Развеиваем мифы: ГМО против генетически редактируемых культур

Аббревиатура «ГМО» вызывает беспокойство и переживания у многих людей. Первые генетически модифицированные организмы (ГМО) в виде сельскохозяйственных культур были представлены ещё в 90-х годах и с тех пор окутаны бесконечными спорами.

Основная проблема ГМО, которую осуждают люди, — это введение «чужеродной ДНК», которая, по их мнению, может иметь непреднамеренные последствия для потребителя. В результате, коммерциализация ГМО-культур сталкивается с серьёзными юридическими проблемами (и высокими расходами), что делает невозможным для малых организаций разработку и коммерциализацию модифицированных подобным образом культур.

С другой стороны, появляются и новые так называемые «генетически редактируемые» культуры. Они разрабатываются с использованием новейших методов генной инженерии, и регулирующие органы не относят их к ГМО. Это означает, что генетически редактируемые культуры имеют относительно более простой процесс регуляторного утверждения и, потенциально, более широкое принятие потребителями.

Очевидно, что и ГМО, и генетически редактируемые культуры являются продуктами генной инженерии, но почему одно является ГМО, а другое — нет?

Хотя генное редактирование имеет множество применений в медицине и науке о животных, в этой статье мы обсудим только его применение к растениям и сельскохозяйственным продуктам.

Что такое ГМО, или трансгенные продукты?

Трансгенные или генетически модифицированные организмы (ГМО) были представлены миру в 90-х годах прошлого столетия. Аббревиатура ГМО относится к организму, содержащему один или несколько «чужеродных» фрагментов ДНК. Эта чужеродная ДНК может быть как от другого члена того же вида, что и исходный организм, так и совсем от другого вида.

Классическим примером ГМО является Bt-кукуруза. «Bacillus thuringiensis» (Bt) — это бактерия, естественно обитающая в почве. Она обладает генами, производящими белки, токсичные для некоторых насекомых. Токсины, извлечённые из этих бактерий, обычно использовали в качестве органического пестицида, распыляют на поверхность культуры. Затем, под воздействием солнца, токсины разлагались и позже смывались дождём, не представляя явной угрозы для потребителя. Однако от вредителей такой метод помогал отлично.

Так вот, в 90-х был разработан ГМО-сорт кукурузы, содержащий гены той самой бактерии, производящей токсины. Этот сорт был способен производить Bt-белок прямо в своих листьях, поэтому, когда гусеницы ели листья такой кукурузы, токсины повреждали их кишечник, вследствие чего они погибали. Поскольку эти белки производились в тканях растения на протяжении всего сезона, уже не было никакой необходимости продолжать многократное опрыскивание культур пестицидами.

Многие научные организации, включая Федерацию американских учёных, заявили в то время, что, хотя этот токсин и убивает гусениц, доподлинно неизвестно о его воздействии на потребителя. Общественные организации так же подняли тревогу, утверждая, что чужеродная ДНК в кукурузе наверняка вызовет негативные эффекты у людей.

В результате, процесс получения регуляторного одобрения для генно-модифицированных продуктов с тех пор длителен, сложен и чрезвычайно дорог. Только ГМО-сорта избранных крупных товарных культур, разработанные крупными компаниями, по итогу были коммерциализированы. Мелкие компании или исследовательские институты просто не могут позволить себе такие инвестиции.

На сегодняшний день коммерчески выращиваются ГМО-сорта всего 10 видов культур (в некоторых странах): кукуруза, соя, сахарная свёкла, картофель, летний кабачок, папайя, яблоки, рапс, хлопок и люцерна. Учитывая, что продукты из кукурузы и сои присутствуют в широком ассортименте продуктов питания, ГМО так или иначе присутствуют в большой части продовольственного рынка, особенно в западных странах.

Что такое генное редактирование?

Генное редактирование (также известное как редактирование генома или CRISPR) — это последнее достижение генной инженерии. Генное редактирование с помощью CRISPR — это технология, позволяющая корректировать, удалять, добавлять или изменять последовательность ДНК гена. Оно быстрее, проще и гораздо специфичней, чем ГМО.

