать однажды сочной кукурузой на нашем столе. На третьи же у меня и вовсе не хватит фантазии: путь миндального дерева из дикого и ядовитого к изысканной начинке для конфет. Но обо всем этом есть отдельная литература[226]. Поэтому я просто… расскажу здесь сказку.
Жили-были старик со старухою. И детей у них… было много. Да еще и внуки. В чем, собственно, и состояла проблема: всю эту ораву надо было кормить. Поэтому были у них и огород, и поле, и работа в скрюченных над грядками позах от первых петухов до укоризненного взгляда лунного блина на все это вопиющее безобразие[227].
Погодите, вы думали, что эта сказка о крестьянской семье? Ну что вы! Эта сказка о помидорке, ее подругах по грядке и их старинном помидорочьем роде, корнями уходящем (в прямом смысле корнями) еще на грядки ацтеков. Срывал их крестьянин на обед, оплакивали ушедших в последний путь их родственники. И так из года в год. В те времена с участка крестьянин мог прокормить лишь свою семью да отдать различные подати-налоги. Но год за годом, из поколения в поколение, отбирали фермеры лучших из лучших из помидорьего племени и оставляли на семена. (Хотя наверняка уж самые лучшие отправлялись правителю на стол или богам в жертву. А вот вторым лучшим предстояло продолжать род помидорий. Но сути нашей сказки это не меняет.)
Шли годы, и каждую следующую осень новое поколение помидорок становилось все лучше, крупнее, сочнее. Все больше было румяных и лоснящихся плодов на одном фамильном кусте[228]. Так настали времена, когда после сбора урожая и приготовления запасов на зиму у фермера оставалось еще и то, чем можно было бы торговать. Да не просто с соседями, а с тридевятыми царствами да тридесятыми государствами.
И вот тут резонно и остро встали вопросы: как доставить урожай целым, чтобы не сгнил и не побился по дороге? Как показать, что покупать нужно именно твой товар, а не соседа?
Вы ведь помните, как взрослеет обычная тепличная помидорка? Сначала краснеет у нее одна щечка, потом начинают золотиться бока, а когда очередь заливаться краской до хвостика доберется, уж верхняя часть трещинами покрылась. Ну как такое безобразие везти за моря да еще и кому-то пытаться продать? Да и выглядит такой процесс созревания не очень-то «товарно». А уже через пару часов тряски на обычной телеге весь урожай помидоров превратится в неаппетитную, грязную и испорченную томатную пасту. Да, есть такие помидорки прямо с грядки – это наслаждение. А вот попытки продать их хотя бы в соседнем городе – мука.
Так у селекционеров появилась новая задача: создать сорта для продажи, которые отбирать надо не на вкус и сладость, а на лежкость и равномерное, красивое созревание по всему плоду. И ведь они решили ее еще в XX веке.
Но вот беда: вместе с этим стали помидорки-путешественницы совсем невкусными. Как же так получилось? А этого селекционеры не знали. Ведь они отбирали только по определенному признаку, а значит, и по определенным вариантам генов, которые кодируют этот признак. Вот только в генетике все сложнее, и большинство признаков в организме завязано не на одном гене, а на их сложном и слаженном ансамбле. Таким образом отбор по одному признаку может стать по сути отбором по группе генов. А еще бывает, что отбор шел по одному конкретному гену, но сам ген отвечал за несколько различных признаков. И что именно пошло не так в случае с помидорами?
Относительно недавно генетики смогли найти ответ на эту загадку. Дело оказалось в том, что в плодах популярных селекционных помидоров работал испорченный белок GOLDEN 2-LIKE (GLK2). В геноме помидорок есть два гена – GLK1 и GLK2 – первый братец-ген преимущественно экспрессируется (читается) в листьях растений, а в его плодах работает в основном GLK2. В растительной клетке эти ребята нужны для развития пластид, которые участвуют в фотосинтезе – превращении воды, углекислого газа и солнечного света в органические вещества, которые нужны растению для жизни (побочным эффектом фотосинтеза является выделение в атмосферу кислорода). А вот за то, чтобы эти гены точно и вовремя «выходили на работу», то есть за их регуляцию, отвечает этот самый белок GLK2.
На вкус и созревание плодов влияет запасание сахаров и вторичных метаболитов в пластидах плода (напомним, что GLK2 влияет на формирование пластид). Когда ген GLK2 экспрессируется в плоде в норме, наблюдается green shoulder phenotype – томат с зеленой верхушкой. При появлении мутации glk2, закрепившейся при доместикации, плоды краснеют равномерно, зеленой верхушки не остается. Но из-за нарушения работы GLK2 нарушается формирование пластид и, как следствие, запасание в них питательных веществ. Мы увидим это через равномерную бледно-зеленую окраску его плодов, которая все так же равномерно по всей поверхности будет со временем краснеть[229]. Выглядит это, конечно, довольно красиво. Даже слишком красиво. А ведь именно этого и добивались селекцией. Вот только не учли, что все из-за того же пониженного уровня фотосинтеза в плодах образуется и меньше растворимых сахаров. То есть помидоры становятся менее сладкими. Теми самыми «пластиковыми» помидорами, в создании которых, кажется, обвиняют генных инженеров с момента появления этой сферы. Но как раз они-то тут совсем и ни при чем!
Пример помидорки наглядно иллюстрирует, что искусственный отбор – это вполне рабочая методика селекции. Но, к сожалению, не лишенная своих недостатков. В попытках получить что-то отвечающее критериям идеальности, которые установил себе селекционер, можно не заметить, что выбранная дорожка привела куда-то не туда. К счастью, сегодня у нас есть современные генетика и биоинформатика, чтобы вовремя отслеживать и не допускать больше таких промашек. Еще к началу XX века методами искусственного отбора человечество получило много важных сортов растений и пород животных. И стоит ли нам останавливаться на этом?
5.4. Ремонтируем помидоры и ломаем маркетинг
Вы не против еще ненадолго задержаться на истории помидорки? Обещаю, что совсем скоро мы вернемся к разговору о других методах традиционной селекции. Здесь я хочу сделать отступление и рассказать продолжение ее истории в наше время.
Сегодня генные инженеры могут починить то, что по неосторожности сломали селекционеры. Причем починить так, чтобы при этом сохранить свойства лежкости. Для этого можно, например, поставить перед генами GLK такой промотор, под управлением которого они начнут считываться намного чаще. Это приводит к тому, что в листьях и в плодах вырабатывается больше хлорофилла, повышается количество хлоропластов. В результате этого активнее работает фотосинтез, так что плоды получаются более сочными, сладкими, питательными, содержащими больше сахаров и других питательных веществ[230]. И это лишь один из вариантов «ремонта». Так почему мы все еще не видим более совершенных помидоров на полках магазинов?
И здесь нужно рассказать одну очень грустную историю: все уже было. В 1992 году в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) поступил запрос на одобрение первого в истории коммерческого генетически модифицированного продукта, который должен был поступить на столы обычных покупателей, – томатов под товарным названием Flavr Savr (от англ. Flavor Saver – хранитель вкуса). К тому времени ученые уже много лет создавали генетически модифицированные организмы в своих лабораториях, но «Хранитель вкуса» был первым овощем, разработанным для продажи.
Комиссия FDA работала долго и тщательно. Они проверяли, что в новом сорте нет непредвиденных изменений в геноме, оценивали питательные качества, отсутствие токсических веществ. И вот спустя два года эксперты одобрили заявку. А спустя еще год данный сорт томатов был одобрен и для коммерческого использования в Австралии и Канаде. Но на полки магазинов он отчего-то так и не попал. Технологию производства таких ГМ-томатов продолжила развивать уже другая компания[231].
И вот в начале 1996 года на прилавках крупных сетей супермаркетов Великобритании появилась новинка – томатное пюре с крупной яркой надписью на банке «сделано из генетически модифицированных помидоров». И это был прорыв не только в отношении к науке, но и в маркетинге: ГМО стало главной рекламной фишкой производителя.
Авторы этой небольшой заметки в BBC News от 5 февраля 1996 года не скрывают своего скепсиса, называя новинку «едой Франкенштейна» и приводя слова принца Чарльза о том, что «от всего этого (у него) холодок по спине»[232]. Почему же мнения о новости журналисты просят не у специалистов генетиков, а у публичной персоны, также известной из-за активной поддержки гомеопатии?[233] В заметке также было сказано и о том, что новые помидоры обходятся производителю значительно дешевле (их не нужно специально обрабатывать перед транспортировкой, ведь они и так доберутся целыми и созреют как надо), а значит, и покупателю они выйдут дешевле и будут доступны большему кругу. И что благодаря модификации из одного и того же количества исходного сырья получался более высокий выход томатной пасты.
