Учёные СПбГУ создали ряд трансгенных растений табака, гороха и моркови, синтезирующих бычий гамма-интерферон. Употребление их в пищу способно стимулировать иммунитет, в том числе, противовирусный. Это особенно актуально во время сезонных эпидемий. Но для того чтобы это направление в науке развивалось, необходимо изжить предрассудки по отношению к ГМО в обществе.

О плюсах и минусах ГМО и технике их создания рассказал кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ Владислав Владимирович Емельянов.

— Владислав Владимирович, существуют ли в природе такие же механизмы переноса генов, какие используют генные инженеры?

— Да, такие механизмы в природе есть. Генетически модифицированные организмы (их также называют трансгенными организмами или трансформантами) получают свои гены не в результате полового размножения или мутации, а в результате того, что в их геном чужеродный ген встраивается иным способом. Процесс генетической трансформации бактерий, например, может происходить постоянно. Бактерии могут поглощать из внешней среды молекулы ДНК с генами, позволяющими этим бактериям получить некоторые адаптивные преимущества. Например, если вокруг бактерии находится некое необычное вещество и молекулы ДНК, в которых есть ген, отвечающий за способность утилизировать это вещество, то бактерия, скорее всего, встроит себе его и будет  синтезировать необходимый для утилизации фермент. Аналогичная ситуация будет, например, и с генами устойчивости к антибиотикам.

Подобные трансгенные бактерии стали использовать в науке и в биотехнологии примерно с 60-х годов. И ни для кого не секрет, что инсулин сейчас производят именно при помощи трансгенных бактерий. При помощи них можно производить также некоторые разновидности вакцин, которые при этом будут совершенно безопасны с точки зрения возможности вызвать заболевание. В принципе, использование трансгенных микроорганизмов в фармакологии, медицине и, в определённой степени, в пищевой промышленности — не вызывает никаких опасений. Но почему-то появление на рынке трансгенных растений вызвало своеобразный ажиотаж и резкое неприятие широкой общественности.

— Хотя получение трансгенных растений тоже не насилие над природой, а вполне естественный процесс…

— Конечно, генетики и генные инженеры всего лишь воспользовались им. Есть особая группа агробактерий, самая распространенная среди них — Agrobacterium tumefaciens — у неё есть маленькая плазмида — кольцевая молекула ДНК, участок которой естественным образом встраивается в геном растительной клетки. Внутри этого встраиваемого участка находится небольшой набор генов, который видоизменяет жизнедеятельность и обмен веществ растительных клеток: они начинают интенсивно делиться, разрастаться, образуют на растении опухоль и внутрь неё притекает огромное число питательных веществ. Более того, бактерия встраивает и гены, отвечающие за биосинтез специальных аминокислот — опинов, которые бактерия использует как источник пищи. В результате растительная клетка сама «строит» для бактерии жильё, обеспечивает её пищей и создаёт комфортные условия для существования. Следует отметить, что перенесенная ДНК сохраняется обычно в течение одного поколения. Однако иногда эта последовательность может сохраняться  и передаваться в процессе полового размножения. Этот процесс носит название горизонтальный перенос генов. Исследования, которые проводятся у нас на кафедре, а также в других научных группах, показали, что у ряда природных растений (табака, льнянки) содержатся вставки из агробактерий. Такая природная генетическая трансформация не обязательно приводит к негативным последствиям для растений.

Молекулярные биологи воспользовались природным механизмом — вырезали бактериальные гены, оставив при этом гены, контролирующие механизм встраивания. Теперь приблизительно два-три гена интереса мы можем подстроить в эту плазмиду, предварительно вырезав ненужные гены из области переносимой в растение ДНК, и использовать этот метод для получения трансгенных растений. Таким образом, генетическая инженерия использует природный процесс, слегка его модифицировав.

— Но в природе вряд ли соединились бы, например, гены томата и рыбы. Насколько это безопасно?