Оно требует куда более обширных знаний о последовательности генома и функции гена, чем при создании ГМО, однако все эти знания теперь доступны учёным благодаря последним достижениям в молекулярно-генетических техниках.

Как работает генное редактирование?

Для редактирования генов используются высокоспецифичные ферменты, которые действуют как ножницы, разрезая две нити ДНК в определённом месте. Как только ДНК разрезана, включается собственный механизм репарации клетки, чтобы восстановить повреждённый участок.

Однако процесс репарации несовершенен. Он вносит ошибки, которые потенциально могут деактивировать ген или изменить его функцию, в связи с чем после репарации учёные проводят скрининг клеток, чтобы выявить изменения в функции генов.

Редактирование генов также позволяет добавлять индивидуальные последовательности в качестве замещающей ДНК. Эти индивидуальные последовательности внедряются в вырезанную область с помощью встроенного в клетку механизма, называемому гомологичной рекомбинацией.

CRISPR / Cas9

Одним из наиболее распространённых инструментов, используемых при генном редактировании, является CRISPR/Cas9. CRISPR здесь расшифровывается как «кластеризованные регулярно чередующиеся короткие палиндромные повторы», а Cas9 — как «CRISPR-ассоциированный белок 9».

Система CRISPR состоит из двух компонентов: адаптированной РНК, разработанной для соответствия последовательности целевого гена в определённом месте, и вышеупомянутого фермента Cas9.

После того, как модифицированная РНК находит соответствующий участок ДНК, она связывается с ним, а фермент Cas9 разрезает обе нити ДНК в этом месте. Затем в работу включается механизм восстановления клетки, чтобы исправить этот разрыв. В ходе этого процесса появляются различные вариации (мутации), а исследователи просматривают эти вариации и выбирают ту, которая придаёт гену желаемую функцию.

Другие инструменты, такие как ZFN (цинковые пальцевые нуклеазы) и TALENs (эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции), также существуют, но используются реже.

Технология редактирования генов основана на естественной системе, используемой бактериями и другими одноклеточными организмами для защиты от вирусных атак, поэтому и считается куда безопаснее, чем ГМО.

Если определённый сорт растения восприимчив к определённому патогену, учёные сначала определяют, какой ген отвечает за эту восприимчивость. Затем они сравнивают эту последовательность генов с последовательностью сортов, устойчивых к патогену. В ходе этого процесса они могут идентифицировать области последовательности генов, которые содержат «ошибки», делающие сорт восприимчивым. В таких случаях исследователи могут использовать технологию редактирования генов, чтобы «исправить» эту ошибку.

Генетически модифицированные продовольственные культуры на рынке

Как бы тому не противились скептики, генетически модифицированные культуры постепенно заходят на потребительский рынок, причём далеко не всегда о том, что продукт был так или иначе модифицирован, можно узнать из его упаковки.

Из недавних примеров принятия теми или иными странами новой технологии генного редактирования можно выделить следующие:

• В 2019 году соя с высоким содержанием олеиновой кислоты, которая производит меньше насыщенных жирных кислот, была одобрена к продаже в США. А в 2023 году ещё и в Китае.
• В 2021 году Япония запустила в производство генно-модифицированный помидор, который вырабатывает высокий уровень ГАМК (нейромедиатор, оказывающий успокаивающее действие и снижающий стресс).
• В 2023 году в США был введён в коммерческую продажу сорт зелени горчицы, отличающийся сниженной остротой.

Чем генетически модифицированные культуры отличаются от ГМО?

Хотя в результате как генного редактирования, так и генной инженерии получаются организмы с изменённой генетической структурой, термины «ГМО» и «трансгенный» используются (в популярном словаре) только для обозначения более старой технологии, в которую вводилась именно «чужеродная» ДНК.