Поначалу покупатели проявили к продукту большой интерес, но история ГМ-томатов оказалась недолгой. Причиной стало «давление, вызванное озабоченностью общественности по поводу ГМ-продуктов»[234], и к началу 1999 года поставки новых партий товара прекратились. К июлю 1999 года запасы в магазинах были исчерпаны, а новых поставок больше уже никогда не произошло. О причинах смены полюса мнений публики мы поговорим во второй части этой книги. А сейчас вернемся к прерванному разговору о традиционной селекции.
5.5. Морковка помножить на капусту… равно морквопуста?
В моей семье бытует легенда о прадедушке, который успешно выращивал на своих шести сотках груши на сливовом дереве и яблоки на грушевом. По рассказам все тех же внуков, яблоки у него были «во-о-от такие!». Его правнучка, то есть я, решила не отставать – в школе у нас с подругами было даже нечто вроде соревнования по выращиванию необычных кактусов. Высшим блеском было скрестить между собой два максимально непохожих друг на друга внешне кактуса и принести этого монстра в школу. Что удивительно, весь этот замечательный бэкграунд не имел ни малейшего пересечения со школьными уроками биологии. Предлагаю исправить это нелепое недоразумение. В этой подглаве мы скрестим не кактус с помидором, но сухую школьную теорию с практическими потребностями каждого фермера.
Итак, в этой главе мы вновь поговорим о гибридизации – одном из основных методов традиционной селекции. А еще попутно разобьем пару мифов о том, что жадные агрокомпании заставляют фермеров закупать только свои семена, делая их зависимыми от установленных ими цен и порядков. Чаще всего это утверждение я слышу в адрес компаний, которые торгуют семенами ГМ-растений. Но из этой главы станет понятно, есть ли под этими обвинениями основания.
Люди на протяжении многих тысяч лет создают гибриды, чтобы получить для себя какую-то выгоду, ведь они уже очень давно заметили, что гибрид двух не очень «крутых» сортов растений или пород животных часто оказывается «круче» обоих своих родителей разом. Вот мулы – гибриды матери-лошади и отца-осла. Упоминания об этих выносливых и неприхотливых животных, превосходящих по многим качествам обоих своих родителей, можно встретить еще в трудах Гомера за 800 лет до нашей эры[235]. С созданием гибридов животных возникают свои сложности, мы же поговорим сейчас о растениях – в растениеводстве гибридизация ужасно полезная штука!
Для примера возьмем морковку. Каждому дачнику известно, что существует множество вариантов морковки, которые можно вырастить у себя на грядке. Такие варианты называются сорта, а один сорт отличается от другого какими-то признаками (то есть на самом деле, вероятнее всего, различаются они генетически). Для простоты будем смотреть только на один ген, который отвечает за форму нашей морковки. У этого гена есть два возможных аллеля – А и а.
В условиях нашей задачи скажем, что первый сорт будет иметь генотип АА (то есть он гомозиготен по данному гену, от обоих родителей ему досталось по аллелю А). И пусть генотипу АА характерны тонкие и длинные корешки. Пусть второй сорт имеет генотип аа (он тоже гомозиготен по данному гену, а от обоих родителей ему досталось по аллелю a). И пусть растения с генотипом aa имеют короткие, но очень толстые корешки. Как селекционеры (или просто увлеченные огородники) мы хотели бы получить в урожае красивую толстую и длинную морковку. Поэтому давайте попробуем вывести их гибрид – скрестим между собой оба сорта и посмотрим, что получится.
Нарисуем этот процесс в виде таблички (решетки): по горизонтали запишем аллели первого родителя, равновероятно попадающие в его половые клетки (гаметы), а по вертикали – второго. В ячейках таблицы запишем получившиеся комбинации:
Итак, все 100 % потомков этих двух сортов будут гибридными – гетерозиготными по нужному гену, с генотипом Aa. Предположим, что наш план удался и гибрид имеет толстые и длинные корешки.
На практике иногда оказывается, что такой гибридный сорт превосходит по многим параметрам обоих среднестатистических родителей из обеих линий. Происходит это благодаря такому явлению, как гетерозис – аллели одного гена двух разных сортов, сложившись вместе, в некоторых случаях дают результат намного лучше, чем каждая из них давала бы в паре с точно такой же аллелью. То есть гибриды могут быть устойчивее к вредителям, крупнее или вкуснее каждого из родителей. Таким образом, гибридные животные иногда более плодовиты, дают больше молока или яиц, более устойчивы к болезням, лучше способны справляться со стрессами окружающей среды, чем можно было бы предсказать, исходя из средней приспособленности их чистокровных родителей. Причем важно отметить, что гетерозис имеет место только для первого поколения гибридов и только при скрещивании чистых линий – в случае растений речь о сортах, полученных путем самоопыления на протяжении нескольких поколений, а в случае животных – об инбридинге – близкородственном скрещивании (братьев с сестрами, например). В практическом плане же это значит, что для получения максимальной выгоды мы должны поддерживать чистые линии, из которых можно было бы получать (для продажи фермерам, например) гибриды первого поколения. Таким образом, повышенная гомозиготность снижает жизнеспособность и качества особей, а гетерозиготность, введенная аутбридингом (в противоположность инбридингу, аутбридинг – это скрещивание между максимально далекими друг от друга генетически особями одного или близкородственных видов), качества особей, наоборот, улучшает. Да, гибриды рулят. Гибриды первого поколения рулят особенно сильно. (Gregoire Leroy, …David R. Notter, in Reference Module in Life Sciences, 2018, W. E. Timberlake, in Brenner’s Encyclopedia of Genetics (Second Edition), 2013.)
Теперь привлечем сюда немного математики. Наша прекрасная гибридная морковка выросла, была собрана и спрятана в погребе, а запасливый огородник решил не тратиться на семена на следующий год – ведь можно же собрать семена самостоятельно! Для этого снова обратимся к таблице (она называется решетка Пеннета) – и вновь по горизонтали мы напишем возможные варианты аллелей первого родителя, а по вертикали – второго.
Подсчитаем теперь новый урожай. Одна доля коротких и толстых морковок с генотипом aa, одна доля длинных и тонких с AA. И две доли таких же прекрасных, как родители, гибридных морковок Aa. То есть только половина от всего нового урожая будет такой, какую примерно ожидал садовод![236]
Если наш герой не просто садовод-любитель, а фермер, который продает продукцию магазинам, то придется учитывать, что магазинам важно, чтобы морковь им поставляли товарного вида – длинную и толстую. А значит, на второй год фермер продаст только половину урожая, если решит сэкономить на закупке семян. (Вторую половину он, конечно, тоже может продать. Например, на корм животным и по меньшим ценам. Но это совсем не так выгодно.)
Заглянем дальше страниц учебника: построим абстрактную ситуацию и попробуем понять, что будет происходить с долей гибридов со временем. Пусть вся популяция морковки на полях фермера перешла на самоопыление: пчелы между ними больше не летают, ветерок цветки не колышет. Каждый год их семена высаживают в одной уютной огромной теплице. В первый год наш фермер закупил семена гибрида и вырастил из них одну тонну моркови. Собрал осенью урожай и с каждого куста оставил по семени (конечно, он мог бы оставлять и больше, но теплицу тогда бы пришлось увеличивать). Пришла весна, фермер подготовил в теплице грунт и высадил туда семена от прошлого урожая. На второе лето его урожай выглядел так, как мы обсуждали выше (см. таблицу) – половина моркови оказалась гибридной, а половина – нет. То есть морковки, которую можно было бы продать в магазин на второй сезон, стало 500 кг вместо одной тонны, собранной в прошлом сезоне. Если теперь по семени взять от кустиков гибридных морковок второго поколения, то на третий сезон снова лишь половина морковки вырастет гибридной – с 500 кг урожай гибридов упадет до 250 кг. В четвертом сезоне вместо 250 кг останется 125, в пятом – только 62,5, а в шестом – всего 31 кг. В седьмом сезоне всю морковку на продажу можно будет уместить в паре ведер, ведь ее останется только 15 кг, а в восьмом нам понадобится только одно ведро, куда влезет чуть больше 7 кг. В девятом сезоне 3,5 кг урожая товарного вида мы сможем продать на салат для какого-нибудь не очень пышного семейного торжества, а в десятом такую маленькую партию из полутора килограммов не согласится покупать уже никто. Какая-то сомнительная экономия на закупке семян получилась у нашего фермера. Конечно, условия задачи у нас вышли (во всех смыслах) «тепличные» и на реальном поле будет происходить переопыление. Но гарантировать 100 % такого как надо урожая хотя бы во втором сезоне мы точно не сможем. А непредсказуемое качество урожая невыгодно в первую очередь самому фермеру.
