Читать онлайн Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают бесплатно

Вот ведь что странно. Когда физик пишет популярную книгу об элементарных частицах, от него никто не требует начинать с объяснения того, что такое молекула, атом, атомное ядро. Считается, что все это и так знают. Но любая попытка писать о современных проблемах генетики, не объяснив сначала, что такое гены и хромосомы, решительно пресекается редактором и рецензентами.

Нет, – говорят они, – так непонятно.

Но как же, ведь и устройство ДНК, и законы Менделя учат в школе!

Это ничего не значит. Мало ли чему учат в школе. Вот я, например, – говорит редактор, – понятия не имею о том, что такое гетерозигота и чем она отличается от гомозиготы.

Но ведь чтобы это все объяснить, – начинаю оправдываться я, – нужно написать отдельную большую книгу вовсе не о том, о чем хочу написать я.

А вы коротенько, в первой главе объясните все фундаментальные понятия, а потом уж пишите, что хотите про ваших кошек.

П. М. Бородин. Кошки и гены

Честно говоря, с редактором Павла Михайловича я скорее согласна. Уж лучше в самом начале договориться, что вы планируете говорить об одном и том же, чем очень долго спорить каждый о своем. Эта мысль возникла у меня впервые пару лет назад, после многочасовых споров о том, почему традиционная селекция ничем не безопаснее[5] генной модификации. И только пару километров сообщений спустя случайно выяснилось, что под той самой традиционной селекцией мы с собеседником понимаем совсем разные вещи. Но об этом я предлагаю поговорить в отдельной главе. Пока же последуем мудрому совету и… будем говорить о пицце.

1.1. Говорить о пицце

Вы умеете готовить пиццу? Я – нет. Но я попробую пофантазировать, что все-таки умею. По традиции тесто следует готовить самостоятельно. Смешать муку из твердых сортов пшеницы с водой, дрожжами, солью и свежевыжатым оливковым маслом, а затем по всем правилам завести. Собрать на собственном огороде за домом самые спелые и ароматные томаты и приготовить томатный соус. За сыром нужно отправиться в… хлев – будущий сыр надо сначала добыть из упрямой козы.

Сколько же деталей! Хорошо бы подробно записать их все для будущих поколений. Создать настоящую энциклопедию о пицце с тысячами рецептов мировых кухонь и новомодных экспериментов от шеф-поваров известных ресторанов. Вот это вышла бы книга!

А ведь подобной кулинарной книгой запаслась каждая клетка нашего тела. Да и не только нашего – все живые существа, от помидора до бактерии, живущей на его спелом боку, таскают с собой такую энциклопедию. Правда, готовить по ней нужно не пиццу, а много куда более интересных вещей.

Мы зовем эту книгу геномом. Геном живого существа – это кулинарная книга, генеральный строительный план, по которому будет изготовлена каждая деталь и собран сложный механизм – живое существо. Но что представляет собой этот план?

Как кулинарная книга состоит из отдельных глав – рецептов, так наш геном состоит из генов[6]. Как повар читает рецепт перед началом готовки, так специальные молекулярные «машинки» внутри каждой клетки читают информацию с генов и переводят ее в молекулы РНК. Прочитав кулинарный рецепт, повар начинает готовить блюдо. Например, соус для пиццы. По прочитанному с гена «рецепту» механизмы клетки готовят белок[7]. Тесто, сыр, соус и, наконец, сама пицца – это все уже не буквы на бумаге. Это вещественное и съедобное, результат работы повара. Результат работы «молекулярной кухни» внутри клетки – аминокислотные последовательности и сложенные из них впоследствии белки.

Представьте дальше, что нашу энциклопедию о приготовлении пиццы мы разослали в разные уголки мира. В ресторанчике на Крайнем Севере вряд ли станут готовить пиццу по рецепту с тропическими фруктами. А в ресторане в самом сердце австралийской пустыни повару не по возможностям пицца с ломтиками свежего лосося. Хотя книга рецептов и будет одинакова на каждой кухне, но готовить из нее повара будут по разным рецептам. Так и каждая клетка тела любого живого организма содержит одинаковый[8] геном, но в каждой клетке читается только та часть генов, что нужна именно этой клетке для выполнения ее функций.

Пожалуй, пора перейти от абстрактных сравнений к скучным деталям.

• Геном – это совокупность всех молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) или РНК (рибонуклеиновой кислоты, как, например, у некоторых вирусов), которые расположены в клетке.

• В живых клетках ДНК не «разбросана» просто так, а уложена в аккуратные структуры, в поддержке которых участвуют специальные белки.

• Каждая отдельная молекула ДНК с прикрепленными к ней белками называется хромосомой. К примеру, геном человека состоит из 46 хромосом, расположенных в ядре клетки, и множества небольших молекул ДНК, которые находятся в митохондриях[9].

• В геноме бактерий, как правило, всего одна хромосома и несколько очень маленьких молекул ДНК, которые называются плазмидами.

Запомните это слово. Ведь благодаря механизму обмена плазмидами, о котором мы еще поговорим далее, бактерии умеют становиться настоящими суперзлодеями и приобретать антибиотикорезистентность. Но для нас гораздо интереснее то, что благодаря этому же механизму ученые смогли поставить бактерии на службу во благо человечества. Плазмиды – один из главных инструментов генетической модификации!

Геномы растений и вовсе космос. Без пол-литра крепкого чая с ними разобраться никаких шансов. Одна только простая и привычная пшеница способна свести с ума любого неподготовленного биолога сложностью устройства своего генома[10]. А некоторые растения и вовсе обзавелись в процессе эволюции тысячами хромосом! И это я еще промолчу, что в клетках растений есть хлоропласты со своими собственными геномами. Очень хорошо представляю, как легко запутаться во всем этом с ходу и забросить эту книжку как можно дальше. Поэтому мы начнем по порядку.

1.2. По порядку

В основе всего атомы. Если вернуться к аналогии про приготовление пиццы, то атомы будут отдельными крупинками муки.

Все в мире состоит из атомов. Атомы могут соединяться друг с другом, образуя молекулы. Сами атомы настолько малы, что без применения сложных технических подходов разглядеть их невозможно[11] даже в самый сильный микроскоп. Но можно, например, пытаться увидеть не саму молекулу, а восстановить ее вид по «теням», которые отбрасывают ее атомы в рентгеновских лучах, – этот метод носит название «рентгеноструктурный анализ». Еще молекулу можно поместить в магнитное поле, затем подвергнуть действию других магнитных полей, считать сигналы поведения атомов, возмущенных таким безобразием, и проанализировать их при помощи компьютера, воссоздав трехмерную структуру их расположения. Метод, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), называется ЯМР-спектроскопия. А вот еще популярный метод: молекулу можно превратить в замороженный кристалл и «фотографировать» уже его. Это криоэлектронная микроскопия.

В общем, вот из таких микроскопических частиц (атомов) состоит и кристалл соли, и частица космической пыли у далекой звезды, и воздух, которым мы с вами дышим. И даже мы с вами. Не знаю, как вам, а мне удивительно сознавать, что я состою из тех же самых частиц, что миллиарды и миллиарды лет назад были частью далеких, ныне ярко погибших звезд.

В этом месте можно справедливо отметить, что все вокруг (и включая) нас лишь физика. Или химия. Все зависит только от того, физик или химик возьмется рассказывать эту историю.

В основе любого организма, живущего на планете Земля, лежат атомы углерода и водорода. Они – кирпичики, из которых построены все органические (то есть обязательно имеющие в своем составе углерод) вещества. Вполне возможно, на иных планетах и в иных Вселенных совсем другие атомы являются основой жизни. Эта идея уже много десятилетий любима не только писателями-фантастами, но и серьезными учеными. Однако на старушке Земле все сложилось именно так.

Часто вместе с упомянутой выше парочкой можно встретить также кислород, азот, фосфор и серу, а иногда и более экзотических ребят. Некоторые органические вещества, например, не стесняются иметь в своем составе атом магния или железа. Но кто их решится за это осуждать.

Основные молекулы, с которыми нам обязательно нужно познакомиться как можно ближе для комфортного чтения этой книги, называются аденин, тимин, гуанин и цитозин. Они – основные строительные и информационные единицы самой главной молекулы всего живого – молекулы ДНК[12]. Всю их группу называют азотистые основания (а иногда просто основания). Каждое азотистое основание в ДНК соединено с остатком молекулы сахара – дезоксирибозы. Она тоже состоит из атомов углерода, кислорода и водорода.

А теперь мне потребуется ваше воображение. Представьте себе, что молекула сахара – это такое смешное одушевленное существо, у которого есть две цепких лапки. Одну из лапок оно протянет к какому-то из азотистых оснований, например к тимину, и крепко за него ухватится. Вторую лапку протянет к другой такой же молекуле сахара и ухватится за нее. Но не «голыми руками», а через связку с использованием атома фосфора – этакую «фосфатную рукавичку». Взгляните на картинку. Такую конструкцию можно назвать «позвоночником» молекулы ДНК. Или сахарофосфатным остовом, поскольку он состоит из сахаров и фосфатных (содержащих в себе фосфор) групп. Вторая молекула сахара тоже не лыком шита: она точно так же имеет две лапки, одной из которых поймает свое азотистое основание – пусть это будет молекула гуанина, – а второй через такую же фосфатную рукавичку ухватит третий сахар. Эта третья молекула сахара тоже имеет две лапки…

Так звено за звеном образуется настоящая цепочка – одноцепочечная молекула ДНК. Важно заметить, что «информационный» состав цепочки определяется именно азотистыми основаниями – они в этой истории главные герои. Потому биоинформатики записывают «текст» ДНК так: АТГГГТТАЦАЦ.

Так, мы вроде разобрались, как ДНК устроена и даже в том, кто в ней носитель информации. Но как именно она эту информацию носит и передает? Этим вопросом миллиарды лет назад задалась и эволюция. И уж она-то нашла выход!

Любой школьник знает, что самый простой способ выполнить работу – это списать ее из учебника или у соседа по парте. И эволюция выбрала ровно тот же метод – списывание! Каждая новая одноцепочечная молекула ДНК «списана» с предыдущей молекулы. Этот же механизм лежит и в основе деления клеток (роста, развития и обновления тканей организмов), и «производства» новых организмов. Итак, новую цепочку ДНК всегда можно воссоздать по старой. Дело в том, что у каждого азотистого основания есть свой «напарник». У аденина это всегда тимин. У гуанина это всегда цитозин. Только с таким напарником он может устанавливать связи[13]. Это называется комплементарность, что переводится как взаимодополнение. Можно спорить, существуют ли «идеальные половинки» в человеческих отношениях, но вот в отношениях азотистых оснований они точно есть.

Получается, если у нас есть одна произвольная цепочка ДНК, то мы всегда можем построить на ее основе другую, комплементарную. А главное, что это может сделать и клетка любого организма! Напротив каждого аденина должен встать тимин, а напротив тимина, наоборот, – аденин. Напротив каждого цитозина должен встать гуанин. И наоборот. Получается, что цепи АТГГА комплементарна будет ТАЦЦТ. На положенное место в новой растущей цепи азотистое основание встает не само по себе, а в связке с сахаром – то есть в виде нуклеозида. В среде, где происходит копирование молекулы[14], все четыре варианта свободно плавают, пока не проплывут достаточно близко от растущей молекулы. Тогда в нужном месте и в нужное время они будут подхвачены ферментом[15], отвечающим за построение цепи. Плавают они, кстати, «надев удлиненную фосфатную рукавичку». В такой форме нуклеозид с фосфатным хвостиком называется нуклеотидом. Как только нуклеотид подплывет достаточно близко к положенному в цепи ДНК месту, он отбросит часть фосфатного хвостика, встроится в растущую цепь и приготовится остатками своей «рукавички» захватить следующий удачно проплывающий мимо нуклеотид.

Таким образом напротив старой одинарной ДНК-нити со временем вырастает вторая, которая как зеркало отражает информацию первой цепи. Сложно это представить? Возьмите с полки любую книгу и подойдите с ней к зеркалу. Поднесите книгу обложкой к зеркалу. Мы привыкли читать текст слева направо. То есть начало названия книги на левой стороне обложки, а конец – на правой. Но вот зеркало сейчас показывает вам иную картину! Заглавная буква названия оказалась справа от вас, а его конец – слева. Но при этом напротив буквы «к» по-прежнему стоит буква «к». Просто раньше она была началом, а теперь стала окончанием отзеркаленного названия. Так информация передается от нити к нити, от поколения к поколению.

Но еще кое-что всегда идет рука об руку со списыванием. Спросите у любого третьеклассника, уж он-то знает. Списать без единой ошибки практически невозможно! В этом простом правиле кроется и наше счастье, и наше горе: и тому, что эти строки набирает не одноклеточная амеба, и тому, что в любой момент времени у набирающего эти строки может начать развиваться раковое заболевание, мы обязаны тем самым ошибкам, допускаемым при «списывании». Но все-таки это уже другая история.

Связи между двумя комплементарными цепочками довольно хрупкие, а звенья в каждой из отдельных цепочек, наоборот, держатся очень крепко. Поэтому даже когда под влиянием каких-то факторов цепочки расходятся будто застежка-молния – денатурируют, после они так же легко за счет комплементарности «слипаются» обратно при первой возможности – то есть ренатурируют.

Почему такое разрушение вообще происходит? Часто под действием внешних факторов, например ультрафиолетового излучения (вот почему так важно пользоваться солнцезащитными средствами) или радиации, которая всегда присутствует в атмосфере Земли.

Скорость такого распада не очень высока и сильно зависит от условий, в которых находится ДНК. Например, погибший под снежной лавиной мамонт очень быстро замерзнет, и его ДНК может сохраниться в холодных условиях намного лучше, чем ДНК неосторожного кролика, провалившегося в тропическое озеро всего, скажем, лет 50 назад. Но чтобы ориентироваться на какие-то числа, можно сказать, что скорость полураспада ДНК составляет 521 год[16]. Как посчитали? Ученые взяли от давно вымерших нелетающих птиц моа 158 костей из трех мест гибели на территории Новой Зеландии, где они когда-то проживали. Разные кости датировались возрастом от 600 до 8000 лет. Из них выделили митохондриальную ДНК, составили математические модели, учитывающие температуру окружающей среды, особенности почвы, и вывели среднее значение: при температуре около 13 °C молекула ДНК длиной 242 нуклеотида распадается наполовину за 521 год. За следующий 521 год пополам распадется оставшаяся половина, затем еще раз пополам оставшаяся и так далее. Так что получается, что даже от вымершего всего какие-то 4000 лет назад на острове Врангеля последнего мамонта ученым могут перепасть вполне крупные фрагменты ДНК, по которым мы можем узнать очень много всего об этих прекрасных созданиях. А вот надеяться на получение хоть совсем маленького фрагмента ДНК динозавра нам не стоит. Уже через пару миллионов лет от молекулы ДНК даже в самых хороших условиях остается не так много – самая древняя на декабрь 2021 года ДНК имеет возраст чуть больше миллиона лет и получена из зуба мамонта буквально недавно[17]. Последние динозавры же вымерли аж 65 миллионов лет назад.

В этой главе мы обсудили, как хранится информация об организмах и как она передается каждой новой клетке и соответственно дочернему организму от родительского. Мы поняли, что можем сравнить информацию, хранящуюся в ДНК, с набором слов, с книгой, в которой записан организм. Но как эта записанная информация становится вполне вещественными «кирпичиками», из которых состоит организм?

То есть как перейти от слов к делу?

1.3. От слов к делу

Между рецептом в книге и готовым блюдом на столе спрятался повар. Тот, кто сначала прочел, а затем, старательно соблюдая инструкции и выбирая самые лучшие ингредиенты, приготовил и подал на стол свежую, ароматную и невероятно аппетитную пиццу. На молекулярной кухне внутри каждой клетки трудится не один такой повар, а целая армия ответственных и узкоспециализированных профессионалов, чтобы в конечном итоге «подать на стол» свой кулинарный шедевр – белок – цепочку из аминокислот, которая после некоторых превращений станет важной шестеренкой в функционировании живого существа. Одни работники зажимают страницы раскрытой на нужном рецепте книги, другие – читают его вслух. Третьи тащат из кладовых на кухню нужные ингредиенты, а четвертые соединяют их в указанном порядке. Эти ребята – отточенные эволюцией за три с половиной миллиарда лет существования жизни на Земле молекулярные механизмы.

Поэтому мы сосредоточимся на ключевом понятии – центральной догме молекулярной биологии. Название пафосное, но это потому, что описывает оно ключевой принцип молекулярной биологии и вообще жизни. А сформулировал этот принцип Фрэнсис Крик – один из легендарных авторов открытия структуры[18] молекулы ДНК. Если выразить ее коротко, то в изначальном виде она звучит так: информацию, записанную в виде ДНК, можно перевести в форму РНК, а из РНК – в белок[19].

«Она [центральная догма] утверждает, что как только “информация” перешла в белок, она уже не может вернуться обратно. Если точнее, передача информации от нуклеиновой кислоты к нуклеиновой кислоте или от нуклеиновой кислоты к белку может быть возможна, но передача от белка к белку или от белка к нуклеиновой кислоте невозможна. Под информацией здесь понимается точное определение последовательности оснований нуклеиновой кислоты или аминокислотных остатков в белке», – говорит Крик в 1958 году[20], через 5 лет после открытия структуры ДНК.

А еще по ДНК может быть построена новая ДНК. В последующие годы центральная догма была снова расширена – теперь мы знаем, что на основе РНК может строится новая РНК, а некоторые вирусы, такие как ВИЧ, могут даже построить ДНК на основе РНК, – но главный принцип центральной догмы остается неизменен: изменяя последовательность белка, нельзя изменить последовательность РНК или ДНК. Поток в этом случае идет всегда только в одну сторону.

1.4. Трудности перевода

Итак, пусть ДНК – это наша книга рецептов. Каждый отдельный рецепт в ней называется «ген». Иногда ген содержит информацию для создания других молекулярных механизмов, которые будут работать в клетке. Например, для создания специальных транспортных молекул РНК, которые доставляют аминокислоты на их рабочие места. Но чаще всего ген – это все же инструкция по сборке белка.

Белки – строительные и функциональные единицы всего живого – блюда, ставшие результатом приготовления по рецептам-генам. Поговорим немного о процессе их приготовления, в котором главную роль играют РНК.

Молекулы РНК бывают разные. Хотя все они и представляют собой похожую на ДНК последовательность азотистых оснований, скрепленных с несущими их сахарами. У ДНК в клетке не так много обязанностей – хранить информацию да передавать ее потомкам. У молекул РНК задач намного больше. Их можно назвать молекулярными инструментами, с помощью которых в клетке выполняется самая разная полезная работа. Объем работ для каждой задачи разный, потому и нужные инструменты необходимы клетке тоже в разных количествах. Все как в жизни – например, у меня на кухне есть сразу несколько ножей, но только одна открывашка для консервных банок. Если же взять активно функционирующую клетку и подсчитать соотношение разных типов молекул РНК в ней, то окажется, что на долю рибосомальной РНК (необходимой для сборки молекулярных «заводиков» по производству белков) приходится порядка 90 % от общего количества всех РНК в клетке. Еще 4 % молекул РНК – это транспортные РНК – или «грузовики», которые поставляют «строительные материалы» на «заводы». Немногим больше 1 % – различные другие типы молекул РНК (например, малые ядерные РНК). И всего 3–5 % молекул РНК – информационные, или матричные, РНК – будут интереснее всего для нас в контексте этого рассказа[21].

В нашей аналогии с заводом и грузовиками мРНК стали бы распечатанной копией конкретной инструкции для сборки готовой детали. Но постойте! Мы же чуть ранее уже назвали ген инструкцией (или рецептом) по сборке! Все верно. Здесь уместно сравнить ген с рецептом, являющимся частью книги, а мРНК – с рецептом, выписанным на отдельную карточку, в текст которого внесены некоторые изменения. А пока не пугайтесь следующей странной просьбы: громко вслух произнесите слово «молекула».

