Текст книги "Трещина в мироздании"

Часть II
Задача

Глава 5
CRISPR-зоопарк

Томаты, которые могут лежать в кладовке месяц за месяцем, постепенно созревая и не портясь. Растения, которые лучше выдерживают смену климата. Комары, неспособные переносить малярию. Сверхмускулистые собаки, подходящие на роль устрашающих напарников полицейских и солдат. Коровы, у которых больше не растут рога.

Эти организмы кажутся выдуманными, но на деле они уже существуют благодаря редактированию генома. И они – лишь начало. Пока я пишу это, мир вокруг нас радикально меняется с помощью CRISPR, готовы мы к этому или нет. За следующие несколько лет эта новая биотехнология даст нам более урожайные сельскохозяйственные растения, более здоровый скот и более питательную пищу. А в течение нескольких десятилетий мы, вполне возможно, получим свиней со специально спроектированным геномом, которые будут служить донорами органов для людей, – а при желании вырастим и шерстистых мамонтов, крылатых ящеров и единорогов. Нет, я не шучу.

Меня поражает мысль о том, что мы находимся на пороге новой эры в истории земной жизни – эры, в которой люди получат беспрецедентный контроль над наборами генов самых различных видов – наших соседей по планете. Пройдет не так много времени, и CRISPR позволит нам подчинять природу своей воле именно так, как люди мечтали об этом с доисторических времен. И если эта воля будет конструктивной, то результаты окажутся потрясающими, – однако они могут также быть непредсказуемыми и даже катастрофическими.

Влияние технологии редактирования генома растений и животных уже ощущается в научном сообществе. Например, исследователям удалось использовать CRISPR для создания животных-моделей для изучения болезней человека, причем этим моделям свойственна гораздо более высокая точность и гибкость, чем раньше, – ведь это модели не только на мышах, но и на других животных, на которых лучше всего видно протекание той или иной изучаемой болезни. К примеру, для аутизма это обезьяны, для болезни Паркинсона – свиньи, а для гриппа – хорьки. Один из самых интересных аспектов технологии CRISPR – это возможности, которые она предоставляет для изучения признаков, уникальных для определенных организмов: например, регенерации конечностей у аксолотлей, старения у медак (азиатских пресноводных рыбок из семейства карпозубых) или развития скелета у ракообразных[96]96
  Разумеется, ракообразные – беспозвоночные. Тут имеется в виду их внешний скелет (примеч. науч. ред.).


[Закрыть].

Мои коллеги присылают мне удивительные описания и изображения своих экспериментов с CRISPR и их результатов: красивые узоры на крыльях бабочек, генетическую подоплеку которых удалось раскрыть, или заразные дрожжи, способность которых проникать в ткани человека исследователи смогли изучили на уровне отдельных генов. Такого рода эксперименты открывают новые факты о природном мире и о генетических сходствах, связывающих все организмы. Все это невероятно интересно для меня.

На другом конце спектра возможностей – идеи настолько необычные, что их изложение больше напоминает научно-фантастический рассказ, чем статью из серьезного научного журнала. К примеру, я была совершенно поражена, узнав, что сразу несколько исследовательских групп используют CRISPR, чтобы “гуманизировать” различные гены свиней, – в надежде на то, что таким образом будет решена проблема вечной нехватки жизненно важных донорских органов: это путь к освоению ксенотрансплантации – то есть пересадки человеку органов, выращенных в свиньях (или других животных).

Иллюстрация того, какого рода эстетические изменения можно уже сегодня вносить в животных, – деятельность компаний, использующих технологии редактирования генома для создания новых “дизайнерских” домашних питомцев, к примеру микропигов, размеры которых даже во взрослом возрасте не превышают размеров небольшой собаки. А некоторые лаборатории всерьез занимаются возрождением вымерших видов – пытаются в буквальном смысле слова воскресить исчезнувшие организмы посредством клонирования и генной инженерии. Моя подруга Бет Шапиро из Калифорнийского университета в Санта-Крузе мечтает использовать эту стратегию для воссоздания вымерших видов птиц, чтобы изучить их связи с современными видами. Предпринимаются и попытки постепенно переделать геном слона в геном мамонта, используя CRISPR.

Однако, по иронии судьбы, использование CRISPR может приводить и к обратному – “насильственному вымиранию” нежелательных видов животных и болезнетворных микроорганизмов. Да, в недалеком будущем CRISPR можно будет применять для уничтожения целых видов – о таких последствиях я не могла даже и подумать, когда лишь десять лет назад моя лаборатория приступила к исследованиям в области систем адаптивного иммунитета у бактерий.