Таким образом, агрокомпаниям нет нужды хитрыми манипуляциями принуждать бедных фермеров каждый год закупать семена, ведь закупка – это в первую очередь интерес самого фермера. Но почему бы фермеру самостоятельно не создавать семена гибридов? Может быть, это им запрещено?
Получать гибридные семена в домашних условиях очень невыгодно самому фермеру. Ведь это требует специального оборудования, дополнительных финансовых затрат и человеческих ресурсов. Подумать придется не только о процессе опыления растений, сбора и хранения семян, но еще о сохранности своего посевного оборудования и проблемах при посеве.
Кажется, от таких слухов устали и сами фермеры. Так, американский фермер Брайан Скотт из штата Индиана в ответ на постоянные вопросы написал подробный рассказ о практических сложностях, связанных с подготовкой семян[237]. Вместе со своим отцом и дедом Брайан возделывает поля, где выращивает пшеницу, сою и кукурузу. Площадь семейной фермы чуть меньше Кипра (или чуть больше трех Люксембургов с хвостиком из пары Ватиканов), в общем, сохой или плугом обходиться уже не получится, нужно дорогостоящее посевное оборудование. Оборудование, которое очень чувствительно к размеру и форме семян. Например, в автоматической сеялке есть важная деталь – высевающий диск. Настройки оборудования должны четко соответствовать размеру семян и установленному диску, чтобы засеять поле с идеальными интервалами. Если семена будут разного размера, меньше или больше ожидаемого, то в одну лунку их может упасть сразу несколько. Растения начнут конкурировать между собой за воду и солнечный свет, так что ни одно не вырастет полноценным. Да и расчетного количества семян в таком случае не хватит на все поле. Вспомните, как выглядит початок кукурузы: у основания зерна намного крупнее, чем к концу початка. Если заранее не отсортировать их на соответствующем оборудовании по размеру и форме, то на поле жди проблем. И неизменно придется утилизировать ту часть, что не прошла строгие критерии отбора. А это еще раз потери финансов, времени и человеко-часов. Но и это не все сложности – растения кукурузы на семена выращивают иначе, чем основной урожай: «Для выращивания семенной кукурузы требуется посадка с чередованием рядов из мужских и женских растений. Затем в правильное время из растений на определенных рядах нужно удалить некоторые репродуктивные органы, чтобы получить желаемый для фермера гибрид», – пишет Брайан[238].
В итоге получается, что закупать семена выгодно самим фермерам. А что же ГМО? Помогут ли они решить проблему и разрушить зависимость фермера от акрокомпаний? Или наоборот – еще больше свяжут фермерам руки? Регулярно вижу на просторах Сети утверждения, что агрогиганты заставляют фермеров покупать у них каждый год семена их ГМ-растений, а если кто ослушался и хоть колосок вырастил из семян от прежнего урожая, тому грозит тюрьма. Где же правда?
Массово в сельском хозяйстве на осень 2021 года возделывают только несколько видов ГМ-растений, основные из них: соя, кукуруза, сахарная свекла, рапс и хлопок[239] (все это, к сожалению, не в России). И здесь надо уточнить, какие для них существуют направления генетической модификации. Чаще всего это модификации, направленные на выработку собственных биологических инсектицидов или на устойчивость к разным гербицидам (вид пестицидов для борьбы с сорняками).
Таким образом, популярные в агрокультурах модификации не связаны с размером или формой плодов или зерна. Стабильно влиять на эти характеристики достаточно сложно, а методы гибридизации здесь справляются самостоятельно и вполне хорошо. Так что за форму и размер по-прежнему отвечает базовый сорт, на базе которого и проводится модификация. А сорт этот, конечно, гибридный. А потому правила для ГМ-семян основаны на все тех же проблемах, которые диктует нам генетика и простые вычисления, произведенные нами выше для семян гибридов. В общем, опять правила фермеру диктует только разумный, экономически обоснованный выбор.
Под конец этой главы верну слово Брайану: «Пшеница (не ГМ-пшеница. – Прим. авт.), которую я выращиваю, находится под патентной защитой – мне приходится регулярно объяснять это тем, кто считает, что патенты на растения относятся исключительно к ГМО-культурам. Многие растения, от ГМО до обычных, от органических (да, органические фермы часто также выращивают патентованные селекционные сорта[240]. – Прим. авт.) до декоративных, защищены патентами, это мало чем отличается от программного обеспечения, с помощью которого я печатаю эту статью. Так же, как селекционер или компания, занимающаяся селекцией растений, какая-то софтверная компания вкладывает много времени и ресурсов, чтобы вывести на рынок хороший продукт, и я не должен продавать копии этого программного обеспечения своим друзьям. Разве для них не так же справедливо иметь защиту патента, чтобы окупить эти вложения и даже получить прибыль? Я смотрю на семена точно так же»[241].
Давайте вдогонку развеем еще один миф и двинемся уже дальше в разговоре о том, какой же бывает традиционная селекция. В Сети популярно утверждение, что БигАгра[242] – компании – гиганты в агропромышленном секторе – вынуждают фермеров становиться их рабами: если подписал контракт с такой, то год за годом покупать можешь только ее семена и только ее пестициды (и прочее нужное для получения хорошего урожая). Этакое «подсесть на иглу БигАгры». Бр-р-р, жутковато. К счастью, на деле это совсем не так. Фермер может сменить компанию поставщика в любой удобный для него момент. И покупать или нет вместе с семенами и пестициды он тоже в теории решает сам. Но тут нужно вспомнить простую логичную штуку: если, например, компания разрабатывает сорт, устойчивый к некоему гербициду[243], то логично и то, что, скорее всего, она сама же выпускает и этот гербицид. И тогда покупать и то и другое часто приходится именно у нее (если на вещество или сорт еще действует патент. Если срок действия патента истек, то, как правило, производить патентованное средство или сорт могут и другие компании. И тогда у фермера появляется выбор, у кого ему покупать). Ознакомиться с реальным контрактом не сложно[244]. Напомню, что патент может существовать на любой сорт. В том числе и на не гибридный.
5.6. Злосчастная картошка
Главная мысль, которую мне хочется донести во всей главе о традиционной селекции, – любой такой метод есть вмешательство в ДНК организма, знаем мы о том, что такое ДНК в момент вмешательства, или нет. Инструмент не может быть опасным или безопасным: на ногу очень больно можно уронить как пишущую машинку XIX века, так и суперсовременный компьютер. Просто не надо ронять их на ногу, надо выполнять на них нужные вам задачи. Опасным или безопасным может быть только применение инструмента. Вот о такой истории неудачного применения мы и поговорим в контексте гибридизации.
В 1959 году в теплицах маленького американского городка Белтсвилль (штат Мэриленд) селекционеры вырастили новый гибридный сорт картофеля. За его основу взяли сорт обычного картофеля Дельта Голд, известный своей урожайностью, и дикий южноамериканский картофель (Solanum chacoense), который мог привнести в этот союз устойчивость к вредителям. И получившийся гибрид оказался чудо как хорош! По характеристикам он просто идеально подходил для изготовления картофельных чипсов. Да и противостояние вредителям удалось: и фитофтора его не брала, и к вирусу мозаики обыкновенной оказался иммунитет, и еще несколько типичных картофельных болячек обходили стороной этот картофель[245]. Назвали новый сорт Lenape (Ленапе)[246]. К 1964 году начались его испытания, а уже к 1967-му, когда сорт получил разрешение на продажу, его выращивали во множестве штатов.