— Генетиками действительно был взят ген, который кодирует белок-антифриз из арктической рыбы ледянки и встроен в геном томата. В результате томаты стали устойчивыми к понижению температуры, всходы выдерживали заморозки, плоды лучше хранились в холодильнике. Но при этом у потребителя может быть непереносимость рыбного белка — аллергия. Это реакция не на ГМО, а на рыбу. Вот почему надо не столько маркировать продукт как содержащий ГМО, но и отмечать, какие именно гены встроены в его геном. Покупатель должен быть об этом информирован. Определенные пищевые риски, связанные с ГМО, есть.  Это касается тех случаев, когда новый белок, попав в новый организм, может стать аллергеном для потребителя. Поэтому нужно, безусловно, тестировать новые сорта по всем медико-биологическим показателям, в том числе анализировать влияние трасгена на потомство, что сейчас и делается. Для того чтобы вывести генно-модифицированный сорт, сейчас нужно меньше времени, чем на то, чтобы его апробировать и добиться разрешения выпустить его на рынок. Апробации проводят на специальных тест-системах, в том числе на мышах, крысах, других животных, и на людях-добровольцах.

— Такие пробы проходят уже довольно давно, все люди и мыши чувствуют себя нормально?

— Здесь ситуация различная. Первым на суд широкой публики эксперименты с трансгенными продуктами и крысами вынес в 1998 году Арпад Пустаи — британский биохимик венгерского происхождения, который работал в НИИ в Шотландии. Группа учёных пыталась вывести картофель, устойчивый к вредителям. Для этой цели они выбрали, на мой взгляд, очень неудачный целевой ген, который ввели в трансгенную конструкцию. Продуктом этого гена является целевой белок — лектин подснежника. Лектины — это гликопротеины, которые участвуют в белок-углеводных взаимодействиях, и многие из них чрезвычайно ядовиты. Так что, с моей точки зрения, это была не очень удачная конструкция. Исследователи получили трансгенный картофель и стали кормить крыс одним сырым картофелем. (Нужно ещё учесть, что крысы не любят большое количество картофеля). В итоге — неудивительно, что учёные получили негативные результаты: крысы хуже росли, у них наблюдались отклонения в развитии эпителия кишечника. Пустаи заявил об этом журналистам, информация распространилось в СМИ. С чего и началась эпопея о «вреде» трансгенных организмов. Когда Арпад Пустаи опубликовал свои результаты в научном журнале, его негативное отношение к этой проблеме было менее выраженным, в ней, например, уже не было сведений о том, что крысы повально умирали. Однако у общества уже сложилось неправильное мнение, что это именно генетически модифицированные продукты вызвали нарушения у крыс. На самом деле, нарушения вызвала не генетическая модификация, а непосредственно неудачно выбранный целевой ядовитый белок — лектин.

— Но если конструкцию подобрать удачно, то есть ли преимущества у генной модификации перед обычной селекцией?

— Генетическая модификация как таковая — это просто новый вариант технологии, который позволяет очень быстро выводить новые сорта, в частности, растений. Причём генетики не просто бьются в темной комнате, пытаясь  методами традиционной селекции отобрать новые формы, а вводят в геном растения конкретный ген интереса. Зачастую селекционерам приходится десятками лет отбирать те линии, которые представляют интерес, при этом параллельно с полезными генами эти линии наследуют огромный генетический балласт, который, кстати, тоже может быть ядовит. В случае с созданием ГМО мы непосредственно встраиваем тот ген, который нам нужен, и паровоз лишних генов туда не попадает. Это сокращает время выведения сорта до двух-трёх лет. Кстати, надо сказать, что интерес к ГМО и эксперименты с ними подняли очень важный вопрос: все ли растения, которые традиционно используются нами в пищу, безопасны? Очень часто результаты анализов показывают, что многие растения, которые мы использовали раньше, тоже содержат целый ряд токсинов. Например, в результате скрещивания нашего обычного томата с дикой разновидностью перуанского томата был выведен устойчивый к нематоде сорт, который поступил в открытую продажу, его выращивают даже на так называемых органических фермах в Америке, продают в экологически чистых лавках. А на самом деле, этот томат содержит большое число ядовитых гликоалкалоидов, которые могут вызвать отравления у людей. И действительно, такие отравления были зафиксированы, в связи с чем был принят закон — любой новый сорт, вне зависимости от способа получения, включая сорта, полученные традиционной селекцией, должен одинаково тестироваться и проходить медико-биологическую экспертизу.

— С этого времени, надеюсь, технологии ушли далеко вперед и сейчас наверняка есть изобретения генных инженеров, которые могут нас порадовать?

— Безусловно. Ведь зачем нужно создавать ГМО? Естественная изменчивость очень многих растений, которые мы выращиваем на протяжении десятков тысяч лет, уже находится на пределе. Нам надо повышать продуктивность этих растений, их устойчивость к разного рода негативным факторам среды: к вредителям, болезням, негативным погодным условиям, засухе, засолению. Активная мелиорация, интенсивное использование земли в сельском хозяйстве, использование гербицидов и пестицидов приводят к тому, что качество возделываемых земель ухудшается. А ГМО помогают повысить урожайность и прокормить растущее население планеты.