Прочли? При чтении вслух мы переводим символы в звуки. Буква «к» в слове «молекула» соответствует звуку [к]. Но вот безударная «о», например, мягко маскируется под [а]. Так и РНК похожа на ДНК, но некоторые отличия, никак не влияющие на саму информацию, передаваемую в тексте, все-таки есть. Мы помним, что в «алфавит» ДНК входит четыре основания, четыре «буквы»: А – аденин, Т – тимин, Г – гуанин, Ц – цитозин. Если бы мы хотели «что-то сказать» при помощи этого алфавита, то получили бы, к примеру:

ТАЦАЦАЦГААТААААГАТААЦАААГАТГАГТАААГГАГААГААЦТТТТЦАЦТГГАГТТГТЦЦЦААТТЦТ[22]

«Алфавит» РНК очень похож на ДНК-овый, но вместо молекулы тимина в РНК всегда будет стоять урацил. То есть вместо буквы Т мы встретим У. В виде РНК приведенная выше фраза превратится в:

УАЦАЦАЦГААУААААГАУААЦАААГАУГАГУАААГГАГААГААЦУУУУЦАЦУГГАГУУГУЦЦЦААУУЦУ

Если бы я попросила вас прочесть вслух не одно слово, а несколько предложений, то, готова спорить, с первого раза у вас не вышло бы это сделать без единой ошибки. Тут неверное ударение получилось, там окончание в спешке потерялось или на длинном слове пришлось споткнуться. У молекулярных механизмов внутри клеток те же проблемы! Иногда при копировании одной молекулы по шаблону другой они совершают ошибки. Если специальные молекулярные «надзиратели» ошибку замечают, то высылают «ремонтные бригады», которые ломают проблемный участок цепи и позволяют отстроить его заново. Этот процесс называется репарация.

Но бывает и так, что ошибка остается незамеченной. И молекула передаст эту ошибку другим своим копиям, а те своим. И так далее. Что не всегда плохо, но и не всегда хорошо.

Передачу звуков на письме лингвисты называют транскрипцией. В генетике похожий процесс называется так же: создание молекулы РНК на базе молекулы ДНК – то есть процесс переноса с языка ДНК на язык РНК – тоже называется транскрипцией. Сама считанная при этом последовательность РНК – новая РНК-молекула – получила название «транскрипт».

Возьмем еще буквально пару нужных в будущем терминов и побежим дальше. Итак, трансляция – это перевод с языка ДНК/РНК на язык аминокислот, из которых состоят белки. И репликация – удвоение молекулы ДНК или РНК. Запоминать не обязательно, не беспокойтесь об этом.

1.5. Что бывает, когда неудачно обращаются со словами

Первые подозрения о том, что истоки страхов перед ГМО лежат где-то вне темы самих ГМО, возникли у меня довольно давно. Со временем впечатление, что репутацию всей генетике как науке портят какие-то неучтенные факторы «за кадром», становилось все крепче. Может быть, дело в ассоциации с евгеникой, успешно маскировавашейся под науку десятки лет, но не имевшей никакого отношения ни к генетике, ни к науке вообще? Многочисленные разговоры с читателями блога и слушателями лекций показали, что в этом предположении достаточно много правды. Но не вся она. Свою роль здесь сыграло, например, слово «мутация», превращенное популярной культурой в нечто опасное и грозящее эволюционированием в зеленого монстра. Или вот еще хорошее название – «вырожденность генетического кода». Когда-то давно я устраивала в блоге опрос, что видят в этой фразе читатели. И в ответ многие люди описывали жутковатые образы и истории про кровосмесительные браки с рождением очень нездоровых детей.

Бороться с дурной репутацией чего бы то ни было очень тяжело. Медицинские генетики стремятся избегать использования слова «мутация» в практике и в литературе из-за его негативной коннотации. Теперь чаще можно встретить слова «вариант», «перестройка», «полиморфизм» (однобуквенная замена) и многие другие, соответствующие конкретному виду мутации, но не само дискредитированное слово. А вот слово «вырожденность» в ходу до сих пор. Кстати, по-английски этот термин звучит еще более жутко – degeneracy (дегенерация). Уф! Ну точно ничего хорошего за таким словом стоять не может!

К счастью, это вовсе не так. И за жутковатым термином стоит очень простой процесс, благодаря которому обеспечивается устойчивость организма к множеству случайно возникающих при репликации и транскрипции мута… вариантов.

Итак, любой геном (и каждый отдельный его кусочек – ген, и все межгенные интервалы) для биоинформатика выглядит как текст. Текст этот написан только буквами А, Т, Г и Ц (а в РНК вместо Т «пишут» У).

Каждый организм, будь то бактерия, гриб или человек, построен из белков самого разного рода, как любой дом построен из кирпичей и цемента. Белок – это аккуратно определенным образом уложенная длинная молекула, состоящая из отдельных элементов – аминокислот. Представьте себе бусы, уложенные в пространстве в красивой и сложной форме. Тогда все бусы – это белок, а отдельная бусина – аминокислотный остаток.

В конце XIX века, когда общество в большинстве своем смирилось с учением Дарвина, в разных концах света начали появляться организации с общей идеей «за чистоту» в основе. Чистоту государства, нации или сразу всего человечества, чего уж мелочиться. Одни считали, что право иметь детей должны иметь только определенные категории людей, другие выбрали путь уничтожения всех «не таких». Недостаточно умных, недостаточно здоровых, недостаточно белых. Во главе многих из них стояли люди, часто принимающие государственные решения или имеющие вес в таких вопросах. И если у вас в памяти сейчас всплыл образ фашистской Германии, идеи арийской расы и «всего цивилизованного мира», противостоящего этому злу, то нужно вспомнить – нацистская Германия случилась намного позже. За годы до этого и годы после тот самый «цивилизованный мир» часто следовал тем же идеям. (Iredale R. Eugenics and its relevance to contemporary health care. Nurs Ethics. 2000 May; 7(3):205–14. doi: 10.1177/096973300000700303. PMID: 10986944.) Пусть и в других масштабах. Часто не через убийство, а через принудительную стерилизацию (в конце XIX – начале XX века из-за уровня развития медицины саму операцию по стерилизации переживали не все, так что по факту это часто оборачивалось тем же убийством). Нацистская Германия пала в 1945-м. А принудительная стерилизация и по сей день остается в практике некоторых стран, пускай и неофициально. В разное время и в разных политических интересах принудительной стерилизации подвергали людей, чей балл IQ не дотягивал до установленного порога, людей, совершивших преступление и имевших уже в роду преступников, людей с диагностированными психическими заболеваниями. Многие из этих ужасных вещей делались под «прикрытием» генетики, хотя последняя часто не имела к этому никакого отношения: иногда гены могут сделать вклад в предрасположенность к тому или иному дурному поступку, но само решение мы принимаем на основании нашего воспитания и внутренних моральных норм, в других ситуациях человек может стать жертвой обстоятельств независимо от того, что записано в его геноме. «Фильтрация» по «генетическим» признакам получила собственное название – евгеника. А люди, защищавшие личные, государственные или иные интересы, возвели ее в статус настоящей науки. По иронии судьбы формальным основоположником евгеники стал Фрэнсис Гальтон – кузен Чарльза Дарвина, вдохновленный идеями своего знаменитого родственника.

Аминокислота – это тоже химическое соединение. Молекула. В основе молекулы аминокислоты, как вы уже, наверное, догадались, также лежат наши старые знакомцы – углерод, водород, кислород и азот. У всех аминокислот есть одна одинаковая для всех часть[23] и одна уникальная для каждой. Эта уникальная часть называется радикалом. 20 различных аминокислот могут входить в состав белка[24].

И тут мы переходим к самому интересному: откуда молекулярные машинки внутри клетки знают, какую именно «бусину» из 20 различных надо «нанизать» на растущую белковую цепь в нужный момент времени? И вот эта информация как раз и зашифрована в геноме! Отдельные инструкции для построения отдельного белка передаются при помощи тех самых матричных РНК, о которых мы говорили выше. А процесс перевода инструкции с языка РНК на язык аминокислот носит название «трансляция». Каждое «генетическое слово» – кодон – состоит из трех «букв». И оно всегда однозначно переводится в одну «белковую букву» – аминокислоту, которую стоит добавить к цепи. Этот язык понятен каждой живой клетке на планете, поэтому наш генетический код называют универсальным. Клетка лягушки и клетка кактуса поймут записанные в геноме инструкции одинаково. Что уж говорить о людях: разделенные языками и культурами, объединенные единым языком жизни, записанным в их ДНК.

Происходит трансляция внутри молекулярного заводика – рибосомы. Рибосома состоит из двух половинок – одна поменьше, другая побольше. «Текст инструкции» – готовая матричная РНК – соединяется с маленькой частью рибосомы, а затем получившаяся конструкция присоединяется к ее большей части. Нить мРНК будет протягиваться через эту конструкцию от одного своего конца к другому.

Получается, будто рибосома продвигается вдоль молекулы мРНК (мне это немного напоминает движущийся по монорельсе поезд). А внутри нее в это время происходит тот самый перевод РНК-овых слов – кодонов – в белковые буквы – аминокислоты (как это получается, описано чуть ниже). Происходит это с просто фантастической скоростью: 15 аминокислот в секунду присоединяются к растущей белковой цепи! А так как каждый кодон состоит из трех нуклеотидных «букв», то можно представить себе скорость движения рибосомы по нити РНК: между двумя ударами вашего сердца каждая рибосома в каждой клетке вашего тела успела пробежать по полсотни «букв»! А если вы очень быстро читаете, то за время чтения этого абзаца ваши рибосомы успели прочесть почти полторы тысячи нуклеотидов и посадить на растущую белковую цепь около пяти сотен аминокислот. А это, например, значит, что к моменту прочтения этих слов внутри каждого вашего эритроцита успели построиться по парочке новых молекул гемоглобина[25].

Переводить помогают еще одни маленькие труженики молекулярного фронта – молекулы транспортной РНК (тРНК). тРНК на первый взгляд самые обычные одноцепочечные молекулы, но есть у них две суперспособности. Первая заключается в том, что несколько участков каждой молекулы тРНК взаимно комплементарны. Так что стоит таким участкам в один момент времени оказаться слишком близко друг к другу, как они тут же «склеиваются». Происходит благодаря тому же принципу, что удерживает вместе две нити ДНК. Склеившись таким образом, из прямой ниточки тРНК превращаются в фигуру, напоминающую лист клевера: от «стебля» отходят три «листочка». Еще немного пространственных преобразований, и молекула примет свою трехмерную структуру. Участок молекулы, соответствующий «среднему лепестку» «клевера», получил название «антикодон». Кодон – «генетическое слово», состоит из трех нуклеотидных букв. Антикодон, соответственно, также из трех, комплементарных буквам кодона. Например, кодону АУГ будет соответствовать антикодон УАЦ, а кодону ААЦ – антикодон УУГ.

Вторая суперспособность тРНК – это умение крепить к противоположному концу молекулу аминокислоты, строго соответствующую тому кодону, который задан при помощи антикодона. Звучит ужасно запутанно. Здесь поможет разобраться картинка. Когда кодон мРНК оказывается внутри рибосомы, трудяги-тРНК тут же бегут к нему, размахивая каждый своей аминокислотой. Если антикодон подошедшей близко тРНК оказывается комплементарным кодону мРНК, находящемуся в данный момент «на рабочем столе» у рибосомы, тРНК отсоединяет свой полезный груз, и аминокислота присоединяется к растущей белковой цепи. Затем тРНК налегке уплывает из рибосомы, чтобы поймать себе следующую подходящую к ее антикодону аминокислоту. И повторить все сначала, доставив ее точно на рабочее место. Мне молекулы тРНК немного напоминают портняжек, которые бегают за клиентами с мерками в одной руке и готовым костюмом в другой. Стоит им встретить клиента, идеально подходящего под их мерки, как они тут же натягивают этот костюм на него.

Почему же в кодоне три буквы? И вот еще хороший вопрос: сколько же всего существует различных тРНК (то есть молекул с различными антикодонами)? Давайте посчитаем вместе. Мы знаем, что видов тРНК должно быть как минимум 20, чтобы можно было запрограммировать антикодонами все 20 необходимых аминокислот. Еще нам нужна комбинация для кодирования «точки» в тексте гена – стоп-кодона. Различных нуклеотидов же всего 4. Так что, если бы кодон состоял всего из одной буквы, то закодировать мы смогли бы лишь 4 аминокислоты. Маловато. Предположим далее, что кодон состоял бы из двух букв. Тогда на первой позиции может стоять любая из четырех (А, У, Г или Ц) и на второй позиции также любая из четырех: АА, АУ, АГ, АЦ, УА… Сколько всего таких вариантов? 4 x 4 = 16. А надо минимум 20 + 1. Снова не хватает. Перебираем варианты дальше. Для кодонов из трех букв на первом месте может стоять одна из 4 букв, на втором одна из 4 и на третьем также. Итого комбинаций: 4 × 4 × 4 = 64. Что даже больше, чем нужно. Но в данном случае эта избыточность дает очень сильные преимущества организмам. Поговорим об этом далее. А пока же подведем черту: по законам комбинаторики, во-первых, чтобы закодировать 20 аминокислот, нужно использовать как минимум трехбуквенные комбинации (поэтому второе название для кодона – триплет). А во-вторых, все по тем же законам комбинаторики, в клетке может существовать 64 различных тРНК[26].

Итак, получается, что любое комбинаторное сочетание из трех ДНК-овых букв дает всегда одну строго определенную аминокислоту (минус три возможные комбинации для стоп-кодона). Таким образом, зная это трехбуквенное сочетание, мы всегда можем точно сказать, какая аминокислота будет добавлена в белок. Видим кодон ЦГУ – знаем, что добавится аминокислота аргинин (R).

А если наоборот? Взгляните на таблицу. Каждой аминокислоте может соответствовать от одной комбинации (как у метионина) до сразу целых шести (как у лейцина). Но чаще все же это от двух до четырех различных комбинаций. Это свойство генетического кода называется избыточностью. Если мы увидим «белковую» букву R (аминокислоту аргинин), то будем в растерянности – как же именно перевести его обратно на язык РНК? Ведь и вариант ЦГУ будет правильный, и вариант АГГ, и еще целых 4 разных варианта! Эта невозможность произвести однозначный перевод в обратную сторону и называется страшным словом «вырожденность». Вырожденность генетического кода. Иногда мне кажется, что если бы в прошлом генетики придумывали термины попроще, больше людей доверяли бы сегодня этой науке.

Еще немножко про генетический код напоследок. Этакая вставка для читателей, которые любят самые хитрые подробности. Хотя мы и называем код универсальным, есть и здесь несколько исключений. В таких ситуациях мы называем код (или коды) альтернативным(и). Впервые альтернативный код обнаружили еще в 1979 году. Причем не где-то далеко, а прямо внутри нас! Оказалось, что генетический код митохондрий отличается от стандартного, о котором мы говорили на протяжении всей этой главы[27]. Вот, например, обычно кодон УГА означает «точку» – символ окончания трансляции (терминации), после которого аминокислотная цепочка отсоединяется от рибосомы. А вот в коде митохондрий УГА всего лишь кодирует аминокислоту триптофан! Кодон АУА вместо обычного для большинства живых организмов изолейцина соответствует метионину. Ну а так как митохондрии – органеллы внутри наших клеток, то получается совсем парадоксально: даже внутри наших тел действуют разные «правила перевода»! Но на самом деле это не так уж и удивительно, ведь мы уже знаем, что когда-то митохондрии были вольными и самостоятельными организмами, которых захватили и поставили себе на службу наши одноклеточные предки.

Своими вариациями генетического кода обладают также некоторые бактерии, водоросли, плоские черви, паразиты… А кое-кто из них даже умеет переключаться между тем, какой код им использовать, в зависимости от окружающих их условий[28]! Воистину, генетика – настоящее олицетворение утверждения, что из каждого правила просто обязаны быть исключения!

1.6. Чей это у вас тут ген?

Ну что, кажется, мы разобрали уже достаточно скучной теории, чтобы в первый раз начать говорить про интересные вещи, связанные с ГМО. Так и начнем! Вот нам загадка: если все организмы на планете (забудем на несколько минут обо всех исключениях, что мы чуть выше перечислили) записаны на одном универсальном генетическом «языке», то сможем ли мы понять, что в некий «помидор вставили ген скорпиона»[29]?

В большинстве случаев – да. Большая часть методик редактирования геномов оставляет за собой следы – вместе с целевым геном в геном вставляются определенные узнаваемые последовательности и маркеры. Такие следы довольно просто обнаружить при помощи молекулярно-биологических методов – например, при помощи ПЦР (полимеразной цепной реакции – операции, при которой возможно многократно копировать ДНК. Или только нужный ее фрагмент. Например, фрагмент, который мы надеемся обнаружить в геноме. Конечно, таким образом затруднительно найти любой чужеродный ген – нам нужно знать, что мы ищем, чтобы попробовать получить много копий этого, – но вполне возможно обнаружить гены и генетические маркеры, традиционно используемые при создании ГМ-организмов). Однако, если кто-то решит специально спрятать модификацию и не добавит никаких опознавательных последовательностей, то ответить однозначно, было проведено редактирование или нет, будет довольно сложно. Хотя кое-какие подсказки есть в руках именно у биоинформатиков.

Первая подсказка в том, что хотя мы и поговорили выше, как одна и та же аминокислота кодируется разными кодонами, встречаемость этих альтернативных кодонов в тексте одного гена и даже целого генома не равновероятна[30]. Вот аминокислота изолейцин может быть задана кодонами АУЦ, АУА или АУУ. Но возьмем, например, туберкулезную палочку (Mycobacterium tuberculosis). Ей нравится, чтобы кодоны в ее генах заканчивались на букву Г или Ц. Поэтому изолейцин в ее геноме записывается как АУЦ почти в 30 раз чаще, чем АУА, или в 5 раз чаще, чем АУУ[31].

Это явление получило название «предпочтение кодонов», и оно активно изучается эволюционными биологами уже много десятилетий. Какие-то организмы более строго придерживаются правил предпочтения кодонов, а какие-то менее. Для нас тут самое интересное в том, что относительно недавний перенос гена из одного организма в геном другого можно предположить, если в этом гене статистика употребления каких-то кодонов отличается от картины в других генах этого же организма. Сработает этот метод, конечно, лишь для некоторых пар организмов. Мы не сможем использовать его, если хотим, например, найти в геноме яблони сорта X следы переноса генов от яблони сорта Y. А вот найти в том же геноме яблони сорта X следы переноса генов из бактерии вида Agrobacterium tumefaciens вполне реально, так как бактерия предпочитает использовать свой набор кодонов[32].

Вторая подсказка для биоинформатиков также основана на статистике и во многом следует из факта существования принципа предпочтения кодонов. Представьте, что перед вами фото многолюдной улицы неизвестного вам города. Вы бы хотели понять, где именно сделано это фото. Оценив, какой оттенок кожи и разрез глаз вы видите на фото чаще, вы можете сделать первые выводы. Если добавить к признакам, какую одежду предпочитают люди с фото, можно скорректировать свои выводы. Добавим далее то, какая архитектура преимущественно попала на снимок, и вуаля – наш прогноз стал достаточно хорошим даже для снимка крупного портового города, каковые известны своей смесью национальностей, культур и архитектур. Примерно так же мы можем посмотреть и на геном. Сначала оценить, как часто в нем встречаются определенные буквы. Чаще всего измеряют долю букв Г и Ц (этот параметр получил название ГЦ-состав) или долю букв А и Т (АТ-состав) на геном или на определенный фрагмент генома. Уже по такому простому, казалось бы, параметру можно неплохо различать между собой различные организмы. Например, в человеческом геноме доля букв Г и Ц составляет в среднем 41 % (есть отдельные специфические регионы в геноме, которые содержат значительно больше или меньше, но среднее для большей его части такое)[33], а в геноме бабочки монарха (Danaus plexippus) ГЦ-контент равен 31,6 %[34].

Затем можно изучить различные двухбуквенные сочетания. Например, сколько раз в геноме (или определенном регионе генома) найдется сочетание АГ, или АТ, или ЦЦ. Потом вычислить частоту вхождения различных троек. Например, как много в геноме сочетаний ЦЦЦ, ГГГ или АГА. После перейти к четверкам и определить, скажем, процент вхождения сочетаний ААГГ и ЦЦГА. Затем к пятеркам… Таким образом мы сформируем индивидуальный портрет генома из признаков частоты вхождения в него различных подстрок. Такой же портрет мы можем получить для каждого отдельного региона в этом геноме. А потом наложить два портрета друг на друга и сделать выводы о том, вписывается ли рассматриваемый фрагмент в картину всего генома. Если ответ «да», вероятно, все в нем «родное». Если ответ «нет», можно предположить, что там есть ген, который был перенесен из генома организма другого вида.