Он имел огромный успех у компаний – производителей чипсов! Так что все шло очень хорошо, пока один селекционер из Онтарио не решил приготовить себе ужин. По его воспоминаниям, он отварил себе картофеля с горошком[247] (и мне думается, собирался провести чудесный вечер). Но неожиданно почувствовал сильную тошноту, встав из-за стола. Через неделю мужчина решил повторить свой кухонный эксперимент и снова в результате получил приступ тошноты. Окончательно убедившись, что что-то тут неладно, он взял сырые клубни и отправился в гости к знакомому биохимику. В лабораториии быстро стало ясно, что кожура картофеля содержала непозволительно большое количество гликоалкалоидов – ядовитых органических соединений. В мякоти их было поменьше, но тоже значительно. Тут надо заметить, что гликоалкалоиды – а в частности соланин – содержатся в любой картошке, но в небольших количествах. Под воздействием света на клубни соланина становится больше. Мы видим это обычно по зеленым бокам картошки, которую хранили неправильно. Растению соланин нужен для защиты от насекомых и других вредителей, а о безопасности тех, кто решит полакомиться им, оно уж точно не думает. Видимо, из-за скрещивания с диким картофелем у гибридного сорта и получилось такое неприятное побочное свойство. Заметить его было непросто, ведь для приготовления чипсов использовали только мякоть клубней (а там соланина было меньше, чем в кожуре). Для иных блюд производители продавать его не планировали. Но селекционер, в распоряжении которого оказались клубни, излишки которых можно было приготовить, оказался не единственным – из Европы также начали поступать сообщения о расстройстве кишечника после употребления вареного картофеля Ленапе[248]. Настоящее отравление соланином в больших дозах довольно страшная штука – оно проявляется от тошноты, рвоты, болей в животе до угнетения сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной, мочевыделительной системы. При чрезвычайно высоких концентрациях может наступить паралич и даже смерть. FDA предостерегает не употреблять позеленевшие части картофеля во избежание отравления[249].
Уже в 1970 году Ленапе отозвали. Но после этой истории он вовсе не исчез с лица Земли. Его семена применяются в селекции, а гибридные потомки используются в разных сферах и также участвуют в получении новых сортов картофеля[250].
Эта история широко используется как аргумент в спорах о ГМО: защитники технологии часто приводят ее, чтобы показать, что традиционная селекция вовсе не так безопасна, как мы привыкли думать. Но здесь у нее другая роль. Я рассказываю ее затем, чтобы показать две вещи: первое – любой способ вмешательства в живые организмы – это потенциальное вмешательство в их гены (здесь картофель отобрали на варианты генов, приводящие к повышенному содержанию соланина); а второе – тщательная проверка нужна для любого нового сорта, независимо от того, каким способом он был получен. В следующей главе речь пойдет еще об одном инструменте традиционной селекции. И хотя этот метод на вид может показаться намного более пугающим, чем даже современные технологии изготовления ГМО, нужно помнить, что это также лишь инструмент. Инструмент, которым более или менее успешно пользовались селекционеры до изобретения чего-то более совершенного.
5.7. Допинг для мутантов
В начале книги (глава 1.2. «По порядку») мы говорили, что при каждом копировании одной нити ДНК неизбежно случаются мутации. Большая часть из них отлавливается и исправляется специальными механизмами починки. Но некоторые мутации уходят от контроля надзорных служб клетки. Таких «нарушителей» сравнительно немного, да и не все мутации ведут к замене аминокислоты при синтезе белка, поэтому каждое следующее поколение не отличается принципиально от своего предыдущего. Мутации в геноме накапливаются медленно и постепенно. Если поставить в одну линию ваше фото, фото ваших мамы, бабушки (по маме), прабабушки, прапрабабушки и так на несколько сотен тысяч лет назад (представим, что фотографию изобрели еще во времена, когда наши предки прыгали по деревьям), то вы не заметите принципиальных отличий в строении тела, ладоней, формы головы, на какой отрезок этой линии вы бы ни посмотрели. Но стоит лишь быстро перемотать фотоленту из начала в конец, как изменения бросятся в глаза. Ну а если пролистывать ее медленно, то сразу становится понятно – нет никаких «промежуточных звеньев». Поучительное, в общем, выходит занятие. Так происходит эволюция – медленно и незаметно. Но можно ли ее ускорить?
В конце 1920-х сразу несколько разных ученых экспериментально показали влияние рентгеновских лучей на внешний вид и развитие мушек Drosophila melanogaster. Сегодня мы знаем, что такое излучение является мутагенным фактором – то есть ускорителем появления ошибок (мутаций) в геномах организмов. Селекционеры схватились за эту возможность ускорять во много раз появление и накопление мутаций. За прошедшие с того момента почти сто лет у человечества появилось более 2000 новых сортов растений! Причем большая часть из них[251] была получена с помощью мутагенеза, индуцированного (вызванного) различными типами излучения (например, гамма-лучами или лучами рентгеновскими[252])[253]. Второе место в рейтинге популярных мутагенов заняли различные химикаты. В результате получились новые сорта растений, устойчивые к морозам и дающие с гектара куда больше урожая, чем все их предшественники, а еще более крупные, лучше сохраняющие свой цвет и форму – настоящие чудеса традиционной селекции.
С появлением этих методов больше не было нужды ждать годы и перебирать урожай за урожаем в поисках плода с нужной случайной мутацией, а стало возможным одновременно индуцировать тысячи мутаций у тысяч семян и отбирать из них в куда более короткие сроки – просто по теории вероятности среди тысяч мутаций получить несколько нужных уже с одного урожая намного проще.
А вот еще подход: размер плода у некоторых видов растений во многом связан с количеством наборов хромосом в клетках (два, четыре, шесть и так далее), поэтому, если увеличить число наборов хромосом в клетке, то и конечный плод будет получаться крупнее. Как этого добиться? Во время деления соматической клетки парный набор хромосом удваивается, а потом ровно пополам расходится по двум новообразованным клеткам. Таким образом в каждой новой клетке получается правильный набор хромосом, соответствующий исходному. Но если поймать момент, когда хромосомы уже удвоились, но клетка еще не разделилась на две, то этому делению можно помешать, сохранив весь удвоенный набор внутри первой старой клетки. При следующем делении для клетки исходным количеством хромосом будет уже ранее удвоенное, так что можно добиться стабилизации этой клеточной линии и спустя несколько поколений снова повторить фокус с удвоением, снова помешав делению клетки в последний момент. Но как это сделать на практике? Например, обработать семена веществом, которое помешает нормальному процессу деления. Самое популярное вещество такого рода – колхицин. С его помощью получены многие современные сорта пшеницы, ржи и других растений.
Благодаря веществам, блокирующим нормальный процесс деления, можно также вернуть способность размножаться гибридам, которые потеряли ее из-за разного количества хромосом их родителей. Рассмотрим на примере тритикале – гибрида пшеницы с рожью. Тритикале лучше пшеницы переживает морозы, устойчив против грибковых и вирусных болезней, менее требователен к плодородию почвы и при всем этом обладает высокой пищевой ценностью. Просто супергерой среди всех сельскохозяйственных сортов. Получили это чудесное растение еще в конце XIX века. Но имелась одна сложность – тритикале не может размножаться самостоятельно. Дело в том, что у ржи и пшеницы не совпадает не только количество наборов хромосом, но и количество хромосом в одном наборе. Возделываемой пшеницы существует несколько видов и множество сортов, и их кариотипы могут различаться. Я буду рассказывать о сорте, в котором 6 наборов по 7 хромосом. Рожь, которую используют в сельском хозяйстве, имеет 2 (а иногда 4) набора по 14 хромосом. Решение оказалось таким: все также при помощи колхицина из обычных растений тритикале были получены растения с удвоенным полным набором хромосом, способные к размножению. Когда эта сложность разрешилась, тритикале зашагал по планете[254]. Сейчас тритикале выращивается почти по всему миру[255]. В России многими институтами ведутся работы по дальнейшему усовершенствованию сортов тритикале[256].
Но и сорта с нечетным числом хромосом, неспособные самостоятельно размножаться, тоже используются повсеместно. У них есть свои преимущества: например, они не могут стать инвазивными – не «убегут» в природу, захватывая территории у эндемичных растений. А еще из них можно получать более удобные для нас продукты – такие как арбуз без косточек. Для этого нужно взять обычный диплоидный (с двойным набором хромосом) арбуз, испортить его процесс деления при помощи колхицина и получить в результате тетраплоидный (с четырьмя наборами) арбуз. Затем скрестить этот тетраплоидный с обычным диплоидным и получить триплоидный арбуз ((4+2)/2=3), у которого не будет семян. То есть косточек[257]. И получить продукт с очень высоким спросом.