У некоторых проектов, связанных с этой и другими областями природы, есть невероятный потенциал по улучшению здоровья и уровня жизни людей. Другие же кажутся лекгомысленными, эксцентричными или даже попросту опасными. И я все больше убеждаюсь в том, что по мере того, как популярность редактирования генома стремительно растет, нам совершенно необходимо лучше понимать риски, связанные с этой технологией.

CRISPR дает нам возможность радикально и необратимо менять биосферу, в которой мы обитаем, переписать молекулы жизни так, как мы захотим. Я полагаю, что сегодня нам очень не хватает широкого публичного обсуждения всех этих возможностей – как полезных, так и опасных. Это удивительный момент в истории медико-биологических наук, но мы не должны позволять себе витать в облаках. Важно помнить, что, хотя у CRISPR есть огромный и неоспоримый потенциал улучшения нашего мира, вмешательство в генетические основы нашей экосистемы может иметь также и непредвиденные последствия. На нас лежит ответственность за то, чтобы заранее просчитать все возможные варианты развития событий и организовать глобальный, публичный и инклюзивный диалог о том, как нам использовать редактирование генома наилучшим образом, пока не стало слишком поздно.

В 2004 году группа европейских ученых разгадала загадку, долгое время занимавшую умы агрономов, выращивающих ячмень. Исследователи выявили генные мутации, благодаря которым растение становилось устойчивым к вредоносному грибку[97]97
  P. Piffanelli et al., “A Barley Cultivation-Associated Polymorphism Conveys Resistance to Powdery Mildew”, Nature 430 (2004): 887–891.


[Закрыть], который вызывает настоящую мучнистую росу – болезнь, уже долгое время досаждавшую фермерам, которые выращивают элитные сорта ячменя по всей Европе. Мутантная линия ячменя, устойчивая перед грибком, вела свою историю от семян из зернохранилищ в Юго-Западной Эфиопии, добытых в ходе немецких экспедиций конца 1930-х годов. Именно на территории Эфиопии через некоторое время после одомашнивания ячменя (это было около 10 000 лет назад) случайно возникла мутантная версия гена под названием Mlo; этот сорт и был отобран крестьянами, которые, естественно, хотели культивировать как можно более урожайные растения, которые при этом были бы максимально здоровыми.

Это наглядный пример эволюции, на которую повлиял человек: спонтанная мутация, которая закрепилась благодаря искусственному, а не естественному отбору. Именно так и развивалось сельское хозяйство в течение тысячелетий. В 1901 году агроном-новатор Лютер Бербанк сказал в одном из своих выступлений, что виды не являются чем-то фиксированным и неизменным:

Они так же пластичны в наших руках, как глина в руках гончара или краски на холсте художника, и им можно придать более красивые формы и цвета, чем у любого художника или скульптора[98]98
  N. V. Federoff and N. M. Brown, Mendel in the Kitchen: A Scientist’s View of Genetically Modified Foods (Washington, DC: Joseph Henry Press, 2004), 54.


[Закрыть].

На самом деле история открытия защитной мутации у гена Mlo в ячмене начинается еще в 1942 году, когда растения одного из немецких сортов были облучены рентгеном[99]99
  J. H. JØrgensen, “Discovery, Characterization and Exploitation of Mlo Powdery Mildew Resistance in Barley”, Euphytica 63 (1992): 141–152.


[Закрыть]. Именно тогда ученые обнаружили, что облучение семян радиацией (к примеру, рентгеновскими или гамма-лучами) или погружение их в жидкость, содержащую мутагенные вещества, приводит к возникновению случайных новых мутаций, используя которые, можно вывести растения с желаемыми свойствами.

У мутантных линий, полученных таким способом, имеются случайные изменения в сотнях или даже тысячах различных генов. Если среди этих спонтанных генетических изменений у разных линий возникают похожие мутации, такие же как в гене Mlo, то у растений, полученных из таких семян, может появиться одно и то же желаемое свойство – например, устойчивость к грибку у ячменя[100]100
  R. BÜschges et al., “The Barley Mlo Gene: A Novel Control Element of Plant Pathogen Resistance”, Cell 88 (1997): 695–705.


[Закрыть]. Защитная мутация в гене Mlo у ячменя была идентифицирована в 2004 году, а еще десятилетие спустя нарушения в том же гене удалось связать с устойчивостью к мучнистой росе и у других растений. Это породило воодушевляющую гипотезу, что многие сельскохозяйственные культуры можно было сделать устойчивыми к болезни, изменив ген Mlo.