К сожалению, даже этот и так не слишком-то однозначный метод имеет свои недостатки, осложняющие биоинформатический анализ. Во-первых, со временем ген как бы адаптируется к организму, в котором он оказался. То есть нетипичные кодоны в результате последовательных мутаций со временем становятся самыми типичными. Генетики говорят, что гены «одомашниваются» в процессе эволюции[35]. О том, почему это происходит, ученые тоже думают уже очень давно. Об этом мы поговорим немного далее в главе о мутациях. Во-вторых, чтобы искать чужеродный (перенесенный) ген в геноме, надо хотя бы примерно знать, что мы ищем и где именно – в каком месте генома. Иначе такая задача поиска будет достаточно вычислительно сложной, что связано с большой длиной эукариотических[36] геномов и просто огромным количеством комбинаторных вариантов, по которым можно осуществлять поиск.

В таком случае, мы можем понять, имел ли место перенос чужеродного гена в чей-то геном, но уверенность наших выводов будет зависеть от того, случился ли этот перенос относительно недавно (по эволюционным меркам) и были ли донор и реципиент организмами разного вида.

Что же еще есть в арсенале биоинформатиков? Кое-какие методы из тех, что использовал еще Шерлок Холмс. Помнится, доктор Ватсон написал в списке характеристик своего нового соседа: «способен по внешнему виду отличать разные виды почв; после прогулок показывал мне пятна на своих брюках и по их цвету и консистенции определял, какое в каком районе Лондона получено»[37]. Некоторые приемы генной инженерии оставляют от себя вот такие пятна – следы вмешательства, небольшие фрагменты из генетических букв, которые можно найти, если знать, какой именно фрагмент мы ищем, и указывать примерный диапазон поисков в геноме. Почему так происходит и что нужно искать, рассмотрим дальше в главе 3.1. Дело о картошке. Недостатки у этого метода такие же, какие бы помешали и великому сыщику: если ваш подозреваемый притащил на штанах пятна грязи не из районов Лондона, а, скажем, из пригорода Челябинска, то ничего бы эти пятна ему сами по себе о своем происхождении не рассказали – ведь почвы тех мест ему попросту незнакомы. Да и способов не принести с собой на одежде никаких пятен, наверное, столько же, сколько современных технологий редактирования геномов, которые следов в геноме не оставляют.

Ну и уж совсем напоследок биоинформатический метод, который требует довольно высоких вычислительных ресурсов и… наличия явного подозреваемого. Текст конкретного гена (или фрагмента гена) можно приложить по очереди к каждому из известных науке геномов и узнать, на чей ген он больше всего похож. Биоинформатики говорят, что ген нужно выравнять на геном. Тут важно, что выравнивать (прикладывать) надо именно этот самый подозреваемый ген, а не весь (предположительно отредактированный) геном. Потому что, во-первых, при сравнении «в лоб» одного полного генома с другими полными геномами всех известных организмов это будет невероятно вычислительно сложная задача для очень мощного компьютера, которая займет не одни сутки, а то и недели. А во-вторых, сравнение одного генома с другими геномами однозначного ответа все равно не даст – по разным генам организмы могут походить на геномы разных организмов. Ведь эволюция шла очень заковыристыми путями. Отсюда в науке есть даже такая сложная задача – построение эволюционных (так называемых филогенетических) деревьев.

Подводя небольшой итог: опознать, что в геном произведена встройка чьего-то чужого гена, теоретически возможно, но не со 100 %-ной уверенностью. И уровень этой уверенности будет зависеть от того, каким методом производилось редактирование, насколько различны виды, как давно это произошло и знаем ли мы хотя бы примерно, какой именно ген ищем.

1.7. Про белки в белке и белке

Вся эта хитрая магия, описанная в главах выше, нужна в конечном итоге для того, чтобы произвести белок. Тот самый окончательный продукт молекулярной кухни, из которого преимущественно состоит все живое, от клеща до куриного яйца, от гриба до белки.

Итак, по матрице ДНК будет считана нить РНК. По нити РНК на молекулярном заводе – рибосоме – соберут аминокислотную цепь. От этого шага до того, что является выполняющим свою функцию белком, еще далековато. Выстроенные в единую цепочку аминокислоты – это первичная структура белка. Теперь этой цепочке предстоит пройти череду трансформаций. На первой стадии ее фрагменты свернутся в один из двух основных вариантов укладки: a-спираль или b-слой (еще называют b-лист) – вторичную структуру. Как несложно догадаться, в первом случае цепь закручивается в виде спирали, а во втором – фрагменты цепи зигзагом укладываются друг подле друга, образуя фигуру, напоминающую мне гармошку или самодельный бумажный веер. Такая фигура держится за счет водородных связей. Такие связи устанавливаются между функциональными группами (это те части, которые одинаковы у всех аминокислот)[38]. А дальше начинается самое интересное.

За вторичной структурой следует структура третичная. В пространстве ее также удерживают водородные связи. И вот здесь-то самое время разгуляться многообразию различных радикалов[39]. В зависимости от того, какие радикалы входят в состав аминокислотной цепи, будет формироваться и третичная структура белка. За счет водородных связей между радикалами аминокислот спирали и слои будут укладываться друг на друга, заворачиваться в невероятные узлы, собираться в сферы и принимать формы согласно только им одним известной логике.

Конечно, логику эту ученые уже немного научились предсказывать. И с помощью компьютерных программ, основанных на понимании правил укладки, могут находить третичную структуру по информации о первичной структуре. Но это возможно лишь для некоторых, очень коротких аминокислотных цепей. Все дело в том, что возможных конформаций (форм в пространстве) даже у небольшой молекулы так много, что для выбора подходящего варианта методом простого перебора уже для цепи относительно малой длины потребуется много лет работы на мощных вычислительных ресурсах. А представьте, что предсказать нам было нужно структуры белков коронавируса в самом начале пандемии. От скорости решения этой задачи зависела скорость изобретения вакцин! Здесь нет доступных пары десятилетий.

Поэтому решать такую задачу «в лоб» не имеет смысла. Для ее решения биоинформатики придумали множество различных алгоритмов, основанных на крутой математике[40]. А буквально недавно к арсеналу биоинформатиков добавились нейросети. И по предварительным данным, которые будут проверяться еще много лет на различных настоящих белках, нейросети очень неплохо и достаточно быстро могут делать относительно точные предсказания о третичной структуре даже довольно сложных белков.

Но как же с этой задачей справляется клетка? Загадочным образом она делает это за совсем маленькое время. Это время, по оценкам, намного меньше того, которое понадобилось бы для даже самого невероятно быстрого перебора всех возможных вариантов укладки на самом мощном компьютере.

Что будет, если белок сложится неверно? Такое тоже иногда бывает. В части случаев этот белок просто не будет выполнять той функции, что ему положена, или выполнять ее как-то неправильно[41]. А изредка даже бывает, что неверно сложенный белок становится прионом, или инфекционным белком. Если такой злодей лишь прикоснется к правильно сложенному родственному белку, то тот немедленно также примет неправильную форму. Прионные болезни стали известны науке не так давно. Самым ярким примером является 100 %-но смертельное нейродегенеративное заболевание куру. Когда в 1950-х годах медики занялись его исследованием, оказалось, что болеют им только жители Папуа Новой Гвинеи, да и то только в некоторых регионах. А преимущественно и вовсе только люди, принадлежащие к языковой группе форе или их ближайшие соседи, разделяющие с ними традиции и культуру. Поначалу способ распространения этой лингвистически избирательной болезни поставил ученых в тупик. Как оказалось, всему виной местная традиция уважения усопших. Если кто-то из членов семьи умирал, то тело ритуально поедали его родственники. Съедали они и мозг с его поврежденными болезнью тканями, а вместе с ним и сам патогенный белок. Точнее, белок-то совершенно обычный, но так неудачно свернувшийся, что его неправильная пространственная структура сделала его патогенным. Соответствующие белки здорового человека при контакте с прионным белком приобретают точно такую же неисправную форму. И человек заболевает. Благодаря активной кампании по искоренению этой традиции вспышки заболевания практически прекратились[42]. А вот еще об одной прионной болезни наверняка слышали все – и это коровье бешенство. Тоже нейродегенеративное заболевание, которое необратимо и в конечном итоге летально разрушает мозг, превращая его в подобие пористой губки. Заполучить его можно, съев мясо больного животного. Причем болезнь может очень долго спать в организме, и никакие ее симптомы не будут проявляться. Коровы на фермах тоже, вероятно, заболевали через пищу – в корм для скота добавляют костную муку. Предполагается, что большая эпидемия коровьего бешенства в Европе на рубеже XX–XIX веков случилась из-за того, что в муку попали прионы из больного животного, скорее всего овцы, больной схожим заболеванием под названием «скрейпи»[43]. В XIX веке мы хорошо учимся на своих ошибках, и тот опыт производители и контролирующие организации учли, чтобы больше такого не могло повториться. Ну и вот почему все стада, где было хоть единственный раз обнаружено бешенство, скотоводы вынуждены немедленно полностью уничтожать.

Для некоторых белков на третичной структуре последовательность преобразований, приводящая к полноценно функционирующему белку, заканчивается. Но для других впереди есть еще один важный этап. В таких белках за третичной следует четвертичная структура: несколько правильно уложенных белковых цепей объединяются вместе в едином белковом комплексе. Вот теперь все. Новая прекрасная молекулярная машина полностью готова к труду и обороне.

1.8. Впихнуть невпихуемое

Сделаем шаг назад и снова поговорим о ДНК. О генетике, как и о любой другой науке, сложно говорить линейно: постоянно нужно делать шаги то вправо, то влево.

Итак, цепочка ДНК не просто так валяется в клетке. Клетка – штука маленькая, а ДНК, например, человека, если ее растянуть в длину, будет больше двух метров. И как уместить 2-метровую (пусть и очень тонкую) ниточку в «коробочку» величиной в микроны[44]? Решением этой задачи занимался еще великий философ Иа-Иа из рассказов о приключениях Винни-Пуха, укладывая воздушный шарик в горшочек из-под меда. Определенно, чтобы она поместилась в клетку, нужно упаковать ее очень плотно. Такая структура, в которую уложена ДНК вместе со вспомогательными белками, носит название «хромосома».

У бактерий, как правило, хромосома всего одна и она замкнута в кольцо. Поэтому такой тип хромосом называется кольцевым. Бактериальная ДНК относительно короткая, а делиться бактериям нужно очень быстро. Потому репликация (удвоение ДНК) в бактериальной хромосоме проходит по кругу – начинается и заканчивается в одной точке, а транскрипция (чтение генов) происходит крупными целыми блоками генов, идущих на хромосоме друг за другом. О бактериях мы поговорим подробнее дальше. Сейчас нам интересен подход к хранению ДНК у более сложных существ.

Таких как внучка, Жучка, кошка и репка (а знает ли кто-нибудь, почему у собаки в сказке есть имя, а у кошки нет? Вопрос попросила записать моя кошка Куся, будучи в крайнем возмущении от такой несправедливости). Эукариотические геномы очень большие – иногда в сотни тысяч раз больше геномов бактерий![45] А еще клеток у нас очень много и все разные – и в разных клетках еще и читаются разные гены, а не все подряд. Подход бактерий к чтению с хромосомы нужных генов не сработает. Здесь необходима возможность в любой момент развернуть любой отдельный кусочек ДНК и считать с него информацию.

Чтобы это получалось, единая молекула ДНК поделена на большие фрагменты, а затем каждый из них через равные интервалы намотан на специальные белки – гистоны. Готовые клубочки с гистоном внутри укладываются один за другим, образуя спираль. А спираль затем соберется во что-то вроде петелек. Когда появится необходимость прочесть некую группу генов, соответствующие петельки легко «вытянутся» из общего «вязания», раскрутятся, освободятся от гистонов и дадут прочесть с себя всю необходимую информацию для построения нового белка. Такой подход очень удобен для клетки – он позволяет одновременно и независимо читать множество разных генов с совершенно разных мест молекулы. Такая хромосома зовется линейной.

В каждой соматической[46] клетке человека 46 таких хромосом. Два почти идентичных набора по 22 хромосомы – аутосомы, и две хромосомы половые. Такой удвоенный набор хромосом называется диплоидным. В половых клетках – клетках, отвечающих за размножение, – набор одинарный (22 аутосомы + 1 половая), он носит название гаплоидного. И вот эти знания нам сильно пригодятся дальше для разговора о модификации геномов растений, так что это первое, что стоит и правда запомнить. Размер гаплоидного набора принято обозначать буквой n. Так, для человека n=23, а полный кариотип – число, форма и особенности всех хромосом организма – равен n×2, то есть 23×2=46.

Половые клетки одного родителя, несущие один гаплоидный набор хромосом, в момент оплодотворения сливаются с половыми клетками второго родителя, также несущего гаплоидный набор хромосом. Получившаяся диплоидная клетка – зигота – дает начало новому человеку. Зигота делится пополам, и у зарождающегося существа становится уже две клетки, каждая из двух снова делится, и вот их уже четыре, на следующем шаге деления восемь, затем 16…[47]. И у каждой из них будет удвоенный набор хромосом: когда такая клетка собирается делиться, сначала ее диплоидный набор удваивается еще раз, а затем в каждую новую клетку уходит такой удвоенный набор. Но некоторые клетки зародыша ждет иная судьба – на определенной стадии развития плода им предстоит стать половыми. В таких клетках произойдет редукция числа хромосом, и их полный набор будет вновь гаплоидным. Чтобы однажды дать жизнь новому потомку все по той же схеме.

Основы процесса одинаковы для всех организмов, использующих половое размножение: два полученных от двух родителей набора сливаются и создают удвоенный общий. Так оно справедливо для внучки (Homo sapiens, n=23 и 2×23=46), Жучки (Canis familiaris, n=39 и 2×39=78 хромосом[48]), кошки (Felis catus, n=19 и 2×19=38 хромосом[49]) и даже репки (Brassica rapa, n=10 и 2×10=20 хромосом[50]). Но мы же помним, что это игра на поле генетики, а значит, «все просто» точно не будет.

Например, иногда родителями могут стать два вида, которые даже различаются по числу хромосом. Таким примером можно назвать мула – гибрид между лошадью и ослом. Диплоидный геном его матери-лошади состоит из 2×32=64 хромосомы, а геном его отца-осла – из 2×31=62. Таким образом, диплоидный геном мула состоит из 32+31=63 хромосом, что нормально не делится на 2, отчего у мулов большие проблемы с размножением.

Для растений история с гибридизацией в результате соединения двух видов с разным количеством хромосом происходит еще чаще. Вот, например, возьмем кузена нашей репки – рапс (Brássica napus). И репа, и рапс относятся к роду Капуста (Brassica). Известно, что у рапса 38 хромосом в обычных клетках и по 19 в половых. Анализ показал, что рапс когда-то давно, до появления науки генетики, получился в результате скрещивания двух других членов капустного рода с последующим удвоением числа хромосом (аллополиплоидия): нашей репки (Brassica rapa, с n=10) и капусты огородной (Brássica olerácea, с n=9). То есть эти наборы из 9 и 10 хромосом почти во всем дублируют друг друга. Получается, что в рапсе сразу четыре набора хромосом: 2×9 + 2×10 = 38, то есть на самом деле он тетраплоидный[51].

Иногда тетраплоидия получается и другим путем. Редукции числа хромосом не происходит, и в половой клетке остается двойной набор хромосом. Как правило, для животных такая ошибка ведет к большим проблемам и у такой мутации нет способа закрепиться в популяции. Но вот у растений удвоение очень популярная история. Происходит это из-за нарушения процессов расхождения хромосом в клетке во время ее деления и может быть вызвано разными причинами.

В мире растений с хромосомными наборами происходит настоящая вакханалия! Бывает так, что весь геном растения оказывается одинарным, как в половых клетках – такие гаплоидные потомки нормальных диплоидных родителей называются моноплоидами[52]; бывает, что уже удвоенный ранее набор удваивается еще раз; бывает, что удваиваются уже гибридные или гибридизуются уже удвоенные… Таким образом, в этом удивительном мире растений можно встретить гаплоиды, диплоиды, триплоиды, тетраплоиды, гексаплоиды, октоплоиды… и сумасойтиплоиды. При этом все осложняется тем, что с течением времени в разных хромосомных наборах одного полиплоидного генома могут накапливаться разные и происходящие параллельно и независимо мутации, так что наборы, еще вроде бы недавно бывшие точными копиями друг друга, начинают все более различаться… Короче, растения – это космос. И мы об этом точно еще поговорим в будущих главах.

1.9. Дашь списать?

Итак, гены – это фрагменты ДНК, а ДНК уложена в хромосомы. Наборов хромосом внутри одной соматической клетки может быть от одного до нескольких. Значит, копий каждого гена в геноме будет[53] столько же, сколько в нем есть хромосом (его содержащих). Правда, копии из них почти такие же, как три варианта перевода трагедий Шекспира разными переводчиками, которые можно найти на одной полке в библиотеке. То есть, с одной стороны, в каждой из книг Монтекки все еще воюют с Капулетти, но, с другой стороны, делают они это с лингвистическими нюансами, по-разному влияющими на наше восприятие текста.

Мы выше уже поговорили о том, что каждому делению клетки предшествует удвоение числа хромосом. Такое удвоение больше всего похоже на бездумное списывание контрольной работы соседом-двоечником через плечо его соседа-отличника. Бездумное и автоматическое. Все сделанные им ошибки он сам заметить не в состоянии. Каждая новая нить ДНК в процессе репликации обязательно имеет такие ошибки. Часть из них заметят и исправят механизмы репарации, но что-то пройдет мимо их внимания[54]. Так каждая новая нить ДНК – каждая новая хромосома, уходящая в новую клетку, – будет пусть совсем капельку, но отличаться от оригинала[55]. Такие отличия мы исторически зовем мутациями. И они – главная причина эволюции. В современной генетике ученые стараются избегать слова «мутация» из-за негативной окраски, которую оно приобрело в популярной культуре. Вместо слова «мутация» предпочитают говорить «вариант». Но в самих мутациях нет окраски оценкой, это лишь случайные события, которые могут оказаться для организма или его потомков вредными, полезными или и вовсе нейтральными. Благодаря мутациям жизнь сохранилась на нашей планете, несмотря на неоднократные и радикальные изменения окружающей среды. Сегодня о том, как жилось нашим первым на планете предкам, могут рассказать лишь одноклеточные жители горячих источников – ведь примерно такими были условия на планете долгое время после зарождения на ней жизни. Благодаря мутациям мы имеем огромное разнообразие форм жизни в прошлом, настоящем и обязательно будем иметь в будущем.

Мутации бывают разными: на уровне генома, на уровне хромосом и на уровне генов. Мутации геномного уровня, на самом деле, мы уже разобрали выше, когда говорили о плоидности. Таким образом, мутации на уровне генома – это изменение числа хромосом в нем: удвоение всего набора или только некоторых отдельных хромосом (как, например, удвоение 21-й хромосомы при синдроме Дауна), редукция числа хромосом. Хромосомные мутации – это крупные перестройки внутри одной хромосомы. Например, когда из хромосомы случайно удалился целый большой фрагмент. Такая мутация называется «делеция». Если откуда-то пришедший фрагмент, наоборот, вставился в хромосому, такая мутация зовется инсерцией. Бывает, что фрагмент хромосомы сначала «выпал», развернулся и вставился обратно в хромосому, но задом наперед. А бывает, что из-за какого-то молекулярного сбоя один фрагмент повторился несколько раз подряд, как заевшая пластинка. В общем, все такие достаточно крупные проблемы зовутся хромосомными мутациями.

Но в контексте этой подглавы интереснее всего нам мутации генные. То есть самые маленькие. Например, выпадение одной или нескольких нуклеотидов из цепочки ДНК или, наоборот, их случайная вставка. Такие мутации возможны, но они сравнительно редкие, ведь выпадение или добавление лишней буквы может приводить к сдвигу рамки считывания. Мы же читаем гены триплетами для перевода их на язык аминокислот. Значит, добавление или выпадение всего одной буквы сдвинет все, что написано после нее. Самая популярная генная мутация – замена одной буквы на другую. Или однонуклеотидный полиморфизм. Это самый безопасный для организма и потому самый популярный вариант мутаций. Эта относительная безопасность обеспечивается двумя вещами: первая – вероятность того, что мутация произошла в кодирующем хоть что-то полезное регионе генома, не такая высокая, вторая же связана с избыточностью генетического кода, о которой мы подробно говорили в главе 1.5, в которой индейцы совершенно ни при чем. То есть о большинстве таких мутаций никто до прочтения генома в лаборатории даже и не узнает: они или ни на что в организме просто не влияют, или в итоге все равно переводятся в нужную аминокислоту, так как большинство аминокислот может кодироваться сразу несколькими вариантами триплетов. Но даже если полиморфизм привел к замене аминокислоты, тут тоже не все потеряно – некоторые аминокислоты достаточно похожи друг на друга, чтобы справляться с более-менее правильной укладкой белка[56].