К гонке за то, кто создаст самые новые, самые лучшие и самые продуктивные сорта, в XX веке присоединилось множество стран. Первое место в ней вскоре забрал Китай (больше четверти существующих в мире мутантных сортов было создано в его лабораториях), на втором месте Индия. Замыкают рейтинг лидеров Россия, Нидерланды, США и Япония[258]. Так что практика получения сортов таким способом общемировая. Хлеб и макароны, крупы и хлопья, овощи и фрукты, овощные консервы и варенья – все, что мы видим на полках магазинов сегодня, – получено из сортов-потомков, родители которых были получены одним из рассмотренных выше способов селекции. И эти способы не хороши и не плохи – это всего лишь инструменты своего времени. Да, сегодня контроль строже, и вряд ли однажды даже для сорта, полученного любым традиционным подходом, может повториться история, подобная истории картофеля Ленапе. Сегодня методы изучения геномов намного более развиты, и можно надеяться, что больше мы не сломаем никаких помидоров. В общем, наука не стоит на месте. Вместо сохи у современного фермера появился трактор с установленным культиватором, а к старым методам влияния на геном для получения новых сортов семян добавились новые методы. Они родились из того, что наши знания о биологии стали намного больше, чем были доступны еще не так давно. И, черт возьми, разве это не здорово!
Часть 2. Кто подставил ГМО?
В этой части книги мы разберем истоки мифов вокруг генетически модифицированных организмов. Поговорим о том, кто испортил им репутацию и преследовал ли он при этом свои цели. Соберем все современные и фундаментальные научные знания, чтобы окончательно поставить точку в уже, кажется, бесконечном судебном процессе «Общество против ГМО», где на стороне защиты единодушно выступает вся наука.
Глава 1. Как работает наука
Не так давно довелось мне ловить во дворе бездомную кошку. А нет в таких делах помощников лучше, чем изнывающая от безделья в летние каникулы дворовая детвора. Не удивительно, что мои маленькие ассистенты справились первыми. И радостно прибежали ко мне с добычей на руках.
– Мы поймали! – перебивая друг друга и тыча в меня вконец обалдевшим хищником, сообщили мне две подружки из соседнего подъезда. – А еще мы знаем, что это кошка! И она точно беременная!
– Но почему вы так решили? – удивилась я.
– Когда трогаешь низ живота, она начинает вырываться, – отрапортовала первая.
– А еще у нее шерсть линяет! – добавила вторая. – Когда наша кошка была беременная, у нее так и было.
Подняв кошку над головой, я заглянула под хвост.
– Так тут же яйца! Какая же это кошка? – воскликнула я. И осеклась, глядя в круглые глаза девочек. В этот момент мне стало очень стыдно за ненароком проведенные уроки полового просвещения для чужих детей. Возмущенный кот был быстро помещен в переноску, и мы с ним поспешили скорее удалиться до появления родителей с их резонными вопросами. Рассказывать эту историю мне довольно неловко, но у меня не получится вспомнить более наглядного примера, чтобы проиллюстрировать то, как работает настоящая наука.
Пусть перед ученым встает новая задача (например, определить пол животного). Первое, что ему следует сделать, это обратиться к ранее установленным и проверенным знаниям в области, откуда пришла задача, а затем выдвинуть гипотезу, которая будет отвечать следующим требованиям:
• базироваться на имеющихся знаниях,
• наиболее простым (и это ключевое!) образом объяснять ситуацию или явление,
• быть легко проверяемой в эксперименте, который любой другой ученый всегда сможет воспроизвести.
Вернемся же к нашему примеру. Выдвинем гипотезу: если у пойманного животного есть яички, то это кот[259]. Эта гипотеза использует имеющиеся знания о мире? – да. Это простое объяснение? – да. Мы можем провести воспроизводимый эксперимент? – да, мы можем заглянуть под хвост и проверить сколько угодно раз (угодно, по правде говоря, скорее коту, чем вам. Но посудите сами, у него есть все основания негодовать из-за такого обращения).
Если результаты эксперимента подтверждают гипотезу, то гипотеза будет принята. Если же наоборот – отвергнута. После опровержения ученые смогут выдвинуть следующую гипотезу, также отвечающую перечисленным выше пунктам. Новая гипотеза, кроме того, может учитывать результаты проведенного ранее эксперимента.
Важно заметить, что, отвергая гипотезу, мы не имеем права автоматически принять обратную ей. Иными словами, не найдя у подопытного кошачьего яичек, мы можем предположить, что перед нами не кот со всеми полагающимися ему атрибутами. Но утверждать, что раз он не кот, то точно кошка, мы не можем. Возможно, товарищ раньше, чем нам с помощниками, попался кому-то еще и уже тогда был кастрирован. Так что для проверки следующей гипотезы нам потребуется поход к ветеринару.
Но навсегда ли принимается гипотеза? Конечно же нет. Мы доверяем данной принятой гипотезе ровно до того момента, пока не появится эксперимент, в котором она не работает. А с накоплением большого количества экспериментальных данных гипотеза имеет шансы стать теорией – системой (или частью системы) фундаментальных знаний. Так, гипотеза о том, что Земля – шар, с появлением огромного количества подтверждающих данных превратилась в фундаментальное знание, которому уже не требуются дополнительные доказательства. Точно так же гипотеза Чарльза Дарвина (а параллельно Альфреда Уоллеса) о происхождении видов путем естественного отбора спустя века скрупулезных научных проверок превратилась в теорию эволюции.
Столетия применения научного подхода к познанию мира показали: редко случается так, что проверенная во множестве экспериментов и признанная хоть ненадолго рабочей гипотеза вдруг будет отвергнута полностью. Чаще происходит так, что она получает уточнение, расширение или из нее выделяют частные случаи. Так, еще ученые древности определили форму Земли как шар, а века спустя уже другие ученые уточнили ее форму до эллипсоида. Из гипотезы Менделя о наличии неких наследственных факторов, которые передаются от родителей потомству, мы пришли к открытию генов и структуры ДНК. Так оказалось, что Мендель был прав, даже ничего не зная о материальной основе своих наследственных факторов. Десятки лет и тысячи экспериментов понадобились ученым, чтобы гипотеза о передаче наследственной информации через некое содержимое клетки превратилась в стройную теорию о ДНК, а затем стала фундаментальным знанием.
Новые знания, как кирпичи при строительстве, ложатся одно на другое. Но ни одна стена ни одного здания не простоит долго без прочного фундамента. И ни одна стена не станет частью надежного дома, если каменщик будет небрежно швырять кирпичи в сторону стены в надежде, что хоть один из них да упадет правильно на предыдущий ряд.
Но именно это и происходит, когда ученый отступает от проверенного веками научного подхода и старается «кидаться кирпичами наугад», надеясь, что хоть какая-то из его гипотез подтвердится. И именно это произошло с героем нашей первой истории. Истории, которая на долгие годы отправила коту под хвост репутацию ГМО.
Глава 2. ГМО как лучшая реклама
Наверняка вам, как и мне в мои далекие от мира биологии времена, приходила в голову мысль: если эти ГМО так безопасны, как твердят нам ученые, то откуда же вообще взялся страх перед ними? Этим мыслям усердно подпевает известная народная мудрость: дыма без огня не бывает. Но откуда пошел дым? Быть может, кто-то совершил умышленный поджог?
Если кому-то из читателей этой книги довелось побывать в США или Великобритании в середине 1990-х годов, то в супермаркетах он мог встретить ряды банок томатного пюре с яркой надписью на упаковке «сделано из генетически модифицированных томатов». Факт генетической модификации не просто не скрывали, им гордились, вокруг него строили рекламные кампании. Торжество науки во благо потребителя! Этой истории во всех красках посвящена глава 5.3. «Что не так с искусственным отбором. Поломанные помидоры и путешествия во времени». А здесь мы поговорим о причинах, изменивших общественное мнение о ГМО.