В этом и заключаются перспективы редактирования генома. В сравнении с обычными методами селекции – включая спонтанный мутагенез, мутагенез под действием рентгеновских лучей или химикатов, а также скрещивание различных видов растений (в процессе которого в геном поступают тысячи новых генов), – CRISPR и подобные технологии дают ученым беспрецедентные возможности контроля над геномом. Я обратила особое внимание на масштаб этих возможностей, когда в 2014 году ученые из Китайской академии наук использовали инструменты редактирования генома, в том числе CRISPR, для изменения шести копий гена Mlo в пшенице обыкновенной (Triticum aestivum) – одной из важнейших сельскохозяйственных культур на планете. Растения, у которых все шесть генов Mlo были мутантными, обладали устойчивостью к мучнистой росе, и это был фантастический результат; более того, исследователям не было нужды беспокоиться о вредоносных или нежелательных эффектах каких-либо других мутаций, поскольку были изменены только гены Mlo. Какое бы изменение ни было необходимо – нокаут гена, его коррекция, вставка или делеция, – ученые могут редактировать геном с беспрецедентной точностью вплоть до одной “буквы” и делать это практически с любым геном и любой последовательностью ДНК.

Борьба с настоящей мучнистой росой – лишь один пример того, каким образом CRISPR помогает решать проблемы сельского хозяйства. За несколько лет, прошедших с начала использования технологии, ее уже применили для редактирования генов риса (чтобы защитить растение от бактериальных заболеваний); для обеспечения кукурузы, сои и картофеля естественной невосприимчивостью к гербицидам; для создания грибов, которые гораздо медленнее буреют и портятся[101]101
  W. Jiang et al., “Demonstration of CRISPR/Cas9/sgRNA-Mediated Targeted Gene Modification in Arabidopsis, Tobacco, Sorghum and Rice”, Nucleic Acids Research 41 (2013): e188; N. M. Butler et al., “Generation and Inheritance of Targeted Mutations in Potato (Solanum Tuberosum L.) Using the CRISPR/Cas System”, PLoS ONE 10 (2015): e0144591; S. S. Hall, “Editing the Mushroom”, Scientific American 314 (2016): 56–63.


[Закрыть]. Ученые использовали CRISPR для редактирования генома сладких апельсинов[102]102
  H. Jia and N. Wang, “Targeted Genome Editing of Sweet Orange Using Cas9/sgRNA”, PLoS ONE 9 (2014): e93806.


[Закрыть], а команда калифорнийских исследователей сейчас пытается спасти американскую индустрию цитрусовых от бактериальной болезни, именуемой по-китайски huanglongbing, что переводится как “болезнь желтого дракона”, которая уже поразила некоторые части Азии, а теперь угрожает садам Флориды, Техаса и Калифорнии[103]103
  S. Nealon, “Uncoding a Citrus Tree Killer”, UCR Today, February 9, 2016.


[Закрыть]. В Южной Корее Джин Су Ким и его коллеги надеются, что редактирование геномов бананов может помочь сохранить от исчезновения ценный сорт кавендиш, которому угрожает распространение чрезвычайно вредоносного почвенного гриба[104]104
  D. Cyranoski, “CRISPR Tweak May Help Gene-Edited Crops Bypass Biosafety Regulation”, Nature News, October 19, 2015.


[Закрыть]. Исследователи в других местах также экспериментируют с возможностью вставки в сельскохозяйственные культуры целой бактериальной системы CRISPR, запрограммированной на уничтожение вирусов, что может дать растениям совершенно новую противовирусную иммунную систему[105]105
  A. Chaparro-Garcia, S. Kamoun, and V. Nekrasov, “Boosting Plant Immunity with CRISPR/Cas”, Genome Biology 16 (2015): 254–257.


[Закрыть].

Методы внесения мутаций в ДНК растений

Меня особенно привлекают возможности, которые дает редактирование генома в области создания более здоровой пищи. Рассмотрим два выдающихся примера. Первый: соевые бобы дают около 50 миллионов тонн соевого масла ежегодно. К сожалению, в этом масле слишком много трансжиров, употребление которых ассоциируется с повышенным уровнем холестерина и заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Не так давно специализирующиеся на продуктах питания ученые из миннесотской компании Calyxt использовали основанную на TALEN технологию редактирования генома для изменения двух генов сои, получив семена, в составе которых гораздо меньше нездоровых жирных кислот, а содержание различных жиров больше напоминает состав оливкового масла[106]106
  W. Haun et al., “Improved Soybean Oil Quality by Targeted Mutagenesis of the Fatty Acid Desaturase 2 Gene Family”, Plant Biotechnology Journal 12 (2014): 934–940.