В общем, за счет генных мутаций копии гена и становятся не совсем копиями. То есть вариантами одного и того же гена. Такие варианты называют аллелями. Вот, например, есть у цветка ген, отвечающий за цвет его лепестков. Тогда вариант этого гена, при котором цвет лепестков будет розовым, – это один аллель. А вариант гена, дающего желтый, – другой.

Распространенных мутаций внутри одного гена бывает много, так что у одного и того же гена может быть множество аллелей. Если в клетке обе копии хромосомы несут одинаковый вариант некоего гена, то о такой клетке мы будем говорить, что она гомозиготна по данному гену. Если копии гена различны, то будем называть ее гетерозиготной по данному гену.

Если одна копия гена справляется с нужными процессам в клетке примерно так же, как если бы таких копий было две (или более, по числу хромосом в наборе), то мы называем признак, который задает этот аллель, доминантным. В противном случае – рецессивным. На самом деле аллели могут взаимодействовать друг с другом намного сложнее, и в рамки определения доминантности и рецессивности из школьного учебника это может сильно не укладываться, но для чтения этой книги эти подробности можно не рассматривать, а перейти наконец уже к самому интересному – к ГМО!

1.10. Немного выводов

В этой главе мы освежили знания самых основ генетики, которые обязательно пригодятся по мере чтения этой книги. В ней мы поговорили о том, из чего состоят ДНК, РНК и белки; как происходит репликация – удвоение ДНК или РНК, и транскрипция – чтение текста генов молекулярными механизмами клетки; что такое центральная догма молекулярной биологии; как происходит трансляция – перевод с языка ДНК на язык белков; и возможно ли найти в геноме встроенный чужой ген. Мы разобрались с хромосомами, аллелями, мутациями и кучей всего еще полезного для чтения книги. Когда встреченный далее по тексту термин не сможет оперативно выпрыгнуть из памяти, просто возвращайтесь к этой главе, чтобы использовать ее как шпаргалку.

Конечно, впереди еще не раз возникнут и новые термины, и новые теоретические вещи. Было бы нечестно пообещать, что дальше ничего такого вы уже не встретите и обмануть в первом же абзаце новой главы. Но все же точно могу ручаться, что следующие главы будут куда более динамичными и прикладными.

2.1. Эх, мне б такой хвост…

Обычно гены передаются от родителей к детям. Не важно, как происходит процесс размножения – переносом спор, почкованием или привычным нам половым способом. Важно одно: одна родительская клетка (или две в случае полового размножения) делится и дает в результате клетки потомство. А значит, передает этим новым клеткам и свои гены. Этот механизм называется вертикальный перенос генов. От родителей к детям – по вертикали поколений.

Противоположностью вертикальному является горизонтальный перенос генов – или передача генетического материала от одного организма другому, не являющемуся его потомком. И долгое-долгое время биологи полагали, что это достаточно редкий процесс. Скорее исключение, чем правило. Но с накоплением геномных данных их взгляд кардинально поменялся. Теперь-то мы знаем, что горизонтальный перенос не просто достаточно частое явление, но мы даже обязаны ему такими судьбоносными для жизни на Земле событиями, как появление кислородной атмосферы в результате фотосинтеза[58].

Конечно, как бы сильно я ни обнималась со своей кошкой, такой же шикарный хвост у меня не отрастет, и вы бы только знали, сколь сильно меня это расстраивает. Для того чтобы произошел горизонтальный перенос генов, потребуется соблюдение условий, о которых мы еще поговорим на страницах этой книги. Эту же главу я полностью посвящаю им – виртуозам горизонтальных манипуляций и верным помощникам многих поколений биологов – бактериям. Короче, пора начинать наш разговор о ГМО.

2.2. Пожалуйста, соблюдайте спокойствие и пристегните ремни, мы падаем

Возможно вы так же, как и я, обожаете разглядывать картинки с динозаврами (или даже бывать в музее, где вместо картинок настоящие скелеты). И тогда вы наверняка помните динозавров с о-о-очень длинными шеями. Например, брахиозавра. В детстве меня очень интересовал вопрос, почему же его шея такая длинная.

«Брахиозавры жили там, где съедобные листья росли очень высоко на деревьях. Так что тем динозаврам, кто рождался с короткой шеей, еды попросту не хватало, в результате чего они могли оставить меньше потомства. Так действовал естественный отбор, оставляя и позволяя размножаться только наиболее приспособленным особям – то есть с наиболее длинными шеями и генами длинношеести, которые они передавали своему потомству», – ответит нам без запинки последователь основателя всей современной эволюционной биологии Чарльза Дарвина. «Просто они очень тянулись к кронам деревьев, чтобы добыть себе листья. Так их шеи со временем становились все длиннее и длиннее», – ответит нам ламаркист, сторонник теории Жана-Батиста Ламарка, долгое время конкурировавшей с дарвиновской[59].

Иными словами, ламаркисты считали, что, если долго мучиться, что-нибудь получится. То есть организмы могут приобрести необходимые им для выживания в неких условиях качества, если будут очень стараться: прыгать с крыши, пока не отрастут крылья, тонуть в реке, пока не образуются жабры. Но так это, разумеется, не работает. Или все-таки…

Оказывается, есть в мире особенно «упрямые» и «целеустремленные» организмы, которые действительно могут «постараться»[60] и приобрести новое свойство. Это бактерии. Да, бактерии подчиняются всем законам эволюции, и при делении старой клетки обе новые получают «в наследство» копии генома клетки родительской, в котором записаны все положенные им свойства. Но есть у бактерий одна ужасно любопытная сверхспособность: они умеют передавать генетический материал от одного организма другому, не являющемуся его потомком. То есть практикуют тот самый горизонтальный перенос.

Помните всех этих героических персонажей из кино, которые в экстремальной ситуации за 5 минут прочитывают руководство пилота и сажают терпящие бедствие самолеты с перепуганными пассажирами? Вот именно так и могут бактерии! Пусть пассажиров им и не спасти, но вовремя достать нужные инструкции – гены – и в короткие сроки научиться по ним работать – синтезировать новый для них белок – очень даже в их силах.

Все дело в необычном строении их генома: в теле бактерии помимо основной кольцевой хромосомы, в которой записана вся главная генетическая информация, есть еще и маленькие (и тоже кольцевые) двуцепочечные молекулы ДНК. Такие молекулы – плазмиды – хранят «дополнительные инструкции». У бактерии может быть от всего нескольких одинаковых плазмид до достаточно обширной и разнообразной «библиотеки».

Когда бактерия попадает в экстремальные для нее условия, ее внутриклеточный аппарат начинает считывать информацию с «нужного тома» в этой «библиотеке». С соответствующего гена соответствующей плазмиды синтезируется требуемый в данной ситуации «инструмент», например некий белок. Благодаря чему бактерия получает какие-то суперспособности. Например, одни плазмиды позволяют бактерии стать патогенной, вторые – дают оружие, которым можно уничтожать других бактерий, третьи – усиливают ее способности к размножению, четвертые – позволяют бактерии «переваривать» несъедобные для нее вещества, пятые делают ее устойчивой к новым условиям…

Примером таких условий является и среда, содержащая антибиотик. Вообще говоря, антибиотики – это оружие, которое изобрели одни бактерии для войны с другими. И как всегда в военном деле, главное, чтобы у нападающих была защита от собственных изобретений. Под такой защитой в мире бактерий можно понимать гены, в которых записаны различные ферменты, позволяющие своего врага уничтожить, изгнать или попросту от него замаскироваться. Однако таскать с собой бронежилет невыгодно в мире без огнестрельного оружия, а кованые доспехи – лишь досадная обуза во вселенной, где нет рыцарских поединков. Для бактерии оборона тоже дается не даром: на ее поддержание приходится расходовать драгоценную энергию. Здесь вполне логично напрашивается поискать какой-то механизм, благодаря которому бактерия могла бы читать нужные гены в определенных опасных условиях и не читать их, когда таких условий вокруг нее нет. Но вот беда: одних только природных антибиотиков огромное множество. А кроме них бактерии могут угрожать и другие опасности. Если все инструкции по выживанию постоянно носить с собой – в своем основном геноме, то со временем хромосома бактерии так увеличится, что на ее репликацию – удвоение в процессе деления бактерии на две новых – будет требоваться очень много времени. А это для бактерии недостаток.

В таких условиях гены «противотанковых гранат», «бронежилетов», «маскхалатов» и «противогазов» с собой на всякий случай таскать не станешь. Вот было бы хорошо хранить их где-то отдельно и доставать лишь по необходимости… С такой непростой задачкой эволюция отлично справилась. И один из ее весьма элегантных способов решения проблемы – плазмиды, о которых мы поговорили выше.

Если бактерия живет в условиях, где присутствует некий антибиотик, то держит внутри плазмиду, в ДНК которой записаны гены – инструкции по выживанию в этой среде. С этих генов считываются и синтезируются ферменты, которые и защищают бактерию от данного антибиотика. Если же антибиотик из среды исчезает, то и плазмида становится больше ненужной. А значит, ее просто можно случайно потерять без каких-либо для себя последствий[61].

Бактерия может обзавестись плазмидой разными способами. В первую очередь, получить в наследство от родительской клетки. Но это не все. Например, она может подобрать что-то кем-то выброшенное. Этот путь называется трансформацией: бактерия, находясь в определенных условиях, захватывает плазмиду из внешней среды. Или, например, может «попросить» себе копию чужой плазмиды напрямую у соседки. Такой путь осуществляется при помощи процесса конъюгации – аналога полового размножения у бактерий. Только в результате страстных отношений не появляется общий бактериальный малыш, теща и ипотека, а лишь копии генетического материала одной бактерии оказываются внутри второй. Помогать плазмидам перемещаться могут и вирусы бактерий – бактериофаги. Такой процесс вирусного горизонтального переноса называется трансдукцией. И даже это не все доступные способы![62]

Кстати, горизонтальный перенос возможен не только среди бактерий одного вида, но и с бактериями другого вида, и даже с археями[63], [64]. Таким образом гены, которые позволяют одним бактериям быть устойчивыми к какому-то антибиотику, могут появиться даже у вида, который ранее не мог против этого антибиотика сопротивляться[65]. Бактерии, которые собрали целую коллекцию защитных плазмид, могут быть устойчивы ко множеству разных антибиотиков. Так рождаются бактерии-суперзлодеи, против которых сегодня почти невозможно найти лекарства. Они могут встречаться в помещениях больниц, где регулярно контактируют с антибиотиками, а потому реже теряют свои плазмиды и соответственно суперзлодейские качества[66].

Часто исходная бактерия может не уничтожить (или выгнать) полностью попавший в нее антибиотик, но только его определенную дозу. Если антибиотика попало мало – она ослабнет, но выживет, а если много – погибнет. Такая «недобитая» бактерия даст следующее поколение, которое сможет защищаться от такого малого количества антибиотика, но более того – случайные мутации могут эту защиту усилить. Так, если в среде все это время будет оставаться антибиотик, правнуки первой бактерии будут еще более устойчивы, чем внуки. А их правнуки – еще более… Пока в один прекрасный (не для нас) день этому штамму такой антибиотик будет совсем не страшен[67]. Отсюда следует очень важное правило: не стоит принимать антибиотики без назначения компетентного врача, чтобы не делать свой вклад в создание супербактерий, против которых антибиотики будут уже бессильны. Однако последние годы в науке есть некоторые споры о том, обязательно ли следует проходить весь назначенный курс до самого конца или останавливать прием по достижении улучшения, и какая стратегия эффективнее уменьшает общий вклад в развитие антибиотикорезистентности у бактерий. Тем не менее текущими медицинскими рекомендациями все-таки является прохождение полного назначенного курса[68].

Мир самого ближайшего будущего без антибиотиков представить очень страшно, а ведь именно таким он был еще сравнительно недавно. Это будет мир, где простое удаление зуба будет равняться по опасности операции на сердце, а бактериальные осложнения после любой болезни или процедуры вновь станут для нас смертельно опасны.

Новые антибиотики появляются очень редко. Их разработка чрезвычайно дорогая, а все этапы исследования занимают многие и многие годы. При этом ученые находятся в постоянной гонке: к моменту выхода нового антибиотика на рынок он уже может оказаться неэффективным, так как за время разработки и тестирования к нему уже была выработана резистентность[69]. Не очень оптимистичное вышло окончание у главы, добавим к нему ложку меда: сегодня ученые ищут принципиально новые решения на замену антибиотикам. Мне очень любопытно узнать, что из этого получится.

2.3. «Тот, кто нам мешает, тот нам поможет!»[70]

Представьте себя кинооператором эпохи пленочного кино. Вы снимаете сцену, в которой рыцарь стремительно скачет на лошади, скажем, в гости к дракону. Одновременно вы хотите показать, что дракон готовится ко встрече с рыцарем – чашки там на столе расставляет, варенье из сосновых шишек переливает в подаренные бабушкой блюдца. А рыцарь в это время скачет, плащ развевается, у коня из ноздрей пар валит – красотища! И что, ради смены плана на пещеру дракона останавливать на скаку рыцаря, а затем просить его продолжить свой путь с тем же решительным настроем? Ну уж нет! Есть другой выход, и «это называется монтаж!» – как объяснял мистер Джонни Фест своей нетерпеливой даме сердца[71]. То есть кинопленку в нужном месте разрезают, а между двумя получившимися ее частями вставляют кусочек другой пленки с нужной сценой. Вот хорошо бы уметь «делать монтаж» в геномах разных организмов, чтобы добавлять и убирать из них гены по своему желанию!

Ученые мало чего придумывают сами. Чаще они подсматривают за природой, заимствуют ее механизмы, улучшают и добавляют их в свой арсенал. Так они поступили и при решении этой задачи. Как и нам, бактериям угрожают вирусы. Только вирусы у них специальные, бактериальные, и зовутся они бактериофаги. Бактериофаги превращают бактерию в завод по производству собственных вирусных копий, заставляя забыть обо всех собственных делах. Поэтому бактериям необходим некий механизм борьбы с интервентами. Что же они придумали?

Итак, вирус – это защитная белковая оболочка – капсид – и молекула ДНК или РНК внутри нее. Во время путешествий вирусный генетический материал упакован в капсид, но при проникновении в клетку капсид остается снаружи – как мокрое пальто на вешалке у входа в дом. В саму клетку проникает только молекула, поэтому эволюция выбрала такой подход: каждая проникающая в клетку молекула ДНК (или РНК), которая выглядит чужеродно, будет немедленно порезана на нефункциональные куски. Роль ножниц внутри бактерии исполняют специальные ферменты – эндонуклеазы рестрикции (рестриктазы). Их задача опознавать определенный довольно короткий (обычно состоящий из 4–8 букв) фрагмент генетического текста и в случае опознания делать в нем разрез по обеим цепям ДНК (или по единственной в случае РНК). Каждая эндонуклеаза рестрикции настроена на узнавание своего текстового фрагмента – сайта рестрикции. Некоторые рестриктазы делают разрез симметрично по обеим цепям, как показано на картинке ниже. Два конца молекулы, которые получаются в результате такого разреза, биотехнологи называют тупыми. Другие рестриктазы разрезают «внахлест»: разрез по одной цепи смещен на несколько букв от места разреза на второй цепи. Комплементарные цепочки на этом фрагменте расходятся и напоминают две ступеньки. Биотехнологи называют их липкими, и не случайно: в результате с каждой стороны от разреза остается по фрагменту одноцепочечной молекулы, которые могут легко соединиться обратно по принципу комплементарности.

Две получившиеся комплементарные[72] цепочки стремятся соединиться друг с другом обратно. Предотвратить это воссоединение можно, немного химически модифицировав нуклеотиды на концах. Или сделав на молекуле разрезы двумя разными типами рестриктаз на небольшом отдалении друг от друга – если удалить маленький фрагмент между разрезами, тогда оставшиеся концы не будут комплементарны друг другу и молекула не сможет соединиться по месту такого разреза.

Внимание, дальше нам снова понадобится воображение. Представьте себе коробку детского конструктора, в которой есть множество элементов типа «кирпичик» разного цвета. Независимо от цвета мы можем сцеплять эти кирпичики в любом порядке, выстраивая все более и более высокую башню. Секрет башни из кирпичиков в механизме сцепления деталей между собой: выпуклости на одной детали идеально подходят к разъемам на другой. И ничего кроме длины рук строителя не мешает нам вырастить эту башенку хоть до самого неба. Липкие концы позволяют проделывать похожий фокус: если разрезать одной и той же рестриктазой две разные молекулы ДНК, то оставшиеся в обоих случаях хвостики будут прекрасно соответствовать друг другу. А это значит, что их можно соединить между собой – встроить фрагмент одной ДНК в другую. Или даже множество фрагментов. Затем останется только сшить оставшиеся пробелы между нуклеотидами каждой цепи. Для этого пригодится еще один фермент – лигаза. И вуаля, у нас получился монтаж, то есть генетическая рекомбинация.

Тут любопытному читателю самое время спросить: неужели в геноме самой бактерии не найдется таких же фрагментов текста, которые способны узнавать рестриктазы? Как же рестриктазам тогда отличить чужеродную ДНК от собственной бактериальной и не совершить по неосторожности харакири? И этот вопрос совершенно справедливый!

А бактерии выкручиваются так: ДНК бактерии имеет своего рода химическую надстройку над нуклеотидами А и Ц, содержащую метильную группу. Поэтому называется такая надстройка «метилирование». В обычное время вся бактериальная ДНК метилирована, то есть замаскирована от рыскающих в поиске врагов рестриктаз[73]. Так что от собственных острых ножниц бактерия находится в полной безопасности.

Возможно, вы уже догадались, что такой механизм можно поставить на службу науке. Так и было сделано, причем о-о-очень давно.

Пожалуй, самый частый аргумент противников ГМО, который мне приходилось слышать, – это обвинение технологий генной инженерии в их непростительной молодости. А если продолжить распутывать нить разговора, то чаще всего выясняется, что появление генной модификации в человеческой памяти на временной шкале стоит где-то рядом с клонированием овечки Долли. То есть на рубеже XX и XIX веков. То есть буквально вчера. (И мне тоже кажется, что этот рубеж был буквально вчера. Пока не вспоминаю, что пора идти искать подарок на тридцатилетний юбилей моему «маленькому братишке»). И мало кто знает, что технология рекомбинантных ДНК, отрасль генной инженерии, в 2021 году отпраздновала свой 50-летний юбилей!

А начиналось все вот как. В 1971 году американский ученый Пол Берг в лаборатории Стэнфордского университета провел эксперимент, который навсегда вошел в историю науки. Спустя 9 лет на одной сцене с Уолтером Гилбертом и Фредериком Сенгером – изобретателями двух самых первых методов чтения ДНК – Берг получил за этот эксперимент Нобелевскую премию по химии[74].

К тому моменту механизмы рестрикции уже были известны ученым, в наличии имелись даже выделенные рестриктазы[75]. В своей лаборатории Поль Берг взял ДНК вируса SV40, который был выделен из клеток макак-резусов; бактериофаг λ (лямбда) – вирус, поражающий кишечную палочку E. coli; и рестриктазу EcoRI, дающую липкие концы у разрезаемой молекулы. Кольцевые ДНК обоих вирусов разрезали при помощи одной и той же рестриктазы – EcoRI, затем специальным образом обработали получившиеся линейные молекулы и смешали их в одной пробирке[76]. Концы двух молекул соединились друг с другом, образовав новую гибридную кольцевую молекулу ДНК. Новую комбинацию генов. То есть первую в истории человечества искусственно созданную рекомбинантную молекулу.

Это открыло дорогу исследованиям и экспериментам с бактериями. Создать рекомбинантную ДНК – это только половина работы. Вторая половина – заставить бактерию такую плазмиду проглотить. В обычном состоянии бактериальная клетка не «подбирает все, что валяется на дороге», ее стенки достаточно плотные, чтобы такого не происходило. Однако в определенных условиях клетка может стать компетентной – ее стенки начнут пропускать внутрь разный генетический «мусор» снаружи. Переход в состояние компетентности – задача довольно сложная, а случается он под действием разных факторов, которые мы не станем разбирать здесь, чтобы окончательно не заблудиться в молекулярных дебрях. Важно только отметить, что внутри таких бактерий запустятся определенные молекулярные процессы, начнут читаться ответственные за состояние компетентности гены, и клетка перейдет в состояние, в котором через ее стенки сможет проникать генетический материал из внешней среды.