2.1. В начале было слово
И слово то было «соответствие»
Эта книга начиналась с рассказа о системах принятия решения в условиях неопределенности. Мы обсудили, что система быстрого принятия решений (система 1), более эволюционно древняя система, неоднократно спасала жизни нашим предкам, да и нам самим. Представить медведя в на миг промелькнувшей тени и, не задумываясь, спрятаться в глубине укрытия – выигрышная стратегия (но только на короткой дистанции – всю жизнь в укрытии не просидишь, придется все-таки отправляться на встречу с неизвестностью и мамонтами, когда забурлит в желудке). В комплекте с этой системой нам достался и страх всего нового. Еще в 1970-х, с первыми шагами в технологии рекомбинантных ДНК, пришли и первые негативные реакции общества. Ученые и общество вступили в активную дискуссию. Вот пример страхов, что оказались на повестке дня в то время: если мы встроим в бактерию ген, вызывающий рак, вдруг она ускользнет из лаборатории и этот ген подхватят и другие бактерии? Поль Берг, тот самый отец технологии рекомбинантных ДНК, о котором мы говорили ранее, стал председателем комитета, разрабатывающего нормативы и регламенты для будущих исследований. Введенные комитетом в результате ограничения оказались даже слишком суровы и через некоторое время были смягчены – накопившиеся данные экспериментов показывали, что многие из учитываемых в начале возможных сценариев не могли реализоваться на практике[260]. Так, принятые в качестве быстрой меры решения, продиктованные во многом системой 1, со временем уступили место решениям, разработанным с учетом детальной оценки рисков, – то есть при помощи системы 2.
Основываясь на современных научных исследованиях и рациональном подходе, Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР)[261], ВОЗ[262], Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций[263], Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов[264], – в 90-х годах прошлого века плечом к плечу встали за упрощение процедур выведения на рынок продуктов, полученных в результате модификации, и одновременно за повышение безопасности этих продуктов.
В основе оценки безопасности таких продуктов они предлагали рассматривать концепцию соответствия традиционным аналогам, которую в 1993 году предложила ОЭСР[265] – одна из ведущих международных организаций в сфере регулирования рынка. Иными словами, чтобы разработанный в лаборатории продукт мог отправиться на полки магазина, он должен отвечать довольно простым пунктам, например:
• традиционный продукт должен иметь достаточно длительную и успешную историю употребления в пищу человеком (то есть мы много тысяч лет едим морковку, значит, можем модифицировать морковку и предполагать, что она будет также безопасна для нас, как самая обычная морковка);
• модифицированный продукт должен соответствовать по вкусу, запаху, составу и внешнему виду традиционному аналогу (эта модифицированная морковка столь же питательна, а еще она пахнет, хрустит и выглядит как традиционная морковка, следовательно, мы можем доверять такой морковке).
ОЭСР настаивала, что любые сорта должны проходить проверки на соответствие стандартам безопасности и качества. Независимо от способа, которым данный сорт был получен. Составлявшие этот документ специалисты прекрасно понимали, что генная модификация в основе своей – это такой же способ изменения генома организма, как традиционно используемые для этого селекция, гибридизация и направленный мутагенез. А значит, и подходить к оценке безопасности для конечного потребителя нужно одинаково и рационально[266].
Есть в документе и совершенно конкретные примеры, которые позволяли трактовать предлагаемые правила. Хотя на момент создания документа на рынке еще не существовало, например, модифицированных томатов, детально разобрано, каким томатам могли бы потребоваться модификации и каким именно требованиям должен был в таком случае отвечать такой ГМ-томат. К примеру, мы хотим разработать томаты, которые были бы устойчивы к глифосату (также известен под торговым названием «Раундап») – популярному в фермерском хозяйстве гербициду. Известно, что некоторые сорняки выживают, несмотря на то что поле было качественно обработано гербицидом. Противостоять этому веществу таким сорнякам помогает продукт мутантного варианта гена EPSPS. Известно, что сам ген EPSPS в норме и так присутствует в растениях, но в своем обычном варианте инактивируется глифосатом. Поэтому мы можем поместить в геном томата, у которого и так есть обычный вариант этого гена, дополнительный ген EPSPS с мутацией, обеспечивающей эту самую устойчивость к глифосату. Такая мутация теоретически даже возможна просто в природе, без помощи генных инженеров (только ждать ее пришлось бы непредсказуемо долго). Если после этого все проверки модифицированного томата покажут допустимые значения, эквивалентные обычному томату, то продукт можно спокойно выпускать на полки магазинов.
К 1998 году даже инициируется процесс создания новой организации – Трансатлантического экономического партнерства (TransAtlantic Economic Partnership) – для одновременной научной оценки ГМ-продуктов в США и странах ЕС[267]. Светлое будущее биотехнологий, кажется, неотвратимо становится не менее светлым настоящим.
Но за горизонтом уже начали собираться тучи…
2.2. Тучи
В 1996 году Международная организация потребителей (Consumers International, CI) публикует отчет с критикой политики соответствия аналогу. И сейчас я сама не верю, что напишу следующие строки: одним из основных пунктов претензии CI было то, что «отсутствуют доступные научные данные о безопасности традиционных пищевых продуктов, используемых для сравнения с ГМО. В области науки, в которой многие механизмы все еще остаются загадкой, необходима большая осторожность!»[268].
То есть положение о политике соответствия говорит: если ты ГМ-морковка, но на вкус как обычная морковка, по составу как обычная морковка, пахнешь как обычная морковка и гены в тебе такие, что теоретически могли бы быть в обычной морковке, то и относиться к тебе надо как обычной морковке. А критический отчет CI отвечает на это: «А почему вы так уверены, что обычная морковка это вообще безопасно? А если нет? А если от нее у наших внуков хвост вырастет? Может быть, просто нам пока еще рано судить, ведь мы едим морковку всего какие-то несколько тысяч лет. Вдруг опасный эффект проявится только позже?»
После публикации скорее заявления, чем отчета CI, в обществе появились и первые волнения, быстро превратившиеся в первые марши протеста. Поводом послужило начало поставок в Европу из США партий модифицированной кукурузы и сои. Организации – противники ГМО развернули активную деятельность, начались общественные дебаты. В ответ на запрос общества регулирующие организации внесли более жесткие ограничения в политику соответствия. Приняв это как свою победу, активисты усилили нападение: к маршам протеста добавились и акции вандализма. Так, в 1998 году в Великобритании несколько женщин ворвались на частные поля фермеров и начали уничтожать посадки ГМ-растений[269]. Организация Genetix Snowball, которую они представляли, требовала ввести мораторий на технологии генной инженерии.
В ответ на это официальные организации еще закрутили гайки, ужесточив регламенты проверок. Что дало повод активистам продолжить нажим – ах, вы готовы признать нашу правоту и опасность ГМО? Значит, ГМО действительно опасны![270] Одним из ярких противников и влиятельных активистов был принц Чарльз. Наследник британского престола не только активно высказывался в прессе, участвовал в дебатах, инициатором которых был он сам, но и организовал собственную кампанию протеста – так, в феврале тысячи жителей Великобритании получили письма с призывами бояться ГМО, а торговые сети «настоятельно просили» к 2000 году убрать со своих полок любые ГМ-продукты[271]. В это же время правительство Великобритании само загоняет себя в ловушку двойных стандартов, чем усиливает позицию протестующих: продолжая выдавать лицензии на ввоз в страну ГМ-продуктов, оно заявляет о полном отказе от их использования во всех ресторанах и кафе, относящихся к Палате общин и королевскому двору[272]. Это решение добавляет новые аргументы противникам ГМО, ведь теперь ситуация с точки зрения общества выглядит так: элиты понимают риски и отказываются, а на простом народе продолжают ставить опасные эксперименты.
Россия отстает совсем немного и разворачивает не менее активную деятельность против ГМО уже в начале 2000-х. Некоммерческая организация Общероссийская ассоциация генетической безопасности (ОАГБ)[273] появляется в общественном пространстве с громким публичным обвинением в адрес компании Nestle в использовании в продуктах белка, полученного генно-инженерными методами. Однако, по заявлению компании Nestle, никаких данных, подтверждающих обвинения, ОАГБ так и не предоставила. А незадолго до инцидента, по словам представителя компании Nestle, от ОАГБ поступило предложение на размещение на продуктах компании метки «Генетически безопасный продукт», стоимость которой 216 тысяч рублей в месяц, и обвинение стало ответом на отказ Nestle поддаться условиям «продовольственного рэкета»[274]. Деятельность ОАГБ нанесла немалый ущерб науке и обществу, за что в 2015 ОАГБ была номинирована на вручение антипремии за самый вредный лженаучный проект, в рамках премии «За верность науке» (премия учреждена Министерством образования и науки РФ). «Организация, деятельность которой направлена на пропаганду вреда ГМО, вследствие чего государственная политика поддержки генно-инженерных технологий была приостановлена – что ведет к отставанию нашей страны в области создания и применения современных биотехнологий» – так звучит мотивировка антипремии[275].