Фактически, именно это присутствие чужеродной ДНК принципиально отличает данные технологии, ведь генетически отредактированные культуры не вносят в растение чужеродную ДНК. Это даёт определённые преимущества генному редактированию, по крайней мере, когда речь заходит о нормативных актах.

Как уже было сказано выше, одно из основных критических замечаний, выдвигаемых против классического ГМО, заключается в том, что при таком методе в организм вводится чужеродный фрагмент ДНК, который, по мнению скептиков, может быть опасен для человека.

Одобрение регулирующих органов для генетически модифицированных культур

Поскольку генное редактирование является относительно новой технологией, многие страны всё ещё разрабатывают нормативную базу для неё. Однако, исходя из достигнутого на сегодняшний день прогресса, представляется, что регуляторные препятствия для продуктов с генетически модифицированными продуктами будут куда менее сложными, чем для традиционных ГМО

В США, например, традиционные ГМО регулируются Агентством по охране окружающей среды (чтобы определить, оказывает ли ГМО какое-либо влияние на использование пестицидов), Министерством сельского хозяйства (чтобы определить, может ли ГМО стать сорняком и вытеснить здоровые культуры) и Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (чтобы определить, эквивалентны ли ГМО исходной культуре и есть ли опасения по поводу аллергенности).

Однако генетически отредактированные культуры регулируются так же, как и обычные культуры. Это означает, что им не нужно проходить дополнительные регуляторные процессы, как ГМО, и им даже не нужен ярлык «генетически отредактированный» на упаковке конечного товара.

Законы, регулирующие трансгенные или ГМО-культуры в Европе, так же очень строгие. Все ГМО-культуры, которые выращиваются или продаются в Европе, нуждаются в одобрении.

До сих пор Bt-кукуруза была единственной ГМО-культурой, которая была одобрена в Европе. Причём с момента её одобрения в 1998 году, срок действия этого разрешения давно истёк. Заявка на продление разрешения всё ещё находится на рассмотрении, наряду с 58 другими заявками на ГМО-культуры.

Несколько стран Европы (таких как Германия, Австрия, Болгария, Люксембург, Польша, Венгрия, Греция и Италия) также запрещают выращивание ГМО-культур. Однако некоторые ГМО-культуры всё же импортируются в Европу, в основном в качестве корма для животных.

Учитывая строгие правила в отношении ГМО, учёные и семеноводческие компании опасались того, какими будут рамки регулирования генетически модифицированных культур в Европе. Однако в июле 2023 года Европейский союз принял решение о том, что генетически отредактированным культурам всё же не придётся проходить через обширные процессы регулирования, которым подвергаются традиционные ГМО.

ЕС предложил законопроект, который освобождает генетически модифицированные культуры от жёстких нормативных ограничений, связанных с ГМО. Фактически, Европа планирует пойти по пути США в рамках этого вопроса.

Если данный закон вступит в силу, это будет означать, что генетически модифицированные культуры с повышенной устойчивостью к болезням, улучшенным качеством или устойчивостью к изменению климата могут быть коммерциализированы в более короткие сроки и с меньшими затратами, что позволит как фермерам, так и потребителям извлечь выгоду из этой технологии.

Ещё ряд стран, включая Англию, Индию и Австралию, так же планируют пойти по этому пути.

Заключение

Похоже, что в будущем генетически модифицированные культуры столкнутся с гораздо меньшими регуляторными препятствиями, чем ГМО. Когда правительства и регулирующие органы делают шаг к внедрению новых технологий, это помогает укрепить доверие потребителей.

Вероятно, со временем генетически модифицированные культуры получат одобрение в массовом сознании, и использование технологии CRISPR начнётся ещё более активно. В перспективе это поможет создать более совершенные продукты питания, устойчивые к различным заболеваниям, менее прихотливые к условиям хранения и т.п.

Как говорится, кто не рискует, тот не пьёт шампанского. Однако в случае с генным редактированием риск действительно минимален, если вообще есть, а потенциальных преимуществ от технологии гораздо больше.