Такое состояние бактерий к 1970-м годам было известно уже очень давно: впервые его обнаружил британский бактериолог Фредерик Гриффит в попытках создать вакцину от пневмонии. Он заметил, что одни бактерии могут передать другим свои свойства при определенных условиях среды. В те времена знаний о наследственности было слишком мало, чтобы разобраться в механизмах случайно обнаруженного процесса. Выяснить причину трансформации и назначить «виновницей» ДНК только много лет спустя смогли трое канадских и американских исследователей Освальд Эвери, Маклин Маккарти и Колин Маклауд[77].

Теперь, объединив знания о трансформации бактерий путем искусственного введения ее в состояние компетентности с умением создавать рекомбинантные ДНК, можно было приступать к работе – к созданию первых генетически модифицированных бактерий. За дело одновременно взялись многие ученые.

На плазмидах бактерии могут хранить самые разные гены. Например, гены резистентности к различным антибиотикам. Такие плазмиды называются R-плазмидами, или R-фактором. Если у бактерии есть такая плазмида, то антибиотики, защитные гены от которых есть в этой плазмиде, бактерии не страшны. Когда в среде ее обитания окажется один из таких антибиотиков, бактерия будет жить себе припеваючи, не замечая, что среда вообще-то отравлена.

Итак, ученые взялись за разработку методов трансформации для разных бактерий. Дошло дело и до любимой учеными кишечной палочки[78]. Пробежимся галопом по истории.

• Следующим успехом стала трансформация кишечной палочки рекомбинантной плазмидой pSC101[79], благодаря которой та стала устойчивой к антибиотику тетрациклину.

• Затем новый успех – трансформация кишечной палочки уже гибридной плазмидой, дающей устойчивость сразу к двум антибиотикам: тетрациклину и канамицину. Причем гены устойчивости к канамицину располагались на той части плазмиды, что была получена от другой бактерии – стафилококка (Staphylococcus). Так было показано, что генетический материал может передаваться даже между видами организмов!

• И вот, чтобы уж совсем закрепить успех, все тот же союз ученых, состоящий из Стенли Коэна и Герберта Бойэра, разработал еще более удивительную химеру: для все той же кишечной палочки создали плазмиду, в которую встроили ген южноафриканской лягушки (Xenopus laevis)[80] – так показали, что даже разные царства не помеха для переноса генов.

Кстати, свойство антибиотикорезистентности ученые тоже поставили себе на службу: добавляя в редактируемую бактерию дополнительно R-плазмиду, можно определять, произошла ли у бактерий целевая модификация, поместив их в среду с антибиотиком: если бактерии выживут, значит, редактирование в них произошло. Таким образом R-плазмиду можно использовать в качестве маркера трансформации.

Так начинается история технологий рекомбинации генов, подаривших нам те самые ГМО, которым посвящена эта книга. Там, на заре 1970-х, начался отсчет новой эры – эры биотехнологии.

Выходит, что технологии направленной контролируемой генетической модификации недавно исполнилось полвека. Но многие люди все еще по привычке продолжают считать ее молодой (как я считаю маленьким своего младшего брата и все еще делаю ему дурацкие подарки. Нет, ну правда, что вообще дарят 30-летним «маленьким братишкам»?).

2.4. Заверните вон ту плазмиду, с верхней полки справа

В теории резать рестриктазами разные молекулы ДНК и соединять их по соответствующим липким концам мы можем хоть до бесконечности. С каждым разом все больше увеличивая размер и сложность получающейся плазмиды. На практике же все не так просто. Чем сложнее получается плазмида, тем больше с ней проблем. Во-первых, чем больше фрагментов мы пытаемся склеить, тем менее стабильной становится плазмида. Во-вторых, желательно, чтобы в плазмиде были только нужные нам (и ей для ее функционирования) фрагменты. То есть ничего лишнего: простые плазмиды в обращении удобнее, чем слишком сложные и многофункциональные. В-третьих, какими бы четкими ни были протоколы создания плазмид, делать это каждый раз самостоятельно примерно как каждый раз заново разрабатывать и собирать велосипед, вместо того, чтобы купить готовый и блестящий в специальном магазине. Даже самые первые экспериментаторы работали над модификацией существующей «природной» плазмиды, а не конструировали нечто совершенно новое. К хорошей плазмиде существует целый список требований о, так сказать, тактико-технических характеристиках[81]. Ну и наконец, с этого момента мы перестанем называть модифицированную плазмиду плазмидой, а присвоим ей гордое имя «плазмидный вектор». Вектор – потому что такая молекула используется для направленной модификации. Помимо плазмидного вектор может быть также на основе, например, вируса. Но про это мы еще поговорим.

Современные биотехнологи могут воспользоваться огромным количеством интернет-сервисов, где можно выбрать готовый плазмидный вектор из каталога или в удобном онлайн-конструкторе сформировать список требований к будущей покупке. Специальная биотехнологическая компания, специализирующаяся на изготовлении плазмидных векторов и других необходимых в лаборатории готовых наборов компонентов, подготовит и пришлет заказчику ровно то, что ему нужно. С гарантией качества и точными характеристиками. На самом деле, чтобы сделать такой заказ, совсем не обязательно быть ученым и работать в лаборатории. Любой читатель этой книги может проделать это самостоятельно. А потом заняться изготовлением трансгенных бактерий прямо на собственной кухне[82].

Генетическая карта плазмидного вектора pBR322. Гены устойчивости к тетрациклину (Tet) и ампицилину (Amp) содержат уникальные сайты узнавания для HindIII, BamHI и PstI. EcoRI-сайт расположен вне этих генов. Длина вектора – 4361 п. н.

Кстати, плазмидные векторы используются учеными не только для создания трансгенных организмов, но и как… библиотеки! Вот например, создали вы некоторый искусственный ген или разработали нужный для будущей модификации другого организма конструкт[83], но использовать пока не хотите. Тогда свои результаты можно сохранить на будущее в стабильной и удобной для быстрого применения форме – в таком плазмидном векторе. Как говорят, в библиотеке. Там нужная вам последовательность сохранится столько, сколько будет нужно. А когда понадобится достать ее для использования, можно положить ее в копир! Ну то есть в бактерию. Молекулярные механизмы бактерии помогут наработать нужное количество копий вектора (а значит, и вашего фрагмента) с такой точностью, которой нельзя достичь, используя обычный в таких делах метод ПЦР[84].

Обычно готовый плазмидный вектор содержит 1) несколько сайтов узнавания – фрагментов, которые соответствующие рестриктазы опознают и сделают по ним разрез, 2) несколько маркерных генов, которые позволят исследователю быстро понять, получили ли бактерии вектор при трансформации, 3) точку начала репликации – origin[85]. Маркерными генами, например, служат гены устойчивости к определенным антибиотикам или гены, отвечающие за выработку светящихся при разном освещении белков.

Сегодня технологии работы с бактериями стали настолько отработанными, доступными и дешевыми, что создать собственный трансгенный продукт стало возможным и не обладая глубокими специализированными знаниями. Думаю, еще немного, и набор юного биотехнолога появится на полках детских магазинов рядом с наборами юного химика и юного конструктора. Конечно, наступит это светлое (в моем понимании) будущее только в том случае, если мы вместе сможем снизить градус опасений общества перед ГМО.

2.5. Казнить нельзя помиловать

Любите ли вы шоколад? Любите ли вы его так, как люблю его я? Шутки шутками, но любить шоколад и иметь в своей семейной истории больных сахарным диабетом – не очень весело. В этой главе мы продолжим начатый ранее разговор о наших маленьких помощниках – генетически модифицированных бактериях. В ней мы подробно разберем, как они готовят для нас одно из самых нужных человечеству лекарств – человеческий инсулин. Но давайте для начала разберемся с терминами.

Инсулин – это гормон, вырабатываемый поджелудочной железой и играющий важную роль в управлении нашим метаболизмом. От него зависит уровень содержания глюкозы в крови. Если уровень глюкозы вырастет выше допустимого, это приведет к опасным для организма последствиям. Поэтому нам и нужен инсулин, который вовремя этот уровень способен понижать.

Сахарный диабет – это группа метаболических заболеваний, при которых поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина, или организм не может эффективно использовать вырабатываемый инсулин, или и то и другое вместе. Как следствие, у пациента повышается уровень глюкозы в крови, что приводит к серьезному повреждению многих систем организма. Диабет – одна из основных причин слепоты, почечной недостаточности, инфарктов, инсультов, сердечно-сосудистых заболеваний и необходимости ампутаций нижних конечностей. Почти полмиллиарда человек на планете сегодня страдают от сахарного диабета. По данным Всемирной организации здравоохранения, сахарный диабет входит в список самых частых причин смертей во всем мире[86]. Из-за отсутствия терапии (по разным причинам, но чаще всего это недоступность квалифицированной медицинской помощи для жителей многих развивающихся стран) диабет все еще имеет высокую смертность[87].

Медики выделяют сахарный диабет первого и второго типа[88]. И хотя причины их различны (и вклад в них наследственных факторов, кстати, тоже), в обоих случаях применяется инсулинотерапия – искусственное введение в организм белка инсулина.

Диабет – одно из самых изучаемых за историю человечества заболеваний. Первые записи о нем можно найти в работах за полторы тысячи лет до начала нашей эры. И на протяжении тысячелетий этот диагноз был гарантированным смертным приговором отложенного действия. Но в январе 1922 года все изменилось. 14-летний Леонард Томпсон, тяжело больной пациент из клиники Торонто, стал первым человеком, получившим экспериментальный препарат – очищенный инсулин, выделенный из поджелудочной железы коровы. Потребовалось еще немного времени, чтобы подобрать правильную дозу, но в итоге все получилось – показатели подростка из критических приблизились к нормальным. Создателям препарата – Бантингу и Бесту – понадобился еще год, чтобы отработать методику, рассчитать дозы, подготовить все необходимые материалы. И представить свои результаты медицинскому обществу. А уже в 1923 году немецкая фармацевтическая лаборатория первой в мире получила лицензию и запустила массовое производство такого инсулина. Потребность в препарате была огромна, и вскоре к производству присоединились лаборатории по всему миру[89].

Долгое время человека выручали именно животные: драгоценный инсулин получали из поджелудочной железы свиней или коров (а в экспериментах рассматривали даже инсулин собак и китов). Но это решение, к сожалению, было не идеальным. Почему же?

Для ответа на этот вопрос нам нужно опуститься на уровень генетики. Итак, гены – это рецепты, по которым клетка готовит блюда – то есть белки. В процессе трансляции молекулярные механизмы клетки переводят генетический текст на язык аминокислот. Триплет (или кодон) – три генетические буквы – однозначно определяет одну аминокислоту (или знак окончания чтения – стоп-кодон). Из аминокислот выстраивается цепочка белка.

Многие наши гены (и ген, кодирующий инсулин, в том числе) очень похожи на гены свиньи. Похожи, но не идентичны: в мРНК человеческого инсулина на 88-й позиции стоит буква Г (гуанин), а в мРНК свиньи на 88-й позиции – буква А (аденин). Здесь поможет рисунок. Казалось бы, всего одна буква! В главе про избыточность генетического кода (глава 1.5, в которой неудачно обращались со словами) говорилось, что не всякие мутации вообще приводят к замене аминокислоты. Но в данном случае замена произошла очень неудачно: в результате вместо аминокислоты треонин молекулярные механизмы прочтут и добавят к растущей белковой цепи аминокислоту аланин[90]. Но и замена одной аминокислоты на другую могла бы быть не столь страшной – в конце концов некоторые аминокислоты достаточно похожи по своему поведению в составе белков. Но не в этом случае – треонин и аланин различаются по своим свойствам[91], и потому такая замена приводит к изменению молекулы. Получается, из-за совсем небольшой разницы, буквально в одну букву, свиной инсулин стал по форме отличаться от инсулина человеческого. А форма белка связана с его возможностями исполнять свою функцию. В общем, свинье ее инсулин подходит, а вот человеку уже не очень.

Чтобы лучше понять, как форма влияет на функцию, вообразите конструктор лего. Вот две его детальки. Одна отлично входит в пазы второй. А теперь мысленно у первой детали вместо круглых штырьков поставьте квадратные. Но у второй все еще останется разъем под круглые. Теперь ваши детали или не соединятся вообще, или потребуют больших усилий сжатия, чтобы соединиться хоть как-то. Белки стыкуются друг с другом и с различными веществами – лигандами – так же, как детали лего. Измени форму паза у одного – и вот уже второй не сможет в нее пристыковаться совсем или же будет делать это с большими сложностями. А значит, не будет создан или верно реализован некий микромеханизм. Очередная биологическая «шестеренка».

Чужеродный инсулин организму может очень не понравиться: у части пациентов при долговременном приеме животного инсулина бывают кожные реакции, развивается системная гиперчувствительность и даже инсулинорезистентность[92]. Инсулин от других животных подходит нам еще меньше свиного: различие между бычьим и человеческим инсулином составляет уже не одну, а три разные аминокислоты, а с инсулином овец – четыре[93]. Короче говоря, наше тело хотело бы видеть инсулин человеческий и торговаться оно не согласно.

Поэтому с развитием науки за дело взялись генные инженеры и биотехнологи. В начале 1980-х на рынок поступил первый инсулин человеческий генно-инженерный (он же рекомбинантный, он же биосинтетический) и очень скоро показал свои явные преимущества перед привычным животным инсулином. Новый ГМ-инсулин быстрее всасывался при подкожном введении, у пациентов снизилась частота побочных реакций, вызываемых инсулинотерапией – уменьшилось количество случаев аллергии на препарат и развития инсулинорезистентности[94]. Теперь спасителями человека стали не коровы и свиньи, а… бактерии! Хорошо знакомая нам всем кишечная палочка. Палочка-выручалочка биотехнологов. И как же это у нее получилось?

Мы уже сказали, что инсулин – это белок, а теперь посмотрим на его молекулярную структуру поближе. Итак, молекула инсулина состоит из двух белковых цепей, одна из которых содержит 21 аминокислоту (А-цепь), вторая чуть побольше – 30 аминокислот (В-цепь). Для белка это достаточно мало, поэтому аминокислотную последовательность обеих цепей смогли определить еще в 1950-х. Кстати, инсулин стал самым первым в мире белком, последовательность которого установили ученые[95][96].

Информация о том, как выглядит инсулин, поместилась в текст одного не очень длинного гена, который расположен на 11-й хромосоме человеческого генома[97]. По полученной с него мРНК несложно построить белок – с задачей справятся даже бактерии. Для более сложных белков бактерии уже не подходят. Но об этом мы поговорим в другой главе (глава 3. «Эй, бактерия, посторонись!»).

Существует несколько различных методов изготовления инсулина. За прошедшие годы технология была неоднократно улучшена, сменялись различные подходы. И даже внутри одного подхода шаги могут отличаться друг от друга в деталях. Рассмотрим один из вариантов.

Сначала в лаборатории получают ДНК-последовательность самого гена. Для этого ген можно выделить из клеток или синтезировать его искусственно буква за буквой in vitro (в пробирке)[98]. Итак, у нас есть ген и мы хотим, чтобы бактерии произвели по его инструкции человеческий инсулин. Но одного только гена мало, нам придется еще записать для бактерии команду его читать. Для этого перед нужным геном необходимо добавить еще один хитрый ДНК-фрагмент. Он называется промотор.

Отступим на минутку и поговорим, что такое «промотор». Промоторы – это специальные фрагменты ДНК, благодаря которым в нужное время и в нужном месте начинается транскрипция самого гена. Чтобы понять их смысл, проще всего представить сборник инструкций вроде «Энциклопедия для девочек» из моего детства. У каждой главы в этой книге есть свой заголовок. Например, «Как приготовить манную кашу». Если с этим сборником в руках вы застряли в лифте, сомневаюсь, что эта глава вам пригодится. Зато будет смысл прочесть текст под названием «Что делать, если вы застряли в лифте».

Получается, что мы можем сравнить промоторы со своего рода заголовками, соответствующими определенным генам. Читатель (в случае книги это мы, в случае гена – это молекулярные механизмы) всегда начинает прочтение с такого заголовка. Если читатель видит, что заголовок не соответствует ситуации, то дальше он не читает сам текст.

Одни промоторы работают только в определенных органах или при определенных условиях. Другие работают везде и всегда. Например, зубная эмаль нам нужна только на зубах, значит, и читать гены компонентов эмали стоит только там и больше нигде. Напротив, новые рибосомы необходимы каждой клетке организма. Значит, гены, кодирующие все нужные компоненты рибосомы, будут стоять под управлением таких промоторов, которые позволят читать эти гены любой клетке и в любых условиях.

Как это применяется в биотехнологии: допустим, мы встроим чужой ген под управление промотора, который работает только в печени животных. Тогда, несмотря на то что новый ген будет присутствовать во всех клетках тела, работать он станет только в печени. А его продукт потенциально не «убежит» в клетки других органов.

Итак, здесь ученым нужно выбрать такой ген, который обычно хорошо работает внутри бактерии, узнать, какой промотор управляет этим геном, и использовать эту же промоторную последовательность для своей задачи.

Теперь хорошо бы добавить еще одну штуку: маркерные гены. Используем в этом качестве гены устойчивости к некоему антибиотику, как обсуждали ранее. Ведь нам необходимо просто и быстро понять, какие бактерии модифицировались, а какие нет[99]. И последнее, что пригодится в нашем конструкте, – терминатор. То есть фрагмент ДНК, в котором записана команда для молекулярных машинок на прекращение чтения. Чтобы все это заработало (то есть стало реплицироваться в бактерии), понадобится также бактериальный ori-сайт. Теперь, кажется, мы описали все нужные для работы по производству ГМ-инсулина компоненты.

Что ж, приступим к модификации. Сначала возьмем готовые плазмидные векторы и поместим в эти векторы получившуюся на предыдущем шаге конструкцию. Копий вектора нам нужно много, но каждый раз проделывать процедуру вставки конструкции в вектор будет сложно и затратно. Проще выполнить эту процедуру только один раз с небольшим количеством плазмид, а затем положить все в «копировальный аппарат» – то есть бактерии. Поместим эти бактерии на питательную среду, содержащую тот самый антибиотик, и позволим вдоволь размножаться – и копировать при этом наши модифицированные плазмиды. Будем ожидать, что выживут только те колонии, родоначальницами которых стали модифицированные нужным вектором бактерии.

Процесс «приготовления» белка инсулина по тексту кодирующего его гена различается внутри клетки животного и модифицированной бактерии. Если клетка выполняет всю работу самостоятельно, то бактериям нужны помощники – биотехнологи с их хитрыми технологиями. Посмотрим, как это делает клетка животного. С текста гена молекулярные механизмы внутри клетки считывают мРНК. По матрице мРНК строится цепочка препроинсулина – пре-предшественника инсулина. Препроинсулин – это довольно длинная аминокислотная цепочка (110 аминокислот), состоящая из четырех отдельных «подцепей». Такая цепочка называется полипептидом, а ее составные блоки называются пептидами. Пептиды в препроинсулине выстраиваются так: L-пептид, B-пептид, C-пептид и A-пептид. Хотя в конечный белок инсулин войдут только А- и B-пептиды, остальные блоки – это вовсе не бессмысленный мусор. L- и C-пептиды обычно нужны молекулярным механизмам клетки для выполнения разной подготовительной работы. Первым от полипептида, выполнив свою работу, отцепляется L-пептид. Так препроинсулин превращается в новый полипептид – проинсулин, состоящий уже из B, C и A-пептидов. Проинсулин теперь должен переместиться в специальный отдел клетки, где произойдет его созревание. За это время специальные ферменты вырежут пептид C, после чего пептиды A и B окажутся разделены, став двумя отдельными цепочками. Теперь эти цепочки соединяют друг с другом только дисульфидные мостики – химические связи на основе молекул серы[100]. Ну вот и все, наш инсулин готов! Останется самая малость – молекула инсулина не ходит поодиночке, а предпочитает сбиваться в «банду» по шесть инсулинов. Напарникам помогают держаться вместе молекулы цинка. А получившаяся в итоге функциональная молекула, на мой взгляд, очаровательно красива.

В организме животных вся описанная выше работа выполняется в клетках поджелудочной железы[101]. При биотехнологическом производстве одни этапы выполняются внутри бактериальной клетки, другие же при помощи биотехнологов и генных инженеров. Бактерии умеют производить только предшественник инсулина, его выделяют и уже биохимически получают инсулин, который затем в несколько этапов очищают[102].