Одной из самых влиятельных общественных организаций против ГМО долгие годы остается «Гринпис». Активисты этой некоммерческой организации многократно нападали на поля, уничтожали урожаи фермеров и экспериментальные исследовательские площадки[276]. Самой разрушительной кампанией, полагаю, можно считать войну «Гринпис» против «золотого риса»[277]. Опровергая любые научные исследования, организация признает только мнение собственных экспертов и в 2015 году выпускает собственный отчет «Двадцать лет неудачи. Почему ГМ-культуры не выполнили своих обещаний», где «развенчивает мифы о ГМО»[278]. Более 100 ученых – лауреатов Нобелевской премии в ответ подписали открытое письмо к «Гринпис» с призывом прислушаться к научным данным и остановить войну против ГМО[279][280].
Во всей этой главе мы говорили о процессах, в основе которых лежали общественные, политические и даже экономические вопросы. Но только не научные. Одни организации давили на другие, вторые манипулировали третьими, третьи реагировали ответом в адрес первых… Бесконечная игра, в которую мы с играем вот уже почти 30 лет, подменяя настоящие научные вопросы политическими и коммерческими интересами.
В следующих главах мы поговорим о том, что послужило научной опорой для противников ГМО. И наконец, ответим на вопрос, поставленный в названии этой книги: так кто же подставил ГМО?
Глава 3. «ГМО влияют на иммунитет», или Видишь дым – неси масло
Героя этой истории зовут Арпад Пуштаи[281]. Он профессиональный биохимик и вообще человек с хорошей научной репутацией. Почти пятьдесят лет своей жизни он честно отдал науке. И тридцать шесть из них проработал в Институте Роветта в Шотландии[282]. Стал автором 270 научных работ и трех книг. Практически вся его научная деятельность была связана с лектинами.
Лектины – это обширная группа белков, которые встречаются у всех представителей царства растений[283]. Наука изучает лектины почти полторы сотни лет, но только в XXI веке, с развитием молекулярных и биоинформатических методов, а также возможностей секвенирования, стало понятно, насколько огромна их роль в жизни растений[284]. Разные лектины выполняют в растениях разные задачи, они даже расположены в разных органеллах их клеток, объединяет же их способность связывать углеводы. Да и разные части растения могут содержать разные концентрации лектинов, которые могут также зависеть, к примеру, от времени года. Некоторые из лектинов работают в «службе оповещения» – являются частью системы, которая сообщает растению о вторжении в него патогенных микроорганизмов или симбионтов. Другие – важная часть иммунной системы растений и помогают не только засечь врага, но и нейтрализовать его – убить нападающего, будь он хоть насекомое, хоть даже и грызун. Третьи группы лектинов скорее дирижеры в оркестре: указывают генам, когда им пора экспрессироваться. Есть и лектины, которые участвуют в процессах развития растения, а есть те, которые помогают растению отвечать на изменение среды, будь то смена состава почвы, заморозки или засушливое лето[285]. Короче, крайне полезные и многофункциональные ребята эти лектины.
3.1. Дело о картошке
В первой половине 1990-х одна команда ученых разработала картофель, устойчивый к некоторым видам насекомых и нематод. Добились этого, встроив в геном картофеля коммерческого сорта Desiree ген GNA, который отвечает за производство белка агглютинина у подснежника белоснежного (Galanthus nivalis)[286]. Белки GNA – это лектины. И они умеют делать агглютинацию. То есть связывание молекул на поверхности тех клеток, с которыми соприкасаются. Например, клеток в пищеварительной системе насекомых, которые решат полакомиться растением, имеющим в арсенале такое полезное оружие. А, к примеру, в пищеварительной системе млекопитающих животных они вытворяют подобную штуку, связываясь на поверхности клеток кишечного эпителия. Что вызывает пищевые отравления[287]. К началу этой истории экспериментальный сорт ГМ-картофеля уже успешно прошел внутренние двухгодичные испытания. Пора было переходить на следующий этап проверок.
В 1995 году Департамент сельского хозяйства, окружающей среды и рыболовства Шотландии[288] заказал трехлетнее исследование стоимостью 1,6 млн фунтов стерлингов для оценки безопасности нескольких новых ГМ-сортов. В исследовании участвовали Шотландский научно-исследовательский институт сельскохозяйственных культур, Даремский университет и Институт Роветта под руководством уже знакомого нам Пуштаи. Задачей первых двоих было изучение потенциального влияния новых сортов на окружающую среду, а команда Пуштаи отвечала за оценку безопасности при употреблении в пищу животными и за соответствие немодифицированному родительскому сорту по питательности и составу. Эти исследования планировалось проводить на крысах.
Остановимся ненадолго и поговорим о технологии создания этого картофеля.
Процесс трансформации – введения генетической модификации – у растений похож на тот, что мы подробно разбирали на примере бактерий в начале этой книги. Для этого также необходим вектор-плазмида. И для трансформации картофеля был использован хорошо изученный плазмидный вектор pBin19[289], в который ввели ген GNA (Galanthus nivalis agglutinin). Высокий уровень экспрессии (прочтения гена для изготовления его продукта, то есть агглютинина) обеспечивал промотор из вируса мозаики цветной капусты CaMV35S. Этот промотор очень хорошо изучен, а с его помощью получено множество лабораторных и коммерческих сортов трансгенных растений[290]. В качестве маркера, указывающего, что модификация произошла, использовался ген, отвечающий за устойчивость к антибиотику канамицину[291].
Чтобы доставить вектор в клетки растения, нужен этакий «шаттл». Механизм такого «шаттла» ученые уже очень давно подсмотрели в природе.
Приходилось ли вам видеть на листьях или стволах деревьях странные наросты? Иногда они выглядят как волны, вздымающие гладь древесного листа. Иногда похожи на растущие прямо из листьев шипы. Иногда это наросты на стволе. Бывает даже, они образуют огромный страшный шар, которым будто раздувается пораженное дерево. Похоже на то, как на теле животного начинает расти опухоль. Для растения это и есть раковая опухоль[292]. Такие опухоли называются галлы, а их причиной является проникновение в тело растения агробактерий.
Агробактерии (Agrobacterium tumefaciens) используют растение как своего верного слугу: проникнув в него, они встраивают свои гены в ДНК клеток жертвы и заставляют трудиться на их пользу – на выработку веществ, служащих для них источником углерода и азота. То есть вкусной и полезной бактериальной пищи. Помните, в главе 4.1 «ЯМы ГМО» был целый список растений, в геномах которых есть чужеродные встройки? Так вот, перечисленные там клюква, чай и другие растения предъявили в своих геномах как раз следы работы на поработителя-агробактерию. Ученые просто не могли упустить такой восхитительный и выдуманный исключительно эволюцией механизм! Они воспользовались способностью агробактерий доставлять ДНК в растения для своих биоинженерных задач. За перенос генов из агробактерии к растению-жертве отвечает специальная плазмида. Для задач генной инженерии обычно используется вид агробактерий A. tumefaciens и ее плазмида Ti[293]. Такую плазмиду сначала необходимо обезвредить – удалить из нее те гены, которые отвечают за развитие опухоли. Сделать это можно, например, при помощи рестриктаз, о которых мы говорили в начале книги. Далее необходимо вставить в обезвреженную плазмиду те гены, которые мы хотели бы передать растению. Такую конструкцию нужно поместить в агробактерии-носители, а дальше доверить работу уже им. Агробактерии выступают в роли настоящего «шаттла доставки» необходимых генов в геном целевого организма. Удивительно простой и эффективный механизм (плохо и одновременно хорошо, что для животных это так не работает).