[Закрыть]. Исследователям удалось сделать это, не вызвав каких-либо непредвиденных мутаций и не вставляя в геном чужеродную ДНК.

Второй пример связан с картофелем – это третья по важности пищевая культура в мире после пшеницы и риса. Длительное хранение в холоде (необходимое для увеличения срока годности картофеля) может привести к его ослащению – крахмал в условиях холода переходит в сахара, глюкозу и фруктозу. Любая термическая обработка, необходимая для приготовления картофеля фри и чипсов, превращает эти сахара[107]107
  В ходе их реакции с аспарагином – аминокислотой, входящей в состав белков (а значит, и пищи).


[Закрыть] в акриламид – нейротоксин и потенциальный канцероген. Кроме того, из-за ослащения чипсы буреют и становятся горькими, и в результате большое их количество идет в отходы; по этой причине предприятия по переработке картофеля выбрасывают до 15 % сырья. Используя редактирование генома, исследователи из компании Calyxt легко смогли решить эту проблему в картофеле сорта Ranger Russet: они инактивировали всего один ген, отвечающий за выработку глюкозы и фруктозы. Результат: уровень акриламида в чипсах, сделанных из улучшенной картошки, был ниже на 70 %, и они не бурели[108]108
  B. M. Clasen et al., “Improving Cold Storage and Processing Traits in Potato Through Targeted Gene Knockout”, Plant Biotechnology Journal 14 (2016): 169–176.


[Закрыть].

Специалисты пищевой промышленности в восторге от возможностей простого редактирования генома. Однако один очень важный вопрос пока еще остается без однозначного ответа: смогут ли производители и потребители принять продукты с прицельно измененным геномом, подобно тому как они уже приняли тысячи видов продуктов, геномы которых мутировали случайным образом под воздействием рентгеновского или гамма-излучения или химических мутагенов? Или эти новые продукты постигнет судьба ГМО – другого типа генетически измененных продуктов, которые, несмотря на свой огромный потенциал, были встречены в штыки, что связано, с моей точки зрения, с прямой дезинформацией общественности?

По мере того как технология CRISPR распространялась по миру, мне приходилось знакомиться с многими новыми для меня областями знаний, и одна из них – продовольственная политика. Зная, что растения и животные с отредактированными геномами неизбежно будут сравниваться с ГМО, я специально посвятила некоторое время изучению этого вопроса: а что, собственно, вообще имеют в виду правительства разных стран и инициативные общественные группы, когда говорят о “генетически модифицированных организмах”?

Министерство сельского хозяйства США определяет генетическую модификацию следующим образом:

Получение наследуемых улучшений организмов растений или животных для конкретных целей посредством генной инженерии либо других, более традиционных методов[109]109
  United States Department of Agriculture, “Glossary of Agricultural Biotechnology Terms”, last modified February 27, 2013, www.usda.gov/wps/portal/usda/usdahome?navid=BIOTECH_GLOSS&navtype=RT&parentnav=BIOTECH.


[Закрыть].

Это всеобъемлющее определение может включать в себя как новые технологии (такие как редактирование генома), так и более старые методы (например, искусственный отбор особей, уже имеющих нужные мутации). На самом деле при таком определении практически любую пищу, не считая диких грибов, ягод, рыбы и дичи, можно отнести к ГМО.

Однако более распространенное определение ГМО включает только те организмы, генетический материал которых был изменен с использованием технологии рекомбинантных ДНК и так называемого сплайсинга генов (когда в геном интегрируются последовательности чужеродной ДНК). Первая коммерческая ГМ-сельхозкультура, официально разрешенная в США для питания человека, – это способный долго храниться сорт помидоров Flavr Savr. Это было в 1994 году, и с тех пор было разработано и официально одобрено более 50 разновидностей ГМ-растений: сорта канолы, кукурузы, хлопка, папайи, риса, сои, кабачков и других культур. В 2015 году 92 % всей кукурузы, 94 % всего хлопка и 94 % сои, выращиваемых в США, были генетически модифицированы[110]110
  USDA Economic Research Service, “Adoption of Genetically Engineered Crops in the U. S.”, last modified July 14, 2016, www.ers.usda.gov/data-products/adoption-of-genetically-engineered-crops-in-the-us.aspx.


[Закрыть].