Другое направление — это улучшение питательной ценности продуктов. Существует ряд проектов, по которым в растения вносятся гены, отвечающие за биосинтез витаминов. Уже создан так называемый «золотой рис»: в него внедрили гены нарцисса, отвечающие за биосинтез жёлтого пигмента каротина. В результате, в этом рисе содержится много витамина А. Так как рис — это основная пища большей части человечества, добавка витамина — очень неплохое подспорье пищевому рациону. Кроме того, можно, например, повышать в растениях количество незаменимых аминокислот, что особенно интересно в свете популярности вегетарианства. Что-то можно улучшить в конкретном сорте растения, например, изменить вкус и цвет плода.

Отдельный момент — это получение растений с совершенно новыми качествами. Например, японские исследователи пытаются получить синюю розу. Для этой цели они взяли ген, который кодирует фермент, отвечающий за синтез синего пигмента из василька, и трансформировали им белую розу. Правда, пока роза получилась не синей, а сиренево-голубой, фиолетовой.

Сейчас можно получить почти любое трансгенное растение, их количество растет с каждым днем.

— В СПбГУ занимаются ещё одним важным направлением — созданием трансгенных лекарственных растений. Расскажите, пожалуйста, об этом подробнее.

— Я и группа учёных под руководством заведующей лабораторией генной и клеточной инженерии растений профессора Людмилы Алексеевны Лутовой давно занимаемся созданием растений, синтезирующих особые белки фармакологического назначения. Мы создаем растения, которые содержат вставку гена бычьего интерферона. Это белок, который выделяется клетками иммунной системы и способствует усилению иммунного ответа. В частности, он помогает при вакцинации животных. Если при вакцинации добавить адъювант (вещество, усиливающее иммунный ответ), то иммунный ответ будет более выраженным и быстрым. Соответственно, организм с большей вероятностью выработает иммунитет к данному заболеванию. В своей лаборатории мы создаём разные растения, уже созданы растения табака и гороха, идёт работа по созданию растения моркови, и все они синтезируют белок интерферона. Сейчас мы работаем с интерферонами животных. Наши коллеги из лаборатории биохимической генетики делают всё то же самое в трансгенных микроорганизмах, в первую очередь, в дрожжах. Но дрожжи и бактерии — это чужеродные человеку организмы и при их употреблении мы должны будем, безусловно, очищать этот препарат перед использованием в терапии. С растениями ситуация иная, они в этом плане совершенно безопасны, мы их и так употребляем в пищу. Если бы мы получили такие растения-биостимуляторы с интерфероном человека, то, употребляя их в пищу, мы могли бы стимулировать иммунный ответ, и сейчас, скажем, в эпидемию гриппа для профилактики достаточно было бы просто поесть такой морковки.

Первые тестирования таких препаратов на животных (мышей кормили очищенным белком из трансгенного табака) показали, что иммунный ответ повышался: у животных увеличивалось число лимфоцитов в периферической крови, количество антител, стимулировалась защитная реакция.

— Почему для модификации выбрали табак? В перспективе полезные сигареты?

— Полезные сигареты из трансгенного табака не получатся: если его выкурить, то все белки сгорят. Табак — любимое растение клеточных инженеров, так как из него легко получить клеточные культуры, они легко трансформируются, регенерируют. Если говорить о других растениях, возникают трудности: получить трансгенный горох уже значительно сложнее.

—  Как скоро появятся в наших аптеках трансгенные морковь и горох с интерфероном?

—  Пока таких растений, допущенных к применению в медицине, нет. Препараты интерфероны, которые сейчас доступны на рынке, как правило, микробного происхождения. На Западе их делают только из бактерий. В России благодаря биохимическим генетикам СПбГУ существуют интерфероны грибного происхождения, которые произведены в трансгенных дрожжах.

Наши трансгенные растения мы планируем использовать в ветеринарии и сельском хозяйстве, в производстве биологически активных белков для лечения животных — это тоже довольно перспективное направление, которое, к тому же, улучшает и экономические показатели. В «человеческой» медицине и фармакологии перспектива применения таких препаратов будет только тогда, когда общество окончательно «примет» трансгенные растения и, что называется, не будет их «бояться».

Беседовала Мария БЛАЖНОВА