Итак, лаборатория под руководством Арпада Пуштаи получила два сорта модифицированного таким образом картофеля. Оба сорта были протестированы на то, что в них действительно производился лектин GNA. Причем измерения показывали, что в листьях картофеля концентрация лектина минимум в 10 раз больше, чем в клубнях. Это было как раз то что нужно, ведь насекомые питаются листьями, а наша задача – их гибель. В то время как животные питаются клубнями, и наша задача – их безопасность. Исследования также показали, что если всего час варить клубни первого экспериментального сорта, от исходного количества лектина GNA в них почти ничего не остается. Клубням второго экспериментального сорта требовалось еще меньше времени – уже через 20 минут варки содержание GNA было на грани детектируемого. Короче, предварительные данные говорили: трансгенный картофель эквивалентен оригинальному немодифицированному по всем проверенным параметрам[294].
Можно было начинать эксперименты по кормлению крыс. И вот работа закипела. Вскоре проведены уже несколько первых экспериментов, как вдруг… раздался телефонный звонок.
3.2. В свете софитов
Здесь самое время вспомнить главу 2.2 «Тучи». Эксперимент, о котором мы говорим здесь, происходит на фоне тех самых волнений в обществе: в Европу начинаются поставки первых партий ГМ-сои и кукурузы, люди отвечают маршами протестов, общественные организации высказывают свое недоверие официальным организациям, отвечающим за здоровье людей (какая знакомая нам в пандемию ситуация, не правда ли?), все это сопровождается разнообразными акциями протеста и даже вандализмом. Для СМИ это уже не просто информационный повод, а самая горячая тема. И всем, конечно же, нужно мнение экспертов.
В августе 1998 года в студию передачи World in Action на канале британского телевидения приглашен «ведущий исследователь пищевых продуктов» – доктор Арпад Пуштаи[295]. И вот, когда ведущий задает доктору Пуштаи вопрос о его работе и его отношении к ГМО, тот сообщает, что в их исследовании они установили негативное влияние ГМ-питания на здоровье подопытных животных. А также говорит фразу, которая уже на следующий день облетит мир: «Если бы у меня был выбор, я не стал бы это есть». И «нечестно использовать наших сограждан, как морских свинок»[296], [297].
И грянул гром.
В наши дни вопросами того, как менялось отношение к ГМ-продуктам в обществе, занимаются разные исследователи. И многие из них полагают, что именно этот момент, эта телепередача и стала поворотной[298] – общество получило то «подтверждение от науки», которое полностью удовлетворяло его страхам и опасениям. Выступление и последующая за ним публикация письма (да, это очень важно! Письма, а вовсе не статьи, о чем мы поговорим далее) Пуштаи имели тот же эффект и те же последствия для целой общественно значимой темы, какие имела статья Эндрю Уэйкфилда[299] для темы вакцинации. И в обоих случаях разоблачение последовало очень быстро, но его уже некому было услышать в шуме голосов, получивших такую нужную поддержку их убеждений.
3.3. Где проблема?
По окончании передачи институт, где работал доктор Пуштаи, захлестнул шквал звонков. Паника в обществе мгновенно накалилась до предела. Дирекция института запретила Пуштаи общаться со СМИ, вскоре его отстранили от работы, затем отказали в продлении контракта с институтом[300]. Разумеется, все это только подогревало настроения в обществе: вот теперь-то точно ученые скрывают правду! А тех, кто решается эту правду рассказать, попросту уничтожают!
На самом же деле с этого момента начались доскональные и серьезные разбирательства, включающие перепроверку всех этапов работы и выводов, сделанных группой Пуштаи. Сегодня все эти документы находятся в открытом доступе, и каждый из нас может ознакомиться с любым из них: от протокола слушаний и допросов всех свидетелей – ученых, принимавших участие в рассматриваемой работе, – до отчетов независимых экспертов и отчетов внутреннего расследования, которое провел сам институт. Мой рассказ далее будет опираться на эти данные и на знания обычной математики.
На чем же основывался Пуштаи в своем заявлении для телевидения? Не говоря о том, что выводы о безопасности всех ГМ-технологий он делал по результатам одного (собственного) исследования. На двух идеях: первая – в своей работе они обнаружили какое-то влияние на органы подопытных животных и их иммунную систему. И это влияние авторы объясняли не присутствием в рационе лектинов, а именно фактом генетической вставки: «генетическая трансформация (или ее комбинация с продуктом встроенного гена) могли вносить вклад в общие биологические эффекты от потребления модифицированного картофеля, особенно на тонкий кишечник и слепую кишку[301]. И второе – на опасениях, что если мы вносим какой-то новый ген в одно место в геноме, сложно будет предположить, какие гены могут «заработать» или, наоборот, «сломаться», в других его местах[302]. Возможно, в 1990-х, при том уровне развития технологий секвенирования и анализа данных, во втором предположении и мог быть некий смысл, но опираться на него сегодня, когда для прочтения полного генома и его анализа требуется всего несколько дней[303], было бы совершенно неразумно.
Буквально сразу после скандала Институт Роветта начал собственное расследование. Тщательно изучив предоставленные лабораторией Пуштаи данные, эксперты указали на проблемы в проведении эксперимента. Только что мы сказали, что авторы исследования причиной некоего влияния на органы подопытных называли саму модификацию, однако эксперты в своем отчете указывают: авторы не использовали контрольный рацион для таких выводов. То есть рацион из сорта модифицированного картофеля, в который был вставлен «пустой» конструкт, – содержащий маркерные гены из плазмиды, но не несущий сам ген GNA[304]. Этот вид контроля нужен, чтобы ответить на вопрос: если мы в итоге получим различия в данных для контрольного и экспериментального сортов, причиной различий будет являться сама процедура модификации или тот белок, ген которого был вставлен?
А вот пример проблем с данными, из которых были сделаны выводы о влиянии на иммунную систему крыс. Чтобы оценить это влияние, группа Пуштаи использовала старый проверенный метод – оценку пролиферативной активности лимфоцитов. Для этого из крови выделяют лимфоциты и помещают их в специальную лабораторную посуду, затем добавляют вещество, реакцию на которое нам нужно оценить, – в данном случае это исследуемый вид лектинов. Конечная цель этого метода – оценить рост количества лимфоцитов при воздействие вещества (обязательно посмотрите эту сноску[305]). Но результаты они получили только для трех экспериментов, причем в одном из трех не удалось получить достаточного количества клеток для достижения статистической значимости. Так что любые, как позитивные, так и негативные, результаты, полученные на таком малом количестве данных, можно трактовать только как случайность, и никаких выводов из них сделать нельзя. Дополнительные данные были получены только по запросу комиссии и непосредственно перед проведением аудита (они тоже не показали статистически значимых различий), но на момент громого заявления для ТВ они и вовсе еще не существовали. Кстати, в этом же эксперименте была использована такая доза этого вида лектинов, которая в 5000 раз превышала содержание их в модифицированном картофеле. А ведь в экстремальных дозах и обычная поваренная соль станет смертельным ядом.
И наконец, пора обсудить главные выводы: о влиянии ГМ-картофеля на органы подопытных животных. Для этого сначала восстановим эксперимент, опираясь на все доступные нам данные.
Итак, исследовали эффект лектинов, поступающих в организм крысы с кормом. По плану исследование состояло из двух серий экспериментов: длительность первой серии экспериментов по 10 дней (исследование краткосрочного эффекта), второй – по 3 месяца (долгосрочное исследование) {Audit of data produced at the Rowett Research Institute / SOAEFD flexible fund project RO 818 / Date of audit: 21st August 1998 / Audit committee: Professor F J Bourne, Dr A Chesson (Chair), Professor H Davies, Dr H Flint / https://web.archive.org/web/20110927104039/http://www.rowett.ac.uk/gmoarchive/gmaudit.pdf}. Животных разделили на группы. В каждой группе был запланирован соответствующий рацион:
• только сырой ГМ-картофель,
• только вареный ГМ-картофель,
• только сырой обычный картофель,
• только вареный обычный картофель,
• сырой обычный картофель + добавка из лектина GNA,
• вареный обычный картофель + добавка из лектина GNA.
Однако к моменту начала скандала было проведено только несколько краткосрочных экспериментов. В отчете, который позднее опубликует Пуштаи, описаны 6 экспериментов, в которых участвовали всего 6 крыс – по одному животному на каждую изучаемую схему кормления. На утро десятого дня эксперимента все крысы были умерщвлены и проведено вскрытие с последующим измерением толщины и длины разных органов. Эффекты от разных диет искали, сравнивая попарно у экспериментальных и контрольных животных:
• желудки,
• части тощей,
• подвздошной,