У модифицированных сельскохозяйственных культур есть важные экологические и экономические преимущества. Культивируя растения с повышенной способностью защищаться от вредителей, фермеры могут получать более высокие урожаи, сократив при этом применение сильнодействующей “химии” – пестицидов и гербицидов. Генная инженерия уже успела спасти от вирусных бедствий целые отрасли сельского хозяйства – такие, например, как выращивание гавайской папайи; скоро эта технология может оказаться решающей в защите других видов фруктов (в том числе бананов и слив), которым угрожают новые болезнетворные организмы.

Несмотря на эти преимущества и на тот факт, что сотни миллионов людей уже имеют опыт употребления в пищу ГМ-продуктов без каких-либо нежелательных последствий, эти продукты остаются мишенью бурной критики, пристального внимания общественности и резких протестов, по большей части не имеющих никаких оснований. Лозунги протестующих основаны на незначительном количестве исследований, в которых говорится о вредном влиянии ГМО на здоровье потребителей или на окружающую среду: к примеру, в некоторых таких работах утверждается, что из-за ГМ-картофеля крысы заболевают раком, а ГМ-кукуруза приводит к смерти бабочек-монархов. Однако большинство подобных сообщений были опровергнуты в ходе многочисленных последующих исследований и отвергнуты научным сообществом. Надо сказать, что ГМО-продукты подвергались едва ли не самым тщательным испытаниям из всех потребляемых человеком видов пищи, и было почти единогласно решено, что ГМ-пища столь же безопасна, как и та, что производится традиционным способом. Производство ГМО поддержали федеральные регулирующие органы США, Американская медицинская ассоциация, Национальная академия наук США, Королевское медицинское общество Великобритании, Европейская комиссия и Всемирная организация здравоохранения. Тем не менее около 60 % американцев все еще считают ГМО опасными[111]111
  Pew Research Center, “Eating Genetically Modified Foods”, www.pewinternet.org./2015/01/29/public-and-scientists-views-on-science-and-society/pi_2015-01-29_science-and-society-03–02/


[Закрыть].

Это расхождение в оценках ГМО между учеными и общественностью очень тревожит, если не сказать больше. С моей точки зрения, это во многом отражает взаимонепонимание между исследователями и широкой публикой. Даже за относительно короткое время моей работы над CRISPR я успела понять, как сложно иногда поддержать конструктивный, открытый диалог между двумя этими мирами – и как важен этот диалог для содействия научным открытиям.

Восприятие ГМО как чего-то неестественного и извращенного – отличный пример такого непонимания. Практически все, что мы едим, было в свое время изменено людьми, часто путем генерации случайных мутаций в ДНК семян, используемых для разведения растений с нужными признаками. Таким образом, различие между “натуральным” и “ненатуральным” весьма размыто. Красные грейпфруты были получены благодаря облучению нейтронами, арбузы без семян – при помощи вещества под названием колхицин; яблочные сады, в которых каждое дерево представляет собой точную генетическую копию своих соседей… Ни один из этих примеров современного сельского хозяйства нельзя назвать натуральным! И все же большинство из нас ест эти продукты и не жалуется.

CRISPR и сходные технологии редактирования генома еще больше запутают споры вокруг генетически модифицированных продуктов питания, еще больше размоют границу между ГМ– и не ГМ-продуктами. “Обычные” ГМО содержат чужеродные гены, случайным образом интегрированные в геном; благодаря этим генам вырабатываются новые белки, из-за которых у организма проявляется полезный признак, ранее ему несвойственный. Организмы с отредактированным геномом, напротив, несут крошечные изменения в уже существующих генах, которые дают организму полезный признак, регулируя уровни белков, которые в нем уже изначально были, без добавления какой бы то ни было чужеродной ДНК. В этом отношении организмы с отредактированным геномом мало чем отличаются от организмов, полученных в результате мутагенного воздействия химикатов или радиации. Более того, ученые опробовали методы, позволяющие избавиться от любых следов CRISPR в геноме растения после того, как редактирование генома будет выполнено. Например, молекулы CRISPR можно создать, очистить и собрать в функциональные комплексы в лаборатории (что мы и показали в своей статье 2012 года), а затем внедрить их в растительные клетки в составе быстродействующего препарата, так что они незамедлительно примутся за работу над геномом[112]112
  J. W. Woo et al., “DNA-Free Genome Editing in Plants with Preassembled CRISPR-Cas9 Ribonucleoproteins”, Nature Biotechnology 33 (2015): 1162–1164.