Первый ГМ-инсулин был получен еще в 1979 году, и с тех пор технология постоянно развивалась. Новые работы в этой сфере выходят постоянно, появляются решения, помогающие уменьшить стоимость производства препарата за счет улучшения технологии и сделать препарат инсулина доступнее для все большего количества людей[103]. И все это действительно очень здорово. Благодаря генетической модификации человечество решило еще одну важную задачу[104].

Если однажды кто-то из ваших знакомых спросит, «неужели без этих ГМО нельзя обойтись?» – просто расскажите ему историю о том, как вот уже более 40 лет ГМО спасают человеческие жизни. И пусть он сам поставит правильную запятую: «казнить нельзя помиловать».

2.6. Посмотрите налево, посмотрите направо

2.7. Итоги главы

Все-все-все. Я просто поставлю на этом точку. Иначе в эту книгу не поместится больше вообще ничего, кроме рассказов о бактериях. Скажу лишь напоследок, что огромное множество генетически модифицированных бактерий используется для целей науки (например, помогает находить разного рода загрязнения, яды или просто целевые вещества в самых разных средах, включая тело животного), медицины (производит и доставляет к месту работы самые разные лекарства), пищевой промышленности и многих других областей.

Все перечисленное здесь – лишь малая часть того, над чем работает современная наука и чем уже пользуется человечество. ГМ-бактерии и технология генетической модификации – замечательный инструмент, за которым наше настоящее и наше будущее. Мы не придумали здесь почти ничего нового сами, а лишь подглядели эти механизмы у природы. На протяжении миллиардов лет, с момента появления жизни на Земле, шел на ней и горизонтальный перенос генов. В школе нас учили, что процесс эволюции – вертикальный процесс: он складывается из последовательного накопления мутаций и передачи их от предков потомкам под действием отбора. В реальности горизонтальный перенос генов рука об руку всегда шел с вертикальным. Его вклад долгие годы был недооценен. Однако за последние 10 лет ученые полностью пересмотрели свои взгляды относительно важности вклада горизонтального переноса генов в эволюционный процесс. Математические модели показали, что для популяций, не использующих половое размножение (таких как бактерии или грибы), без возможности обменяться с кем-то сторонним генами неизменно следует угасание и последующее вымирание[132]. Эти выводы подтверждаются наблюдением за некоторыми симбиотическими бактериями. Для организмов, использующих половое размножение, смешение генов родителей происходит каждый раз в новом потомке. Но до появления полового размножения живые организмы успели захватить в свой геном достаточно сторонней ДНК, чтобы обзавестись на будущее крайне полезными функциями, о которых мы еще поговорим далее.

От времен первой сложившейся цепочки РНК и до смерти последней живой клетки во Вселенной будет идти процесс генетической модификации одних организмов другими. Без цели и движимый волею случая и давлением естественного отбора. Все, что сделало человечество, – это лишь позаимствовало и поставило себе на службу малую часть из умений самой эволюции.

Как старательный ученик, наука повторила за природой. А как действительно хороший ученик, кое-что она научилась делать лучше и эффективнее своего учителя. Лекарства и пищу, помощников и инструменты.

Когда в следующий раз кто-то рядом с вами спросит, зачем только придумали все эти ГМО, неужели нельзя было обойтись без них, вы знаете, что им ответить.

2.8. В дополнение

• Эволюция и медицина. Лекция Михаила Гельфанда. https://www.youtube.com/watch?v=jBhVnZx75_c

• Войны бактерий. Гонки вооружений в эволюции микробов и вирусов. Курс от ПостНауки. https://postnauka.ru/courses/74882

• 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть I, историческая. Биомолекула. https://biomolecula.ru/articles/12-metodov-v-kartinkakh-gennaia-inzheneriia-chast-i-istoricheskaia

• 12 методов в картинках: генная инженерия. Часть II: инструменты и техники. Биомолекула. https://biomolecula.ru/articles/12-metodov-v-kartinkakh-gennaia-inzheneriia-chast-ii-instrumenty-i-tekhniki

• Текст Нобелевской лекции Поля Берга «Dissections and reconstructions of genes and chromosomes» Nobel lecture, 8 december, 1980. https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/berg-lecture.pdf

• Прочесть побольше о движении Do-it-yourself biology можно, например, тут: «Генная инженерия на кухне: как работают биохакеры». https://p.dw.com/p/2qETl

Знаете, кто любит дрожжи больше, чем пивовары и пекари? Биотехнологи! Но постойте, мы ведь только что так долго говорили о том, что биотехнологи отдали свои сердца и лаборатории бактериям? Ну что ж, суровая биологическая правда такова, что некоторые дела доверить бактериям мы не можем. Почему так? Поговорим об этом далее.

3.1. На золотом крыльце сидели…

Сначала нам понадобится немного математики. Пусть известно, что длина генома человека около 3 миллиардов букв, а по всей длине нашего генома располагаются, по современным оценкам, от 20 000 до 30 000 генов, кодирующих белки[133]. Также известно, что медиана длины человеческих белков составляет около 375 аминокислот[134]. За одну аминокислоту отвечают 3 «генетические буквы», таким образом, под запись информации о белках в нашем геноме отводится около (3×375)×30 000 = 33 750 000 «символов». Что составляет (33 750 000 / 3 000 000 000)×100 = 1,125 или чуть более 1 % от размера генома. Все остальные почти 99 % занимают разные другие последовательности: различные псевдогены[135], гены, кодирующие не-матричные РНК, регуляторные последовательности, на первый взгляд бессмысленные тандемные повторы, которые генетики удачно приспособили к использованию в тестах на родство… – все это в прошлые годы недальновидно называли просто мусорной ДНК[136]. 99 %! Только представьте себе это число. Кажется, что такое эволюционное «решение» совершенно бессмысленно[137]. То ли дело вирусы и бактерии – каждый нанометр генома плотно забит нужными генами, почти ничего лишнего.

Представьте себе, что вы наняли сотрудника, который 99 % рабочего времени должен просто перекладывать бумажки. Но в 1 % ему нужно принимать очень важные для компании решения, с которыми он справляется просто великолепно. А еще вы знаете, что дома у него по ночам бушует кошка (поверьте мне, это совершенно веская, уважительная, реальная и непоправимая причина!), поэтому раза три в месяц ваш сотрудник приходит на работу настолько невыспавшимся, что способен перепутать ящик собственного стола с холодильником. Сейчас вам захочется возмутиться: ну зачем же нам такой работник! А если он запорет и свои очень важные обязанности? Но мы вновь призовем на помощь математику: в месяце где-то 21 рабочий день, пусть 3 рабочих дня в месяц сотрудник приходит на работу в состоянии, когда он может легко натворить ошибок. Тогда 3/21=1/7 – почти 15 % своего рабочего времени он практически опасен для компании! Уволить!.. Однако вспомним, что вероятность в каждый момент времени принимать важное решение для него всего 1/100. Тогда вероятность испортить ответственное задание составляет (1/100 × 1/7 = 1/700, или 0,0014, или 0,14 %) одну десятую процента! То есть настолько мала, что ею можно пренебречь (а сотруднику посочувствовать и налить большую кружку кофе).

Вот если бы речь шла о сотруднике, что 100 % своего времени принимает важные для компании решения и три дня в месяц каждое из них будет неверным, – это уже действительно опасно для компании.

Вернемся же к разговору про геном человека. Риски ошибки при копировании ДНК в процессе деления клеток довольно велики. Часть из них будет поймана и исправлена, но часть все-таки будет пропущена. И если бы весь наш геном состоял из только полезной нагрузки, все это часто приводило бы к… возникновению новых видов? К сожалению, нет. Ведь ломать – не строить. При таких частых мутациях риски рождения нежизнеспособных детенышей и возникновения раковых заболеваний слишком велики. Короче, вымерли бы такие сложные организмы. Нет, даже еще хуже: они просто не смогли бы развиться до этого уровня сложности. В общем, такое количество «мусора» в геноме эволюцию более чем устраивает[138].

Но откуда же этот мусор взялся? Ошибки и случайности – вот ответ. Где-то по случайности один участок генома скопировался дважды, где-то при половом размножении хромосомы не совсем равномерно разошлись после слияния на одной из стадий образования первой клетки организма-потомка. Какие-то гены неудачно изменялись, становясь псевдогенами. А где-то (в нашем давнем, еще одноклеточном прошлом) и вовсе в геном встроилось что-то от других организмов – горизонтальный перенос, помните? Все это с каждым поколением увеличивало геном. Таким образом, с ростом сложности организма растет и размер его генома.

В отличие от нас, у вирусов и бактерий в геноме очень мало чего-то лишнего. И вот они могут себе это позволить! Задача этих организмов как можно быстрее создавать как можно больше своих копий. Это критически важно для выживания их как видов. Чем меньше геном – тем быстрее происходит его полное удвоение, а значит, тем быстрее бактерия разделится на две новые, а вирус позволит клетке-хозяину наработать больше его копий. А так как размножаются они значительно быстрее, чем более сложные организмы, то они могут позволить себе пренебрегать теми из них, чьи мутации оказались неудачными. Вот уж совершенные существа! (Почти) ничего лишнего, (почти) идеально отточенные в процессе эволюции геномы.

Кстати, этот пример о столь малой значащей доле эукариотического генома по сравнению с горой остального «мусора» можно удобно использовать в разговорах со сторонниками теории разумного замысла. Ведь в таком случае им придется признать, что вирус и бактерия намного более совершенное существо, чем человек. Кишечная палочка – вершина творения! Как звучит.

Итак, в геноме человека не более 30 000 генов, кодирующих белки. Значит, ожидаемое количество белков, нужных для постройки и функционирования человеческого тела, тоже около 30 000. Но так ли это на самом деле? Заглянем в самую большую и полную базу данных белковых последовательностей в мире UniProt. Согласно отчету на начало 2022[139] года, в базе содержится более 20 000 человеческих белков. Однако эти имеющиеся данные о белках не описывают все возможные и даже хотя бы просто известные функции человеческого организма. А сколько еще неизвестных! В очереди на проверку специалистами в базе данных предсказанных белков на начало того же 2022 года стоят еще почти 184 000 предсказанных биоинформатиками белковых последовательностей![140] По оценкам специалистов[141], от 80 000 до 400 000 белков могут быть обнаружены в теле человека. Вот это цифра! Но как записать их на куда меньшее количество генов?

3.2. Из одной мухи десяток слонов

Секрет эукариотических генов спрятался в их необычной форме хранения в геноме. Представить ее проще всего, отказавшись от метафоры о книге рецептов и заменив книгу на глянцевый журнал. Вот вы читаете рецепт приготовления шоколадного торта. Закончив часть о коржах, переворачиваете страницу, чтобы разобраться с составом глазури. А вместо него там реклама средства от морщин или акустической системы. За страницей рекламы обязательно будет и рецепт глазури, но прежде, чем далее перейти к начинке, вам опять понадобится отлистать пару страниц рекламы кухонного комбайна и тура на Мальдивы. Информационные части рецепта в журнале-геноме называются экзонами, а части с бессмысленной и ненужной вам рекламой – интронами. И по сути интроны тоже часть того самого мусора, о котором мы говорили выше. Как же такая концепция разрывной записи помогает решить задачу создания по одному набору генов во много раз большего количества белков?

Уже привычно для этой главы мы вновь позовем на помощь математику. На этот раз нам понадобится ее особый подраздел – комбинаторика, ведь говорить мы будем о совершенно классических задачах на перестановки. «Петя, Вася и Наташа занимают очередь в кассу кинотеатра. Сколькими способами они могут выстроиться?» – помните?

Переставляя экзоны в разном порядке, мы можем получать различные варианты, казалось бы, одного и того же гена. Такой механизм называется «сплайсинг».

В литературе есть такой жанр, как книга-игра. Такую книгу можно читать подряд, от первой главы к последней, и получить одно развитие сюжета. А перетасовав порядок глав, случайно или согласно авторскому сценарию, получить еще с десяток вариантов его развития и развязки. И все по одной книге. Моя любимая в этом жанре – «Игра в классики» Хулио Кортасара. В конце каждой главы есть числовой указатель с вариантами, какую главу можно прочесть следующей. Честно говоря, моей силы духа пока хватило лишь на два варианта – книга слишком уж не из легких.

Почти все гены эукариот как этот роман: они состоят из нескольких «глав», и читать эти главы можно в разном порядке. Первым делом, как и в рассмотренной нами ранее истории для бактерий, происходит считывание с ДНК в РНК всего гена. Получившаяся РНК содержит в себе и интроны, и экзоны. Такая РНК еще незрелая. Чтобы стать пригодным рецептом для изготовления белка, ей придется пройти ряд трансформаций – в частности избавиться от ненужных частей и в правильном порядке собрать нужные информационные кусочки. В самом классическом варианте сплайсинга порядок и состав экзонов останется прежним. Рассмотрим пример. Пусть незрелая РНК выглядит так:

Экзон 1 – Интрон 1 – Экзон 2 – Интрон 2 – Экзон 3 – Интрон 3 – Экзон 4

(для краткости будем записывать это как Э1-И1-Э2-И2-Э3-И3-Э4).

Тогда после вырезания интронов и склейки экзонов в изначальном порядке мы получим новую, уже готовую матричную РНК (мРНК), которая будет состоять из:

Э1-Э2-Э3-Э4.

Такая мРНК уже готова отправиться на молекулярный «завод» – в рибосому. Там по матрице мРНК будет произведена постройка аминокислотной цепочки – то есть белка. В человеческом геноме помимо такого «классического» варианта почти 94 % генов имеют и альтернативный[142]. Да, как правило, еще и не один, а сразу несколько. Большинство наших генов по современным оценкам в среднем могут производить по три различных варианта белка![143] А некоторые и того больше. Вариантов сплайсинга существует множество, они называются альтернативный сплайсинг. Самые простые и распространенные варианты альтернативного сплайсинга – варианты, когда вместе с интронами «случайно» вырезается и какой-то из экзонов. В нашем примере такими вариантами могли бы стать следующие мРНК:

Э1-Э2-Э3,

Э1-Э3-Э4,

Э2-Э4.

Реже встречается интереснейший механизм, при котором склеиться для образования зрелой мРНК могут экзоны из разных молекул незрелой мРНК, обычно входящие в состав разных генов![144] Такой вариант сплайсинга называется транс-сплайсинг. Как это может выглядеть: обозначим первый транскрипт как Э1-И1-Э2-И2-Э3-И3-Э4, а второй как э1-и1-э2-и2-э3, тогда продуктом их транс-сплайсинга может стать:

Э1-Э2-э3 или э1-э2-Э3.

Не так давно ученым стало известно, что изредка даже может меняться порядок экзонов при построении мРНК[145], и получится что-то вроде:

Э2-Э1-Э4 или Э3-Э4-Э2-Э1.

Один из вариантов среднего, делящий распределение пополам. Чтобы вычислить медиану, нужно упорядочить все элементы выборки по возрастанию (например, выстроить детей в классе в шеренгу по росту), а потом посмотреть, что оказалось ровно посередине. То есть половина выборки будет меньше этого значения, а вторая половина больше него. Пусть рост учеников в классе 123, 125, 126, 126, 126, 128 и 156 сантиметров. Тогда медиана этого распределения будет 126. В отличие от среднего арифметического значения, которое мы обычно привыкли подозревать, говоря о некоем среднем. Для вычисления среднего арифметического нам нужно сложить рост всех учеников и разделить его на количество детей: (123 + 125 + 126 + 126 + 126 +128 + 156)/7 = 130. Мы получили 130 сантиметров, хотя почти все ученики в классе меньше. В данном случае картину нам испортило значение 156, сильно выделяющееся на фоне остальных. Такие, выходящие за границы основного распределения значения называются выбросами. Говорят, что обычное арифметическое среднее не устойчиво к выбросам. Что мы и наблюдали на нашем примере с ростом. Если бы в главе мы использовали арифметическое среднее, а не медиану, то очень-очень длинные или, наоборот, очень-очень короткие белки могли бы исказить представление о настоящей длине большинства белков в человеческом теле. В отличие от арифметического среднего, медиана устойчива к выбросам – на ее значение не повлияло слишком большое значение роста одного из учеников. Помимо медианы и арифметического среднего очень распространено и полезно также среднее под названием мода. Для данного примера мода также будет равняться 126, так как она означает самое популярное, модное из всех имеющихся в выборке значений. Как и медиана, мода устойчива к выбросам. Использовать каждое из этих средних нужно сообразно ситуации. Не используйте среднее арифметическое, если подозреваете, что в ваших данных могут быть экстремальные значения.

Представляете, сколько потенциальных вариантов можно получить с одного лишь среднестатистического гена?!

В нашем игрушечном примере экзонов было максимум 4, а в реальности их может быть гораздо больше! Средний человеческий ген состоит из 9 экзонов и 8 интронов[146][147]. Но бывают и отдельные уникумы, вроде MLL-гена, который состоит из 36 экзонов, да еще доказанно умеет менять их порядок в некоторых случаях[148]! Теперь представляете себе комбинаторную сложность такой задачи и потенциально возможное количество различных мРНК при относительно небольшом количестве генов в геноме?

Порядок, в котором собираются экзоны в мРНК, не случаен, им управляют соответствующие молекулярные механизмы и регуляторы. Кроме того, все возможные формы сплайсинга для конкретного гена не происходят в один и тот же момент времени в одной и той же клетке. В свое время открытие процесса сплайсинга перевернуло мир биологии. Второй переворот в нем произошел в тот момент, когда стало известно о его альтернативных формах.

Итак, из одного гена эукариотического организма может получаться несколько различных белков. Но зачем нам эта глава в книге о ГМО?

3.3. Троюродные кузены

3.4. Итоги главы

Терпеть не могу фразу «каждый из нас наполовину банан» – это большая спекуляция на тему того, как нужно считать сходство и различие в геномах. Такими же спекуляциями можно и вполне законно вывести фразу о том, что мужчина гораздо ближе к самцу шимпанзе, чем к женщине[189]. Но много ли в ней смысла, а не эмоций или злой иронии? Но здесь сказать нечто такое будет даже уместно: все мы с вами намного более дрожжи, чем бактерии. Все это благодаря тому, что дрожжи имеют в своем рабочем арсенале механизмы куда более близкие к нашим собственным. А значит, вариантов применения ГМ-дрожжей становится еще больше.

Сегодня ГМ-дрожжи проникли во все сферы жизни человека. Где-то еще только как экспериментальные, но перспективные разработки. А где-то и как полноценные участники рынка. В пищевой промышленности можно встретить использование антифриз-белков – белков, благодаря которым в природе не замерзают кровь и биологические жидкости арктических рыб[190]. Секрет в том, что такие белки не позволяют им превращаться в кристаллы. Свойство, полезное и при заморозке пищевых продуктов. К примеру, мороженого[191]. На рынке уже есть компании, которые ввели в свой ассортимент мороженое, в составе которого есть антифриз-белки, позволяющие сохранять нежную текстуру, не содержащую кристалликов льда, при заморозке. А производить эти самые белки для мороженого поручили как раз таки дрожжам. Пивовары и виноделы, как правило, слишком рьяные приверженцы поддержания традиций. Попробуйте вспомнить рекламу хотя бы одной марки, которая бы не строилась на мысли, что данная марка строго следует традициям, заложенным еще ее основателями сотни лет назад. Маркетинг – такой маркетинг, к сожалению. А между тем сопротивляются новым технологиям они совершенно зря, ведь ученые готовы предложить им множество вариаций ГМ-дрожжей, использование которых сильно расширит линейку вкусов и повысит качество продукции, выпускаемой большими партиями, за счет стабилизации процессов производства[192].

Важны ГМ-дрожжи и для фармацевтической отрасли. Например, для производства главного лекарства против малярии – артемизинина. Обычно его получают из растений полыни однолетней (Artemisia annua). Мы давно привыкли, что химики могут синтезировать аналог любой растительной молекулы, и на основе именно таких, химически синтезированных молекул, уже массово изготавливают косметику и лекарства. Для производства это, как правило, более дешево и надежно, не требует стадии дорогостоящей и ответственной очистки сырья, а для окружающей среды более безопасно – не надо рубить лишние леса под поля ромашек, чтобы добавить их экстракты в шампуни. Но в случае с молекулой артемизинина, к сожалению, химический синтез довольно сложен и выходит для производителя затратнее, чем получение из растений[193]. По данным ВОЗ за 2019 год, малярией переболели почти 230 миллионов человек, из которых более 400 000 случаев завершились смертью пациентов[194]. При этом прием препарата не разовый, его курс (обычно принимают в комбинации с другими препаратами для избежания появления устойчивости паразита к артемизинину как к препарату основной линии) занимает несколько дней[195]. Так что несложно представить, какие объемы артемизинина необходимы человечеству ежегодно. А если учесть, что 94 % случаев приходится на регионы Африки, то понятной становится и необходимость максимально снизить стоимость производства такого жизненно важного лекарства. В общем, химический синтез, так выручающий производителей в других случаях, в этом деле помочь может плохо. На выручку и тут готовы прийти ГМ-дрожжи. И речь не просто о потенциальной возможности. Почти 10 лет назад французская фармацевтическая компания Sanofi впервые поставила на поток производство полусинтетического артемизинина, сырье для которого «готовят» ГМ-дрожжи[196]. И конечно же, артемизинин далеко не единственный препарат, в создании которого эти трудяги принимают участие.

