Что такое ГМО, как внедряются гены

Не так давно, вместе с увлечениями вегетарианством, веганством и сыроедением, общественность стала обращать внимание на «ГМО» (это сокращение от генетически модифицированный организм), стараясь выбирать пищу без этого самого «ГМО». При этом образованные люди, ученые, утверждают, что в генной инженерии нет ничего страшного, и призывают отбросить предрассудки.

В этой статье мы попробуем разобраться в том, что такое генетические модификации, исследуем плюсы и минусы, вред и пользу ГМО, а также узнаем, каким образом с помощью генной инженерии создают новых особей, как осуществляется «перенос генов».

Селекция и мутации

Чудеса селекции.

Многие привычные нам растения в процессе селекции намного сильнее поменяли свой внешний вид, нежели пшеница. Например, вплоть до XVII века морковь была маленькая, жесткая, фиолетового цвета. Кукуруза, которую начали возделывать в Мексике 7 - 12 тысяч лет назад была в 10 раз меньше, чем современная.

Это же касается и животных. Объем мозга у собак после приручения уменьшился на 25% (за счет переложения принятия решений на хозяина). Предок одомашненных лошадей (тарпан) был гораздо более скромных размеров, высота в холке достигала 136 см, а длина тела около 150 см.

Первые генномодифицированные продукты появились в продаже уже 20 лет назад — еще в 1994 году. Но можно смотреть немного шире: уже более 10 тысяч лет человек пользуется ГМО-пищей, использует ГМО-растения и ГМО-животных в быту, и сегодня генномодифицированные продукты составляют весь, или почти весь рацион питания. Как же так? Благодаря селекции. Искусственный отбор более удобных для человека сортов (более плодоносящих, стойких к вредителям, к погодным условиям) подменял естественный отбор. Селекция позволяла сохранить и усилить полезные качества, полученные за счет мутаций, а также, за счет гибридизации (скрещивания разных сортов или разных видов). Например, при одомашнивании пшеницы в период 10200 - 6500 лет до нашей эры произошло значительное увеличение размера зерна, прочности стебля (чтобы выдерживал более тяжелые колосья). Также при созревании зерна перестали опадать, что позволило потреблять более зрелую пшеницу, но сильно ограничило возможность пшеницы распространяться без помощи человека. Таким образом, человек, хоть и опосредованно, изменял генотип всего, что он культивировал и одомашнивал, хотя на это уходили целые тысячелетия.

Серьезный прорыв в селекции произошел в начале XX века с развитием химии и физики, когда селекционеры обнаружили влияние ионизирующего и рентгеновского излучения, разного рода химикатов на частоту мутаций. Большая часть семян после таких мутаций сразу погибала. Другая часть прорастала, но становилась слабой или неспособной к размножению. Наконец, был шанс, что хотя бы из одной семечки прорастет растение, которое приобретет какие-то полезные качества. Эта особь отбиралась, а качество закреплялось с помощью самоопыления, затем весь процесс повторялся с начала.

Эффективность этого процесса можно сравнить с выдачей миллиона печатных машинок миллиону обезьян. Есть небольшая вероятность, что одна из них случайно напечатает что-то полезное. Но несмотря на такую низкую эффективность, и полную непредсказуемость результатов, использование мутагенов все равно ускоряло процесс селекции.

Как бы то ни было, все те «органические», «Без ГМО» сорта, к употреблению которых сейчас призывают противники ГМО, с большой вероятностью прошли через этот процесс селекции в XX веке.

Генетика и генная инженерия.

Генетика сама по себе достаточно молодая наука. Что же говорить тогда о генной инженерии, которая еще моложе? Только во второй половине XX века была начата работа по расшифровке данных, которые «записаны» в генах. Но одно дело изучить, и совсем другое — взять под контроль и изменять. Изменения генов в живых клетках - мутации, к сожалению, невозможно контролировать или направлять. Поэтому ученые сосредоточили усилия на поиске и разработке методов введения (ученые называют их «векторы введения» или просто «векторы») отдельных генов в клетки (об этом подробнее в следующем разделе статьи), и добились существенных результатов! Сегодня основные этапы создания ГМО выглядят так:

  1. Используя данные расшифровок генома выделяется отдельный ген, который нужно либо блокировать, либо, наоборот, встроить в клетку.
  2. С помощью «вектора» ген переносится в модифицируемый организм.
  3. Происходит преобразование клеток организма.
  4. Отбираются успешно модифицированные организмы, отсеиваются не модифицированные.

После модификации новые особи обязательно тестируются в соответствии с законами той страны, где производится внедрение генов, и только признанные безопасными особи попадают к потребителям.

Как один из последних рубежей, действуют требования по особой маркировке ГМО-продуктов и процентные запреты на использование таких продуктов. Так, в Японии норма содержания в продукте ГМО — не более 5 процентов, в Европе — не больше 0.9 процентов, в США — 10 процентов. В России использование ГМО разрешено только в соответствии со списком, утверждаемым Постановлением Правительства (сейчас в этом списке находятся только 22 наименования растений).

Монтаж, перенос и внедрение генов (как именно происходит генетическая модификация).

Приблизиться к методам генной модификации ученым помогли бактерии. Причем помогли целых два раза. Сначала, исследуя бактериальный иммунитет (то, как бактерии защищаются от вирусов), ученые обнаружили определенные ферменты. Эти ферменты (их назвали ферментами рестрикции) позволяют разрезать ДНК в точно заданном месте. А с помощью других ферментов ученые научились и склеивать ДНК. Таким образом у ученых оказался инструментарий для «монтажа» ДНК.

Во второй раз бактерии помогли, когда потребовался способ внедрения генов в живую клетку. Бактерии в своем строении имеют бактериальные плазмиды (внехромосомных кольцевых ДНК). Плазмида в бактерии служит транспортом для доставки любого гена. Обычно бактериальные плазмиды легко переходят от бактерии к бактерии, но не к растениям. Ученые долго бились над тем, как внедрить ген в геном другого организма, т.е. осуществить перенос гена и обнаружили бактерию, которая «умела вводить» гены в растения и «заставлять» их синтезировать нужные ей белки. Такой бактерией была почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens, являющаяся виновницей образования растительных наростов — галов (растительных опухолей).

После заражения растения определенная часть плазмидной ДНК (Т-ДНК) встраивается в хромосомную ДНК растительной клетки, становясь частью ее наследственного материала. Растение начинает продуцировать нужные для бактерий питательные вещества. Ученые научились заменять гены в Т-ДНК плазмид бактерий нужными генами, которые предполагалось вводить в растения. Таким образом, используя плазмиды агробактерий и природный механизм транспорта генов в бактериях, человек научился внедрять нужные ему гены в разные растения.

Позднее были разработаны и другие способы, которые уже не зависели от бактерий и их плазмид (кстати, один из основных аргументов противников ГМО заключается в том, что для транспортировки генов используются бактерии, и нет гарантии, что их гены не будут встроены в модифицируемую особь вместе с нужным нам геном) — от прямого впрыскивания нужной ДНК в клетку с помощью микропипетки, до бомбардировки клетки миниатюрными частичками золота или вольфрама, с нанесенными на них участками ДНК.