[Закрыть]. В течение считанных часов Cas9 и направляющая РНК отредактируют необходимый ген – а затем разрушатся в результате естественных клеточных процессов переработки. Я надеюсь, что со временем такой вид “бесшовного” редактирования генома поможет растениям, модифицированным с помощью этого точного метода, завоевать благосклонность общественности.

Однако понемногу начинаются дебаты и вокруг организмов с отредактированным геномом. Одна из первых акций протестов против новой технологии прошла весной 2016 года[113]113
  “Breeding Controls”, Nature 532 (2016): 147.


[Закрыть]. Исследователям CRISPR даже угрожали – причем это были те же активисты, что раньше сражались с ГМО.

Трансгенные ГМО и организмы, подвергнутые бесшовному редактированию генома

Одна из самых сложных проблем, которую предстоит решить сельскохозяйственным компаниям, фермерам и (особенно) представителям власти, – это классификация продуктов питания с отредактированным геномом и разработка соответствующих законодательных норм. Большинство ученых предпочитают говорить о продуктах новых технологий разведения (new breeding techniques, NBT), в то время как активисты протеста полагают, что перед нами не что иное, как скрытые формы ГМО – и ученые просто пытаются продвинуть их на прилавки под другим именем. Во многом проблема связана с противопоставлением продукта и процесса: следует ли регулировать (и одобрять) лишь сам новый продукт питания – или также и процесс, в ходе которого он был получен? Вернемся к примеру с настоящей мучнистой росой: имеет ли значение тот факт, что устойчивая к болезни пшеница появилась именно с помощью продвинутой технологии редактирования генома? Ведь полученный сорт пшеницы ничем не отличается от того, который теоретически мог быть создан в ходе искусственного отбора – то есть в результате спонтанных или индуцированных мутаций…

На данный момент новые генетически модифицированные сельскохозяйственные культуры должны пройти сложную процедуру одобрения и разрешения – юридическую ответственность за это в США делят Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами, Агентство по охране окружающей среды и Министерство сельского хозяйства. Процесс одобрения занимает много времени, стоит немалых денег средств и включает комплекс требований, которые многим участникам процесса кажутся неправильными и обременительными. Многие недостаточно большие компании вообще не могут себе позволить работать с ГМО из-за непомерно высоких затрат на одобрение, и в результате рынок монополизирован крупными агропромышленными корпорациями. Я удивилась, узнав, что даже ученым из академических лабораторий не так-то просто изучать генетически модифицированные злаки непосредственно в поле из-за обременительных ограничений.

К счастью, ситуация понемногу меняется. Министерство сельского хозяйства США (USDA) начинает в частном порядке информировать компании, что для нового поколения продуктов питания с измененным геномом уже не потребуется одобрение министерства – хотя они по-прежнему должны будут проходить процедуру одобрения Управления по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами (FDA). Невосприимчивая к гербицидам канола, созданная методом редактирования генома, была одобрена для использования в Канаде и поэтому не подпадает под компетенцию USDA. Так же обстоит дело с соей и картофелем, которые были разработаны учеными компании Calyxt с применением технологии TALEN: они (а также примерно 30 других генетически модифицированных растений) не нуждаются в одобрении министерства[114]114
  H. Ledford, “Gene-Editing Surges as US Rethinks Regulations”, Nature News, April 12, 2016.


[Закрыть]. И хотя технология CRISPR относительно недавно пришла в эту область, специалисты компании DuPont Pioneer прогнозируют, что растительные продукты, произведенные с использованием CRISPR, выйдут на рынок уже к концу текущего десятилетия[115]115
  A. Regalado, “DuPont Predicts CRISPR Plants on Dinner Plates in Five Years”, MIT Technology Review, October 8, 2015.


[Закрыть].

Уже в 2015 году Управление по научно-технической политике Белого дома заявило, что пересмотрит юридические нормы, регулирующие ГМО, поскольку в этой области произошли принципиальные технологические изменения, а нормы не обновлялись с 1992 года[116]116
  E. Waltz, “A Face-Lift for Biotech Rules Begins”, Nature Biotechnology 33 (2015): 1221–1222.


[Закрыть]. Правила представления ГМ-продуктов на рынке также сейчас меняются: например, в 2016-м был одобрен федеральный закон, требующий особой маркировки всех пищевых продуктов, содержащих ГМО[117]117
  M. C. Jalonick, “Obama Signs Bill Requiring Labeling of GMO Foods”, Washington Post, July 29, 2016.


[Закрыть].

