Время живых машин

Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу профессора Массачусетского технологического института Сьюзан Хокфилд «Время живых машин. Биологическая революция в технологиях» (перевод Виктории Краснянской).

История биоинженерии насчитывает уже около века, и за это время можно вспомнить много выдающихся достижений, но сейчас, как считает профессор Хокфилд, наступает новая революция в этой области, которая сделает возможными самые фантастические проекты. И подобно тому, как новшества в сельском хозяйстве XIX века помогли человечеству избежать воплощения мрачных прогнозов Томаса Мальтуса, достижения современной науки помогут людям избежать новых глобальных опасностей.

Предлагаем прочитать фрагмент главы, которая носит название «Накормить мир».

В 1994 г. FDA одобрило для продажи первый генно-модифицированный продукт — помидоры FlavrSavr. Генетики растений сделали этот сорт дозревающим медленнее, чем обычные помидоры, добавив ген, который подавляет тщательно отрегулированную выработку ферментов, разрушающих пектин. С этим геном томаты FlavrSavr могут дольше оставаться на стебле, созревая, и попадают на прилавки магазинов, сохраняя лучший вкус и имея меньше повреждений. FlavrSavr не имел коммерческого успеха, но продемонстрировал, что прямая манипуляция с генами растений может улучшить пищевые культуры и что FDA способно оценить качество таких продуктов и их риски для здоровья.

Сегодня бóльшая часть выращиваемой в США кукурузы, а также хлопка и соевых бобов имеет генетические изменения, которые повышают сопротивляемость культур к насекомым-вредителям и гербицидам. Как недавно сообщила Национальная академия наук, эти модификации позволили добиться множества преимуществ, среди которых — снижение количества пестицидов и гербицидов, используемых при выращивании этих модифицированных культур и немодифицированных растений, находящихся в непосредственной близости. Кроме того, в докладе не приводится доказательств неблагоприятного воздействия генетически модифицированных пищевых культур на здоровье в тех случаях, когда они выращивались с использованием самых современных методов.

Молекулярная биология и геномика позволили нам выделить определенные гены растений, кодирующие особые белки, которые, к примеру, могут защитить растения от вредителей и паразитов или обеспечить выносливость к засухе или морозу. Подобным же образом мы определили генные мутации, являющиеся причиной некоторых заболеваний людей, что дало возможность разработать лекарства, позволяющие эффективно лечить и даже в некоторых случаях полностью исцелять. Но по большей части характерные признаки и болезни не являются результатом действия одного гена или одного белка. Напротив, их генетические основы куда более сложны. Анализ этих сложностей требует другого уровня диалога между биологами и инженерами, такого, который совместит самые современные биологические технологии с последними достижениями в области компьютерной обработки информации.

Рассмотрим только один пример — определение последовательности человеческого генома. Эта работа, казавшаяся невероятно трудной всего 30 лет назад, стала возможной благодаря чрезвычайно стремительному прогрессу технологий определения последовательностей оснований ДНК и таким же быстрым достижениям в обработке информации. На основе данных, полученных из проекта «Геном человека», по всему миру идет работа, направленная на поиск генетических факторов, влияющих на предрасположенность или устойчивость к заболеваниям. Этот вид исследовательской деятельности часто требует сравнения десятков тысяч отдельных геномов. Например, для обнаружения генов, которые могут служить предрасполагающим фактором аутизма или шизофрении, придется рассмотреть геномы более 60 000 человек и обратиться к самым современным достижениям биоинформатики — области вычислительной науки, разработанной совместно с биологами.