Как и из прошлой главы, вывод остается прежним: чем меньше палок в колеса будет получать развитие технологий генетической модификации, тем больше возможностей станет доступно обычным людям. Дешевые, более качественные и экологичные продукты, лекарства и топливо – та награда, что ждет нас всего за одно простое действие: прекращение демонизации ГМО.

3.5. В дополнение

Что еще почитать про биотопливо? Отличный, хотя и старый обзор про биотопливо, технологии и политику:

• Биоэтанол: на здоровье! https://www.popmech.ru/technologies/10774-bioetanol-na-zdorove-avtomobili-na-spirtu/

4.1. ЯМы ГМО

«В 2015 году интернациональная группа исследователей из Бельгии, США, Перу и Китая опубликовала в научном журнале PNAS результаты генетического анализа 304 образцов батата (сладкого картофеля). В анализ включили 291 образец культивируемого батата из регионов Южной и Центральной Америки, Африки, Азии и Океании, 9 образцов дикого сладкого картофеля и 4 образца родственных растений. Ученые обнаружили во всех исследованных образцах культивируемого батата не менее одной трансгенной бактериальной вставки, отсутствующей у диких родственников растений. В некоторых сортах батата они обнаружили даже несколько подобных вставок! По крайней мере одна трансгенная вставка появилась у общего предка культивируемых сортов сладкого картофеля предположительно несколько тысяч лет назад, причем перенесенные гены не были генетическим мусором – они были активны! Выходит, что все это время люди ели трансгенные растения с генами бактерий и даже не подозревали об этом!» – это цитата из замечательной книги «Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей» Александра Панчина, вышедшей в 2015 году. В ней Александр ссылается на совсем свежую на тот момент статью, вышедшую лишь немногим ранее самой книги[198].

Со времен выхода книги список известных ученым сортов растений, в чьих геномах отметились захватчики-агробактерии, стал еще шире. Сейчас он включает десятки наименований, среди которых растение молочай, несколько сортов арахиса, хмель, гуава, суринамская вишня, садовая гвоздика, клюква, чай[199]…Нет никаких сомнений, что с новыми исследованиями этот список будет только расти, ведь с улучшением и удешевлением технологий секвенирования полные геномы все большего числа растений попадают в общедоступные базы данных.

Что же получается, тысячелетиями мы пили чай и пиво, варили компоты и варенье, использовали в народной медицине и даже дарили дамам сердца… ГМО?

Вспомним популярную формулировку о ГМО: ученые пошли против природы и специально изменили гены таких организмов. И конечно, сама природа на такие изменения была бы не способна. Что ж, обмен генами между двумя организмами двух совершенно разных видов в глазах людей определенно не выглядит «натуральным».

Получается, то, что последние три миллиарда лет одни живые (и не очень) организмы делали с другими живыми (и не очень) организмами – нечто противоестественное. Причем, обратите внимание, делали они это исключительно в своих целях! Например, агробактерии от растения нужна пища. Агробактерию вовсе не интересует, станет из-за этого растение для человека безопаснее или, наоборот, опаснее. В мире агробактерии нет никаких мыслей о существовании человека (опустим тот факт, что мыслительные процессы у бактерий тоже так себе идея). Однако задолго до времен, когда малыши-пургаториусы – наши прапрадедушки, больше похожие на мышей, чем на обезьян[200], – выставили с планеты уставших от их шума и гама динозавров со всеми их пожитками[201], одни организмы не перестают заниматься своеобразной «генной инженерией» всего, что эволюционно подвернулось под жгутик, лапку или иную конечность. Предлагаю поближе познакомиться с некоторыми примерами таких инженеров и их жертв прежде, чем мы поговорим о том, как именно этот фокус удалось провернуть упомянутым агробактериям, и о том, как эту их способность тут же сплагиатили ученые для своих, несомненно коварных, целей.

4.2. Self-made men[202]

В главе о бактериях мы уже немало поговорили о горизонтальном переносе генов. Долгие годы ученые полагали, что этот процесс свойственен лишь бактериям с их относительно несложной организацией. Однако все больше и больше исследований выводят на сцену совершенно новых и часто крайне неожиданных героев.

Вот, например, герои этой истории модифицировали… сами себя! И все для того, чтобы можно было много и вкусно кушать! (это ли не мечта некоторых любителей высокой кухни?)

А история тут такая. Возможно, вы знаете, что многие растения производят различные вещества для защиты от любителей погрызть их сочные листочки или обглодать крепкие корешки. Этакое биологическое оружие для охраны своих границ от вторжения непрошеных летающих и ползающих гадов. Разумеется, ученые уже давно подсмотрели, как они это делают, и взяли на вооружение. Конечно, со временем и под давлением эволюции насекомые приспосабливаются к такому оружию – выживают те, кто может вынести отравление веществами, выделяемыми растениями. Их потомки наследуют «гены устойчивости» – то есть мутации, повышающие толерантность к конкретному яду – и с каждым следующим поколением способность легко переносить атаку любимых обеденных растений становится все сильнее и распространеннее среди вида. В это время эволюция не стоит на месте и для растений – выживают и дают потомство те, чей яд злее и сильнее, чем у соседей по полянке. Получается своего рода гонка вооружений: одна сторона совершенствует свое оружие, вторая – способность ему противостоять. И если бы в экологических системах все не было так сложно, то у этой гонки могло быть крайне интересное развитие (например, однажды нашу планету захватили бы разумные колорадские жуки и сверхразумная картошка. Каждая из цивилизаций строила бы свои укрепленные города, собирала армии и запускала в космос баллистические ракеты… Ух! Вот это сюжет для блокбастера!).

Главное правило разработки любого оружия: вместе с оружием создавай и защиту от него! Иначе неожиданно пострадать могут собственные войска. Создатель яда должен думать о противоядии, изготовитель пистолетов – о бронежилетах.

Посмотрим ближе на арену боевых действий: один из механизмов, который исторически используют для самообороны несколько сотен различных видов растений, – это синтез фенольных гликозидов. Фенольные гликозиды – это целая группа химических соединений. Для насекомых эти вещества – яд, влияющий на их рост, развитие и даже поведение. Следуя правилам ведения войны, сами растения от него имеют противоядие – фермент малонилтрансферазу. Работает противоядие так: к произведенным в растении гликозидам малонилтрансфераза присоединяет свою малониловую группу, в результате чего вещество становится безопасным.

Уже довольно давно ученые заметили, что, несмотря на существование такого защитного механизма, некоторые насекомые все равно спокойно продолжают питаться растениями, выделяющими фенольные гликозиды. Мыши плакали, кололись, но продолжали есть кактус? Уверена, что как-то так и сформулировали свой вопрос ученые, когда взялись за расследование секрета упертых насекомых. Однако сделанное ими открытие удивило исследователей еще больше.

Если продолжать описанную метафору с гонкой вооружений, можно сказать, что герои этого сюжета похитили секретные чертежи из штаба противника и скроили по ним собственные бронежилеты, способные идеально отразить оружие врага.

Знакомьтесь с табачными белокрылками (Bemisia tabaci)[203], которые утащили себе в геном ген малонилтрансферазы у растений, которыми они питаются[204]. То, что это не их собственный, а именно ген из растений, понять несложно. Вероятность того, что два гена – из геномов насекомого и растения – в процессе независимой эволюции оказались настолько похожи – крайне мала. И тут же самое время вспомнить, что у ученых есть и еще инструменты, с помощью которых можно понять, какому организму более вероятно принадлежит генетическая последовательность. Мы говорили об этом в главе 1.6. Чей это у вас тут ген?

Но как насекомым это удалось? Конечно, точного ответа мы знать не можем – присутствовать при этом событии не довелось никому. Но, подобно настоящим криминалистам, ученые могут попытаться восстановить постфактум картину произошедшего и предположить наиболее вероятный механизм[205]. Нам понятно, что процесс этот состоял из нескольких этапов: сначала ген должен был быть вырезан из организма донора – растения, затем попал в организм реципиента – насекомого, потом каким-то образом проник внутрь его клеток, а даже более конкретно – клеточного ядра, пройдя все защитные барьеры. И лишь затем встроился непосредственно в геном. В геном тоже мало просто попасть – встроиться необходимо так, чтобы после ген мог считываться для дальнейшего производства по нему белка. Но и на этом сложности не заканчиваются! Встроиться в «какие-нибудь клетки» недостаточно. Такое действие модифицирует сам организм, но модификация не сможет быть передана потомкам. Попасть нужно обязательно в половые клетки – те самые, из которых после оплодотворения развивается новый организм. Каждый из этих этапов очень сложен, а вероятность успеха на каждом из них крайне мала. Но при очень большом количестве попыток теоретически достичь успеха на каждом из них возможно.

Задолго до этого ученые знали, что с микроорганизмами у насекомых отношения настолько «близкие», что последним вышеописанные фокусы проделывать получается постоянно. Некоторые бактерии даже спокойно проживают прямо в тканях их репродуктивных органов, а оттуда до половых клеток совсем лапкой подать. Некоторые эндосимбионты – бактерии, живущие внутри других организмов и ведущие взаимовыгодное сосуществование – даже способны вмешиваться в репродуктивные процессы своих членистоногих хозяев.

В общем, такое проживание «в коммуналке» делает статистически маловероятный процесс вполне вероятным. Но в нашей-то истории донором оказались не проворные бактерии, а «обеденные» растения, которые к тому же более сложные организмы (тоже ведь эукариоты).

Тут приходит время рассказать еще об одном удивительном механизме, который открыли когда-то как раз на растениях. До этого момента геном представлялся нам чем-то статичным, той самой кулинарной книгой, с которой я сравнила его еще на первых страницах. Однако на самом деле, если уж продолжать эту метафору, такая кулинарная книга могла быть издана только издательством из волшебного мира Гарри Поттера, а на ее страницах вас бы ждали не рецепты лукового супа и макаронов по-флотски, а прыгающих шоколадных лягушек и бобов Берти Боттс. Блюда из этой книги, пока никто не видит, тайком бы обменивались друг с другом ингредиентами, а портреты их авторов навещали бы страницы друг друга и даже заглядывали попить чай и обсудить библиотечные новости с авторами других книг из их шкафа. Выше мы говорили, что наш геном состоит из генов (в меньшей мере) и некодирующих участков, часть из которых несет дополнительную служебную информацию, а часть просто накопилась неким рудиментарным грузом в процессе эволюции. Еще об одном типе компонентов геномов мы до этого не сказали ни слова, но теперь пришло для этого время. Имя им транспозоны. Они же «прыгающие гены».

Транспозоны – это участки ДНК, которые умеют перемещаться внутри генома. А еще они умеют создавать копии себя и эти копии тоже перемещать и встраивать в геном. Просто безумие! Их доля в геномах разных организмов может очень сильно различаться. Так, известно, что геном человека состоит из них почти наполовину[206], а геном растений и того больше![207] Механизмы, при помощи которых транспозонам удается перемещаться внутри одного генома и даже между геномами различных организмов, между которыми есть хоть какой-то тип тесного взаимодействия (например, паразитизм или отношения «хищник – жертва»), бывают разными. Собственно, по способу перемещения транспозоны и делят на разные типы. Вот пример такого механизма – для него требуется особый фермент транспозаза. Инструкция по сборке этого фермента «записана» в «тексте» самого транспозона. Итак, если коротко, происходит следующее: в ДНК некоего организма среди всякой нужной (вроде генов) и ненужной (вроде псевдогенов) информации есть «текст» такого транспозона. Как и в случае с генами, в нужное время и при помощи стандартных механизмов транскрипции, ДНК-запись транспозона превращается в РНК. А РНК затем отправляется в рибосому. В рибосоме, следуя стандартному процессу трансляции, по РНК-тексту будет изготовлен белок – транспозаза. Транспозаза, как хитрый гаджет из фильмов о Джеймсе Бонде, умеет узнавать в ДНК «текст» транспозонов и довольно аккуратно вырезать их из оригинальной ДНК. Если в этот момент поблизости от транспозазы и вырезанного ею «текста» транспозона окажется другая подходящая последовательность ДНК, то произойдет следующий фокус: транспозаза сделает разрез обеих нитей этой цепочки и вставит в этот разрез текст принесенного с собой транспозона. Вуаля – фрагмент текста (транспозон) переместился из одного места в геноме в другое (или даже в геном другого организма, как мы говорили выше).

Конечно, в обычной ситуации не так часто рядом, внутри одного ядра, могут оказаться геномы двух разных организмов. Благодаря ядерным мембранам и прочим внутриклеточным сложностям, ядра разных клеток словно разные планеты, жители которых не могут просто зайти на вечерний чай к братьям по разуму с соседней орбиты. К счастью, между этими планетами курсируют космические шаттлы! В случае микромира такими шаттлами могут «работать», например, вирусы[208]. Сначала вырезанный транспозон, несущий в себе инструкцию по сборке новой транспозазы, попадает в геном вируса. Вирус размножается внутри клетки, многократно копируя и текст транспозона в составе своего генома. Вирусные частицы покидают своего прежнего хозяина привычным для данного вируса путем и устремляются на поиски нового. Попав в клетки нового хозяина, вирус начинает то единственное, что он умеет делать – создавать новые копии себя. Для этого молекулярные механизмы клетки, которые теперь служат коварным целям захватчика, читают все инструкции, что записаны в его геноме. А среди них, как вы уже верно догадались, и тексты транспозонов по сборке транспозазы, которая… В общем, все по кругу. И вот транспозон из первого организма уже с комфортом добрался и уютно устроился в геноме совершенно другого. Насколько же восхитительно устроен наш мир! Воображение не каждого писателя-фантаста способно выдумать такой сюжет! И все же одного писателя мы вспомним здесь специально для того, чтобы дорассказать эту историю.

Выше мы разобрали один из механизмов, с помощью которого между геномами могут путешествовать сами транспозоны. Но транспозон – довольно неразумное шпионское устройство. В настоящей детективно-приключенческой истории было бы глупо передавать лишь сами по себе инструкции по сборке шпионского оборудования. Из кино и книг мы отлично понимаем, что цель каждого шпиона – похитить у противника какую-то куда более интересную информацию. В микромире речь, разумеется, идет об инструкциях по изготовлению других белков. Например, той самой малонилтрансферазы из генома растений, с которой мы начали весь этот рассказ.

Итак, иногда транспозаза делает ошибку: вырезает не только сам транспозон, но и некоторый кусочек генома, которому «посчастливилось» оказаться с ним рядом. Таким образом, гены, вырезанные по ошибке, вынуждены перенести на себе все приключения, в которые втянет их дальше транспозон. Подобно моллюскам, устроившимся под килем судна во время его стоянки в порту, что против своей воли совершают незапланированное кругосветное путешествие.

Часто в историях с горизонтальным переносом генов между эукариотическими организмами как раз оказывается, что новые гены обнаруживаются в регионах геномов, особенно богатых транспозонами. Что позволяет ученым выдвинуть гипотезу: ген малонилтрансферазы мог совершить путешествие из геномов растений в геном табачной белокрылки именно таким способом. Так или иначе, а генная модификация произошла, ну а белокрылка может носить вполне гордое звание ГМО. Пора начинать ее бояться. Или все-таки нет?

4.3. Пленение победителей

Перенесемся в те далекие времена, когда наша планета была непригодной для нас нынешних, но далеким нашим предкам условия казались вполне курортными. В воздухе было совсем мало ядовитого кислорода, а комфортные для них температуры стабильно соответствовали классическим картинам описаний ада. А теперь громкое заявление: тогда-то на наших предков и напали существа с иным генетическим кодом! Правы были сторонники конспирологических теорий – пришельцы сидят в телах землян и управляют ими!

Но я одерну этот порыв своего воображения, отправлю обратно в архив памяти знаменитые кадры из кинофильма «Чужой» и вернусь к суровой действительности тех не менее суровых дней. На дворе разворачивалась, наверное, первая в истории экологическая катастрофа. Многие миллионы лет до того в воздухе практически не было кислорода (что вообще-то, в теории, даже хорошо, ведь кислород – сильнейший окислитель, от него не жди добрых дел). Жизнь на планете процветала – с каждым новым восходом солнца в древнем океане было все больше органических соединений и даже первых одноклеточных. Жители этого океана питались всем, что плавало вокруг. Изобилие было таким, что организмы «могли себе позволить» пищу «не доедать» – то есть перерабатывать ее в энергию с очень низким КПД. Не будем углубляться в (на самом деле удивительно интересные[209]) подробности, но перейдем к сути: чем живее становился океан, тем выше в нем была конкуренция за ресурсы. В этой ситуации оказалось выгодным возникновение случайных мутаций у некоторых организмов, таких, что позволили им намного более эффективно получать из пищи энергию в присутствии катализатора – кислорода. Так из врага кислород превратился для части жителей Земли в практически друга. Вот только для другой части ее жителей он все еще был злейшим врагом. И враг этот с каждым днем крепчал: чем больше было жизни, тем больше она и выделяла в атмосферу кислорода, убивая тех, кто не был к нему приспособлен. Наши предки, к сожалению, были как раз из той, второй, не приспособленной к кислороду части. Так что все больше листков падало с календаря, отмерявшего оставшийся им срок жизни на планете.

В один, как мы теперь знаем, прекрасный для нас день кто-то из наших (тогда еще одноклеточный) пра-пра-пра отправился основательно пообедать. В еде ребята были совершенно неразборчивы и поглощали все, до чего только могли дотянуться. Но подхватив проплывающего мимо соседа по отмели, наш прадедушка наверняка ощутил себя волком из сказки про Красную Шапочку: еда почему-то не переварилась, а лишь поудобнее устроилась в его «брюхе». Однако вместо того, чтобы воззвать за спасением к еще тогда, правда, никем не придуманным дровосекам, пра-пра-пра довольно быстро осознал пользу от сложившейся ситуации: разместившись внутри него, новый житель взял на себя работу по производству энергии с использованием кислорода! «Вот это ачивка!»[210] – рассудил он и оставил все как есть. Так произошел акт захвата анаэробным (не использующим кислород для жизни) нашим предком аэробного (наоборот, использующего кислород) организма.

Кстати, помните, ранее мы говорили о генетическом коде как об однозначном и универсальном для всех организмов переводе трехбуквенных сочетаний из «генетических букв» в «буквы аминокислотные»? Анализ геномов современных митохондрий из клеток разных организмов показал, что многие из них стали использовать свой собственный язык кодов![211] Вот, например, сочетание АТА, прочти его обычные молекулярные механизмы в клетке человека, кактуса или синицы, будет однозначно переведено в аминокислоту изолейцин. Однако митохондрии этих самых человека, кактуса или синицы переведут АТА в аминокислоту метионин![212] Или вот сочетание АГГ, которое всегда переводится в аминокислоту аргинин, в митохондриях трематоды станет означать серин, в митохондриях удивительного морского животного асцидии будет переведено в глицин, а наши с вами, то есть митохондрии позвоночных животных, там и вовсе увидят стоп-кодон – знак окончания чтения[213]. То есть на шаблоне одного и того же генетического текста разные митохондрии прочтут разные инструкции. Ну разве это не удивительно! Как настоящие инопланетяне, будто не до конца изучившие язык земных существ.

За долгие годы совместной эволюции многие гены из генома митохондрий перетекли в ядерный геном. Да и жить вне клетки-хозяина они тоже давно уже разучились. И все же некоторую независимость наши сожители сохранили: с собственной митохондриальной ДНК могут считываться собственные митохондриальные, полезные в хозяйстве и самой митохондрии, и ее хозяина, гены; у митохондрий осталась способность самостоятельно размножаться делением и даже разбегаться по двум новым клеткам при делении старой. Но если сейчас перед вами нарисовался образ несчастных угнетенных существ, то лучше от него отказаться: «Не стоит рассматривать митохондрии как рабов, взятых в плен, чтобы снабжать молекулами АТФ не способные к дыханию клетки. Они скорее существа, еще в протерозое нашедшие для себя и своего потомства лучшее из убежищ, где можно затрачивать наименьшие усилия, не подвергаясь риску быть съеденными»[214], – пишет о них Григорий Моисеевич Дымшиц[215].