Подобные изменения в нормативных актах важны, но если вместе с ними не изменится и отношение потребителей к генетически улучшенным продуктам, мы, общество в целом, не сможем полностью использовать потенциал CRISPR. Биотехнологии могут повысить уровень продовольственной безопасности, навсегда победить голод, приспособить сельское хозяйство к изменениям климата и предотвратить ухудшение экологической обстановки во всем мире. Однако такой прогресс невозможен, пока ученые, компании, правительства и общество не объединятся ради достижения этой цели. И каждый из нас может помочь этому, причем самым простым образом, – ведь все начинается со здравого смысла.

Сельскохозяйственные и пищевые предприятия заинтересованы в CRISPR не только из-за перспектив улучшения растений; геномы сельскохозяйственных животных в ближайшем будущем также начнут постоянно редактировать. И если вспомнить, насколько недоброжелательно были встречены ГМ-растения, то можно ожидать, что генетически модифицированных животных тоже, скорее всего, ждет законодательная волокита и они будут встречены с еще бóльшим сопротивлением. И в этой сфере мы можем многого добиться – но, возможно, еще больше потерять.

Первое ГМ-животное, разрешенное в США для употребления в пищу человеком, – это быстрорастущий ГМО-сорт лосося под названием AquAdvantage; этот продукт удалось вывести на рынок лишь после двадцатилетней борьбы производителя с чиновниками FDA; на эту борьбу разработчик породы потратил свыше восьмидесяти миллионов долларов[118]118
  C. Harrison, “Going Swimmingly: AquaBounty’s GM Salmon Approved for Consumption After 19 Years”, SynBioBeta, November 23, 2015, http://synbiobeta.com/news/aquabounty-gm-salmon/.


[Закрыть]. Геном ГМ-лосося содержит дополнительную копию гена, отвечающего за выработку гормона роста, поэтому рыба достигает товарного веса вдвое быстрее, чем обычный лосось с рыбной фермы, но при этом не отличается от него по пищевой ценности; модификация не вредит ни здоровью самой рыбы, ни здоровью человека, который ее ест[119]119
  A. Pollack, “Genetically Engineered Salmon Approved for Consumption”, New York Times, November 19, 2015.


[Закрыть]. Разработчики AquAdvantage считают, что разведение подобных сортов станет благом для окружающей среды, поскольку снизит истощение природных запасов этого вида, а углеродный след от выращивания такого лосося[120]120
  Углеродный след – это совокупность всех выбросов парниковых газов, возникших прямо и косвенно при производстве продукта. Например, в углеродный след выращиваемого лосося войдут в том числе и выбросы двигателя автомобиля, подвозившего корм к лососевой ферме (примеч. науч. ред.).


[Закрыть] примерно в 25 раз меньше, чем от выращивания обычного[121]121
  W. Saletan, “Don’t Fear the Frankenfish”, Slate, November 20, 2015, www.slate.com/articles/health_and_science/science/2015/11/genetically_engineered_aquabounty_salmon_safe_fda_decides.html .


[Закрыть]. Кроме того, это уменьшит долю импорта (сегодня 95 % всего лосося, продающегося в США, – импортного происхождения). И все же, как и в случае с ГМО-растениями, негативная реакция на появление генетически модифицированного лосося была очень сильной; этот продукт называли “франкенрыбой” и утверждали, что он подвергает опасности здоровье потребителей и природные рыбные сообщества. 75 % респондентов опроса, проведенного в 2013 году газетой New York Times, заявили, что не стали бы есть ГМ-рыбу[122]122
  A. Kopicki, “Strong Support for Labeling Modified Foods”, New York Times, July 27, 2013.


[Закрыть]; скептицизм потребителей привел к тому, что более 60 продуктовых сетей по всей стране – включая таких гигантов, как Whole Foods, Safeway, Target и Trader Joe’s, – пообещали, что не будут продавать этот сорт лосося[123]123
  Friends of the Earth, “FDA’s Approval of GMO Salmon Denounced”, www.foe.orgfdas-approval-of-gmo-salmon-denounced/news/news-releases/2015-11-.


[Закрыть].

Впрочем, лосось AquAdvantage – не первое ГМ-животное, созданное учеными в качестве пищи для человека. В начале 2000-х годов команда японских генетиков вывела свиней, в геном которых был добавлен ген шпината, изменивший у животных процесс метаболизма жирных кислот; состав жиров в организме трансгенных свиней был более здоровым, однако проект подвергся жесткой критике, и этих животных так никогда и не выращивали за пределами лаборатории[124]124
  K. Saeki et al., “Functional Expression of a Delta12 Fatty Acid Desaturase Gene from Spinach in Transgenic Pigs”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101 (2004): 6361–6666.