Такой же поисковой деятельностью приходится заниматься и для открытия основных генов, кодирующих имеющие практическую значимость свойства растений. Манипулируя отдельными генами, биологи и инженеры добились впечатляющих успехов в создании высокоурожайной пшеницы с низкой потребностью в воде, удобрениях и инсектицидах. Кукуруза и другие сельскохозяйственные культуры, к примеру, были изменены так, что к ним добавили ген, производящий натуральный инсектицид — эндотоксин, являющийся продуктом деятельности обитающей в почве бактерии Bacillus thuringiensis (Bt). Фермеры, ведущие хозяйство только с применением органических удобрений, обычно используют препараты с белком Bt. Если обработать таким раствором сельскохозяйственные культуры, он будет действовать как инсектицид по отношению к некоторым отдельным видам насекомых, наносящих вред урожаю. В то же время препарат не оказывает никаких отрицательных эффектов на других насекомых, людей или животных. Кукуруза и другие культуры были трансформированы для экспрессии гена, отвечающего за выработку эндотоксина, что защищает их от нападений зернового точильщика, злаковых корневых червей и других вредителей. В случае с хлопком и соевыми бобами тоже повсеместно выводят сорта, несущие Bt, что позволяет снизить использование инсектицидов. Последние исследования обнаружили и дополнительные преимущества: по соседству с полями, где растут генно-модифицированные культуры, не содержащие Bt, зерновые требуют меньшего количества инсектицидов, возможно, из-за того, что культуры Bt уменьшают местную популяцию насекомых.

Еще одна широко применяемая генная модификация делает растение устойчивым к чрезвычайно эффективному гербициду глифосату. Глифосат, также известный под торговой маркой Roundup, эффективно блокирует у растений (но не у насекомых, птиц, млекопитающих и других животных) выработку аминокислот, необходимых для создания белков. Это приводит к быстрой гибели растений после контакта с гербицидом. К примеру, поле с устойчивой к гербициду кукурузой (кукурузой HТ) может быть обработано глифосатом для того, чтобы избежать роста сорняков, при этом культура никак не пострадает. Такой способ борьбы с сорняками снижает требования к культивации почвы, что важно для уменьшения потери плодородного слоя. Повсюду распространившееся выращивание культур HT понизило уровень использования гербицидов. И хотя по-прежнему высказывается озабоченность по поводу безопасности глифосата, в одном из последних обзоров Национальной академии наук США заявлялось, что при правильном использовании никакого вредного воздействия на организм человека он не оказывает.

Еще одно достижение в сельском хозяйстве состоит в использовании новых методов, повышающих пищевую ценность растений. Добавив к геному риса два гена, повышающих синтез витамина А, ботаники создали сорт, известный как «Золотой рис», который по пищевой ценности значительно превосходит обычный рис. Это нововведение может спасти множество жизней в развивающихся странах, где недостаток витамина А приводит к смерти более 500 000 детей в год. Несмотря на многочисленные исследования, доказывающие безопасность и преимущества «Золотого риса», его использование запрещено из-за каких-то непонятных предубеждений против генетически модифицированных продуктов. Эти тревожные опасения высказываются в странах, где мог бы расти рис, даже, говоря прямо, в развитых странах. После множества научных исследований и споров в 2018 г. Австралия и Новая Зеландия одобрили «Золотой рис», но государства, которые могли бы получить от него наибольшие преимущества, такие как Бангладеш и Филиппины, всё еще не приняли эту культуру, важную для спасения человеческих жизней.

Такого рода тревога о безопасности и экономической выгоде от генетически модифицированных культур замедляет их внедрение в широкое использование. В какой-то мере эти опасения имеют под собой основания. Никто, в конце концов, не хочет создавать съедобные растения, которые могут нанести непреднамеренный и необратимый вред. Но исследование Национальной академии наук США от 2016 г. предполагает, что мы буксуем на одном месте и занимаемся регулированием до такой степени, что это само по себе уже причиняет вред. Ученые обнаружили, что генетически измененные зерновые культуры безопасны, если к их культивации подходить ответственно, соблюдая ряд рекомендаций, которые Академия приводит в своем докладе. Это означает, что сегодня многие культуры, важные для спасения человеческих жизней, могут быть внедрены в развивающихся странах. Среди них, к примеру, маниок[1] (кассава), который приносит слишком мало экономической выгоды, чтобы вкладывать в него средства, необходимые для получения официального одобрения.