[Закрыть]. Приблизительно в это же время командой канадских ученых была создана Enviropig, “экологически чистая” трансгенная свинья с геном E. coli, позволяющим этому животному лучше перерабатывать фосфорсодержащее вещество фитиновую кислоту[125]125
  S. P. Golovan et al., “Pigs Expressing Salivary Phytase Produce Low-Phosphorus Manure”, Nature Biotechnology 19 (2001): 741–745.


[Закрыть]. В помете обычных свиней много фосфора, который проникает в ручьи и реки, вызывая цветение воды, смерть водных обитателей и выработку парниковых газов; помет свиней породы Enviropig содержал на 75 % меньше фосфора, что пошло бы очень на пользу и планете, и людям, живущим и работающим рядом со свинофермами. Несмотря на это и на данные, подтверждающие пищевую безопасность породы, потребители были возмущены, в результате чего спонсоры проекта отказались от его дальнейшей поддержки. Последних свиней новой породы усыпили в 2012-м[126]126
  C. Perkel, “University of Guelph ‘Enviropigs’ Put Down, Critics Blast ‘Callous’ Killing”, Huffington Post Canada, June 21, 2012.


[Закрыть].

Учитывая все это, перспективы других генетически модифицированных животных не кажутся оптимистичными. Однако, повторюсь, все зависит от того, что именно законодатели и общественность будут понимать под термином генетически модифицированные. В геном лосося AquAdvantage был добавлен ген гормона роста от чавычи, а также небольшой фрагмент ДНК от американской бельдюги (последний обеспечивал постоянную активность гена гормона роста). Но что, если ученым удастся модифицировать геном лосося таким образом, что выработка гормона роста повысится без привлечения какой-либо чужеродной ДНК? Будут ли потребители и законодатели и в этом случае считать такого лосося генетически модифицированным?

Этот вопрос, без сомнений, станет актуальным уже в ближайшем будущем, учитывая быстрый темп исследований и разработок в области сельскохозяйственных животных с отредактированным геномом. Первые такие животные уже были созданы в лаборатории, и их встреча с законодателями – всего лишь вопрос времени. Как и лосось AquAdvantage, некоторые из этих новых животных получат генетические модификации, ускоряющие их рост. Однако, в отличие от лосося, они, возможно, будут не только расти быстрее, но и достигать бóльших размеров.

Используя новые возможности прицельного редактирования генома, открывшиеся благодаря CRISPR и подобным технологиям, ученые создали коров, свиней, овец и коз с отредактированными геномами, которые обладают большей физической силой и имеют бóльшую мышечную массу, чем обычно; они выглядят как настоящие животные-бодибилдеры (этот признак называется гипертрофией мышц). Причем эта искусственная мутация – вовсе не эксцентричная причуда ученых: она вдохновлена самой природой, как и выработка у ячменя устойчивости к мучнистой росе.

Животноводам давно известно явление гипертрофии мышц, поскольку оно часто наблюдается у двух популярных пород крупного рогатого скота: бельгийской голубой и пьемонтской. У бычков этих пород в среднем на 20 % больше мышц, более высокое соотношение массы мяса к массе костей, меньше жира, но зато больше мяса именно в тех частях туши, которые особенно востребованы на рынке. Понятно, что эти породы чрезвычайно привлекательны для производителей говядины[127]127
  R. Kambadur et al., “Mutations in Myostatin (GDF8) in Double-Muscled Belgian Blue and Piedmontese Cattle”, Genome Research 7 (1997): 910–916.


[Закрыть]. В 1997 году три лаборатории определили, что за столь развитые мышцы отвечает один ген – миостатин. Он выступает в роли природного тормоза, сдерживающего образование мышечной ткани. У двух пород рогатого скота, которые изучали в тех лабораториях, были различные виды мутаций (у бельгийской голубой породы отсутствовали одиннадцать “букв” ДНК, а у пьемонтских мутация затрагивала лишь одну “букву”), однако в обоих случаях белковый продукт миостатина был дефектным. В некотором смысле природа повторила лабораторные генетические эксперименты, проводившиеся на мышах[128]128
  A. C. McPherron, A. M. Lawler, and S. J. Lee, “Regulation of Skeletal Muscle Mass in Mice by a New TGF-β Superfamily Member”, Nature 387 (1997): 83–90.


[Закрыть]: нокаут миостатина тоже приводил к появлению мускулистых существ, которые весили в два-три раза больше среднего, причем прибавка в весе получалась именно за счет увеличения мышечной, а не жировой массы.