Итак, наши предки начали свой путь на этой планете с довольно радикальной генетической модификации самих себя. Уже лишь этого факта с лихвой хватило бы для утверждения вроде «ЯМы ГМО». Но ведь мы и на этом не остановились!

4.4. Оборона от паразитов

Мысленно нажмем на значок перемотки и от дел тех далеких дней перенесемся в практически наше позавчера (ну если судить по геологическим меркам, конечно). Предки наши продолжали усложняться, а многие ветви даже выбрали путь увеличения в размерах. Среда вокруг становилась все разнообразнее и уж точно интереснее. Простой механики «видишь свет – плыви на свет» или «чувствуешь градиент увеличения тепла – плыви, следуя ему» – для выживания многим видам уже было недостаточно. Если ты чья-то пища, в твоих интересах становиться все хитрее. В чем бы ни заключалась эта хитрость[216]. Если твоя пища становится все хитрее, у тебя тоже остается не так много вариантов для выбора. В общем, жить стало интереснее, жить стало веселее.

Для развития более сложных животных понадобились более подходящие условия. Можно сказать даже, почти тепличные. Период, когда детеныш защищен от влияния внешней среды, спрятан от хищников и обеспечен достаточным количеством питательных веществ. Эволюция изобрела для этого различные решения, одним из которых оказалось живорождение млекопитающих. В этом подходе возникли свои сложности. Во-первых, детеныша внутри матери нужно снабжать кислородом. Во-вторых, появляется задача как-то обеспечить его питанием. В-третьих же, плод – генетически чужеродный организм внутри материнского тела. Как пересаженная от донора почка или сердце. А наша иммунная система как суровый охранник в ночном баре – всегда готова выставить нарушителей вон. То есть запускает процессы, в результате которых чужой орган (или организм) ждет неминуемое отторжение. Без самой же иммунной системы организм ждет участь бара из дурного района, решившего сэкономить на вышибале. И что же делать?

Вот для всех этих функций – обеспечение кислородом и питанием, а для ряда животных еще и для организации маскировки от иммунной системы – и нужна плацента.

Плацента – уникальный орган. Если сердце или легкие нам выдаются при рождении (и дальше их лучше бы беречь смолоду, ведь новые сами не отрастут), то плацента формируется только тогда, когда она становится необходима – в начале беременности. Причем формируется одновременно из клеток матери и плода. Покидает организм матери плацента в момент рождения ребенка, а при следующей беременности образуется новая. Совершенно удивительная штука.

Ее формирование – процесс не менее удивительный и сложный. И свою важную роль в имплантации эмбриона в матку выполняет в нем белок синцитин. Кодируется этот белок в геноме человека генами Syncytin-1 и Syncytin-2, расположенными на 7-й и 6-й хромосомах соответственно. У других животных есть свои варианты этого же гена. Например, аналогами генов Syncytin-1 и Syncytin-2 у мышей являются Syncytin-A и Syncytin-B. Проблемы в работе синцитина ведут к невынашиванию. Эти данные окончательно были подтверждены в исследовании, на специальной линии мышей, которым ученые «отключили» ген Syncytin-A. Все мышиные эмбрионы, в геномах которых не работали обе копии (и мамина, и папина) этого гена, неизбежно погибали между 11,5 и 13,5 днями внутриутробного развития[217].

Очевидно, что такую полезную штуку, как синцитин, мы получили в процессе эволюции. Но как именно это произошло? По современным подсчетам, наши предки-приматы обзавелись генами Syncytin-1 и Syncytin-2 всего лишь 25 и 40 миллионов лет назад соответственно. А спонсорами такого полезного приобретения стали… ретровирусы! Сами же ретровирусы нуждаются в синцитине для формирования вирусной оболочки. Проникнув в клетки, фрагменты ретровируса встроились в хромосомы наших предков[218] и, можно сказать, снабдили их новой суперспособностью – возможностью вынашивать внутри себя чужеродный организм в течение продолжительного времени.

И если сравнить наш геном с геномами других организмов, то можно увидеть совсем удивительную штуку: около 8 % генома человека составляют различные вставки от других ретровирусов! {Сюрпризы митохондриального генома / ПРИРОДА, 2002, № 6. Г. М. Дымшиц. https://www.amgpgu.ru/Evolution/Lectures/Cell/Dymshitz.html}

Конечно, далеко не все из них оказались настолько же полезны, как гены синцитина. Многие и вовсе потеряли свою работоспособность из-за выпадения кусочков гена или иных мутаций и теперь лежат в наших геномах этакими стопками рудиментарного хлама. Но так или иначе, 8 %, Карл! Иными словами, каждый из нас как минимум на 8 % генетически модифицированный организм. Ну разве это не прекрасно?

А вот теперь, предварительно договорившись о том, что этот рассказ ведет один ГМ-автор для своих замечательных ГМ-читателей, можно двигаться дальше. И уж наконец-то к самому интересному!

4.5. В дополнение

• Биологи впервые обнаружили горизонтальный перенос генов от растения к насекомому. https://nplus1.ru/news/2021/03/29/insect-plant-gene.

• Поверх барьеров. Что такое горизонтальный перенос генов и насколько он распространен. https://nplus1.ru/material/2019/01/28/pass-me-gene-please.

• Многоликая и уникальная: плацента в лабиринте эволюции Вероники Конкиной для Биомолекулы. https://biomolecula.ru/articles/mnogolikaia-i-unikalnaia-platsenta-v-labirinte-evoliutsii

5.1. Селекция глазами художников

За помощь в написании этой главы благодарю Евгению Черняеву[219].

Всегда ли привычные нам съедобные растения, фрукты и овощи были такими, какими мы знаем их сейчас? На этом месте обычно в пример приводят, пожалуй, самое наглядное сравнение: растение теосинте и зрелый початок кукурузы – его далекого потомка. И хотя этот пример действительно чертовски удачен, он все же имеет один изъян: необходимость ссылаться на молекулярно-генетические данные для подтверждения родства этих растений. А хочется же чего-то такого, чтоб близко каждому, чтоб наглядно. И мне кажется, я знаю, как тут поступить.

Приходилось ли вам когда-нибудь разглядывать натюрморты старых мастеров? Быть может, оригиналы в музеях? Или качественные репродукции, сохранившие все детали, старательно выписанные автором? Если ответ да, то наверняка вам приходила в голову мысль, что с некоторыми объектами на картинах что-то не так.

Вот, например, арбузы. Кто только не рисовал их на своих картинах. Но разве они похожи на то, что летом мы с нетерпением несем домой? Невольно хочется задать художнику вопрос, а доводилось ли ему вообще видеть в жизни настоящий арбуз? Отмахнуться от таких мыслей легко, ведь сегодня мы привыкли к фразе «я художник, я так вижу». И арбуз на современной картине имеет право даже быть синего цвета и напоминать, пусть например, дырявый башмак. Что же мешало и художнику прошлых веков дать волю своему воображению? Как нам из сегодня понять, где же заканчивается его фантазия и начинается реальность? Иными словами, можно ли вообще доверять тому, что изображено на его картинах?

https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Giovanni_Stanchi,_Watermelons,_Peaches,_Pears,_and_Other_Fruit_in_a_Landscape.jpg

Джованни Станки. Натюрморт с арбузами, персиками, грушами и другими фруктами. Около 1645–1672, Рим

Каким бы ни было искусство, оно всегда является способом познания и осмысления окружающего мира. И разные художники в разные времена по-разному подходят к этой задаче. Кто-то акцентирует внимание на анатомической верности, композиции и пропорциях (классицизм). Кто-то на эмоциональной составляющей (барокко). Даже пытаясь найти что-то нетрадиционное, инаковое (романтизм), художники вплоть до начала XX века остаются документально точными. А вершиной этой документалистики являются жанры портрета и натюрморта.

Один из первых самостоятельных натюрмортов – «Корзина с фруктами» Караваджо (1596). Художник подробно фиксирует мельчайшие детали – прожилки на листьях, пятнышки на яблоках и виноградинах, червоточинки, блики. Особенной любовью к натюрморту славились голландцы. Благодаря им мы можем знать, как выглядела посуда XVII–XVIII веков, что люди ели на завтрак, обед и ужин, каким все это запивали вином, и даже немного догадываемся о смысле изображенного. Соединяя данные, получаемые из различных источников – картин, писем, книг, археологических находок, архивных записей и даже бухгалтерских ведомостей, – историки воссоздают максимально подробную картину жизни прошлых эпох. История – точная наука. Ее изучение очень похоже на сбор прекрасного пазла: для получения картинки требуется собрать воедино разные факты. А каждый факт – кусочек пазла – не существует сам по себе, в отрыве от других. Так, например, натюрморты некоего голландского мастера прошлых столетий для науки важны не столько сами по себе, сколько в контексте той эпохи, когда они были созданы. Так, по другим источникам мы знаем, что голландские натюрморты символичны: каждый предмет не случаен – это послание[220]. А для наибольшей точности послания оно должно быть и максимально точно изображено, чтобы избежать любых искажений смысла.

Возьмем натюрморт с цветами. Изобразить их требовалось максимально точно, ведь от того, насколько точно передан цветок, его сорт и оттенок, зависело во многом значение изображенного на картине и даже удовлетворенность заказчика (картины очень часто писали именно на заказ). Рынок тюльпанов в Голландии, пожалуй, известен всем. Луковица редкого сорта тюльпана могла стоить совершенно баснословных денег[221]. Тюльпанами торговали на бирже наряду с золотом, специями и другими ценностями. А значит, крайне важно было изобразить тюльпан так точно, чтобы в богатстве владельца картины и его садоводческих навыках ни у кого не возникло сомнений.

Для расшифровки значений букетов существовали целые альбомы – владеть искусством составлять послания и понимать их смысл было важным светским навыком. В общих чертах смысл цветочного натюрморта (картинка выше) сводится к бренности бытия и краткосрочности земной жизни. На нем художник соединяет вместе едва распустившиеся бутоны, засохшие листья и опавшие лепестки. Еще закрытые бутоны рядом с распустившимся ярко-красным махровым маком. Полевые цветы (фиалки, незабудки) носят значение добродетели. Иногда символика картин может быть амбивалентной, например фрукты – символ жертвы Христа, но фрукты с гнилью или червоточинами – символ греховности. Изображение рыбы – символ Христа, устрица – намек на плотские утехи, мясо – символ чревоугодия, и т. д.[222]

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4e/Jan_Davidsz_de_Heem_002.jpg/1280px-Jan_Davidsz_de_Heem_002.jpg

Ян де Хем. Натюрморт с цветочной вазой. Ок. 1645. Национальная галерея искусства. Вашингтон

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/Canestra_di_frutta_%28Caravaggio%29.jpg/350px-Canestra_di_frutta_%28Caravaggio%29.jpg

Караваджо, Корзина с фруктами. 1596

Таким образом, каждый предмет имеет свое значение и должен быть изображен чрезвычайно точно для его сохранения. Понимая все это, давайте вернемся к началу главы и ответим на вопросы: сколько же фантазии в картинах художников тех времен? Можем ли мы полагать, что предметы изображены с максимальной точностью?

И историки с искусствоведами отвечают нам – да. Можем. Но что же тогда не так с пресловутыми арбузами?

Если выстроить картины в хронологическом порядке, можно заметить, как меняются на них одни и те же объекты, становясь все более похожими на те, что привычны нам.

Давайте рассмотрим «Натюрморт с фруктами, овощами и сценой ужина в Эммаусе» Флориса Герритса ван Схотена. Попробуйте отыскать на ней морковь. Подсказка: бледные корешки за спиной у девушки – это вовсе не она. Скорее всего это корни пастернака или петрушки. Морковь же здесь (возле правой руки героини) фиолетовая! Да, сейчас нам намного более привычна ярко-оранжевая. Мы даже говорим «морковный цвет» и всем сразу понятно, что это вовсе не фиолетовый. Но только благодаря тому, что такой выбор за нас много лет назад сделали селекционеры, предпочитая разводить ее гораздо чаще. Фиолетовые сорта не утеряны, и вы сможете без больших усилий найти их семена в интернете. Но массовый рынок XX и начала XXI века принадлежит рыжебокой красотке безраздельно[223].

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/21/Stilleven_met_vruchten_en_groenten_met_op_de_achtergrond_Christus_en_de_Emmaüsgangers_Rijksmuseum_Amsterdam_SK-A-2058.jpg

Флорис Герритс ван Схотен. Натюрморт с фруктами, овощами и сценой ужина в Эммаусе. 1651, Амстердам, Гос. музей

С детства я очень любила читать. Особенно разные приключения отважных мушкетеров, путешественников и пиратов, разворачивающиеся лет 200–300 назад. Разумеется, в тех романах было немало прекрасных дам. И неизменно кожа у них была «как свежий персик». Это сравнение заставляло меня искренне недоумевать: перед глазами представали хорошо знакомые образы персиков – шершавые, желтоватые (а то и вовсе ярко-желтые) с отчетливо красными боками. Ну нет, представить себе такую кожу у королевы, за подвесками для которой отважно отправились мушкетеры, у меня совершенно не выходило! Но взгляните на «Натюрморт с артишоками, редисом, спаржей, сливами и персиками в корзине» Якоба ван Хюльсдонка – и вы увидите их! Мелкие, на вид гладкие, бледно-розовые. Вот такой кожу возлюбленной отважного пирата представить мне значительно проще. Кстати, с артишоками на картине что-то тоже не так. Впрочем, как и с редисом (да, это кривые длинные белые корешки, торчащие из корзины).

https://3.404content.com/resize/730x-/1/91/C5/2125479235341780049/fullsize.jpg

Флорис Герритс ван Схотен. Сцена на рынке с двумя торговками овощами и фруктами. До 1655, Амстердам (здесь еще более розовые персики)

https://arthive.net/res/media/img/oy800/work/855/372105.jpg

Якоб ван Хюльсдонк. Натюрморт с артишоками, редисом, спаржей, сливами, черешней и персиками в корзине. XVII век. Частная коллекция

Вот еще пример, натюрморт Vanitas Марии ван Остервейк. Посмотрите на этот скромный початок кукурузы и жиденькие, по современным меркам, колоски пшеницы. Разве сравнится это с тем, что мы привыкли видеть?

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/Maria_van_Oosterwijck%2C_Kunsthistorisches_Museum_Wien%2C_Gemäldegalerie_-_Vanitas-Stilleben_-_GG_5714.jpg

Мария ван Остервейк. Vanitas. 1668. Вена

Даже погружаясь в пучину фантазии и намеренного искажения действительности, художники того времени все равно оставались в рамках реализма. Два самых известных фантазера – Босх и Арчимбольдо. Оба они предельно реалистичны в деталях. И это делает их максимально убедительными. Например, итальянец Джузеппе Арчимбольдо делает аллегорические фантазийные портреты на тему «Времена года» и «Четыре стихии». Это портреты, но при внимательном рассмотрении мы видим, что они собраны из овощей, фруктов, цветов, даже животных. При этом сами овощи написаны очень точно, поскольку все так же нагружены символикой.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Giuseppe_Arcimboldo_-_Pairs_of_Allegories_-_WGA00830.jpg

Джузеппе Арчимбольдо. Примеры аллегорий из циклов 1560-х годов «Времена года» и «Четыре элемента»

Таким же заложником символизма был Иероним Босх. В его чудесатых хитросплетениях человеческого, животного и растительного отдельные детали хорошо узнаваемы и читаемы, у него нет натюрмортов в чистом виде, но яблоки в его картинах не спутать с апельсинами, или гранатами – ведь символика в них все также различна. Удивительно, но благодаря символизму, наблюдательности и влюбленности в реальность художники смогли зафиксировать для нас свою действительность так точно, что мы можем по их картинам восстановить настоящую историю селекции!

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/The_Garden_of_Earthly_Delights_by_Bosch_High_Resolution_2.jpg/2880px-The_Garden_of_Earthly_Delights_by_Bosch_High_Resolution_2.jpg

Иероним Босх. Сад земных наслаждений (1500–1510). Центральная часть триптиха. музей Прадо. Мадрид

Если выстроить картины старых мастеров в длинный хронологический ряд, то изменения, которые селекционеры веками производили с культурными растениями, становятся очевидны. Как менялась толщина арбузной корки и цвета его мякоти, как колос становился все пышнее, а редис и морковь откармливали и выравнивали свои блестящие бочка – все это настоящие уроки наглядной биологии, преподанные нам посредством изобразительного искусства, прочными нитями связанного с реальностью своего времени.

В XXI веке мы можем дополнить эту картину данными молекулярно-генетического анализа и биоинформатической реконструкции. Но придумать что-то нагляднее искусства мне будет очень сложно.

5.2. Двадцатый век начинается

как говаривал сэр Артур Конан Дойл, отправляя Шерлока Холмса в очередные неприятности.

Наверное, мы уже даже немного привыкли, к тому чудовищному потоку новостей и изменений, что несет нам каждый новый день XXI века. Но так было не всегда. Большую часть истории человечества все менялось медленно. Очень медленно. Это касалось абсолютно всех сфер человеческой жизни: от быта до медицины, от математики и астрономии до взглядов на религиозные вопросы. Если изучать историю науки, то можно заметить, как между ключевыми точками развития какой-либо технологии иногда проходили десятилетия. Многие открытия из-за плохой коммуникации часто переоткрывались разными учеными в разных концах света и в разные годы (а то и века).

Но в XIX веке все изменилось. Мир сменил медленную поступь на быстрый шаг, шаг становился все увереннее, превращаясь в первые попытки бежать. Тому было сразу множество причин, не последней из которых стало развитие коммуникаций между разными его частями – появление телеграфа и железных дорог будто сократило расстояния между людьми. Прогресс, медленно плетущийся с тех самых дней, когда первые наши предки взяли в руки камень (чтобы то ли раздавить раковину моллюска, то ли голову косо посмотревшего соседа по пещере), стал набирать скорость. Иногда людям казалось, что его можно ощутить, потрогать. Он пульсировал в головах стуком колес несущихся паровозов, отстукивал щелчками телеграфных клавиш, гудел пароходными сигналами, звенел крючками жаккардовых станков и шелестел шестеренками автоматонов. И вот ко второй половине XIX века мир побежал. Побежал с той скоростью, что не знало ни одно поколение до того. С тех пор эта скорость только растет, и никаких вам пауз, чтобы скушать Twix. «Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее!» – голосом Черной королевы сказал обо всем этом полтора века назад известный математик Чарльз Лютвидж Доджсон, больше известный нам как Льюис Кэрролл.

О, как же, черт возьми, он был прав!

Это одновременно происходило во всех сферах человеческой деятельности. И одни из самых интересных вещей случились в мире биологии и конкретного ее применения к повседневной жизни – сельского хозяйства. Если до наступления XIX века для выведения нового более удачного, урожайного, климатически адаптированного и устойчивого к болезням сорта можно было позволить себе полсотни лет упорного труда селекционера, то теперь такие темпы становились расточительством. Конкуренция: не успеешь ты – успеют за тебя. Да и растущее население нужно как-то кормить.

В арсенале человечества в те времена была лишь селекция без какого-либо понимания, как это все работает внутри. До слов «гены», «ДНК», «аллели» оставались еще многие годы. Слово «наследственность» робко проступало на страницах первых научных работ. На этом месте я не буду пускаться в невероятно интересные детали, а лучше искренне посоветую главу «В потоке времени» из книги «Она смеется как мать»[224].

А мы же поговорим о ней. «Традиционной селекции».

Попробуйте затеять разговор об этом с неподготовленным собеседником. Попросите его охарактеризовать «традиционную селекцию» первыми словами, что придут в голову. Возможно, вам доведется услышать что-то вроде «это то, чем испокон веков занимается человек». В ответе также могут фигурировать прилагательные «простая», «понятная», «безопасная». Но так ли это на самом деле? Давайте заглянем за определением методов селекции в Википедию: «Основные методы селекции растений – массовый и индивидуальный отбор, внутривидовая и отдаленная гибридизация, инбридинг, полиплоидия и экспериментальный мутагенез»[225].

Массовый и индивидуальный отбор – вот то самое, что возникает в памяти человека по запросу «селекция». Мы незаслуженно отбрасываем все остальные, часто куда более продуктивные и распространенные, варианты. Здесь вроде бы все просто: для получения сорта крупных помидоров надо год за годом собирать урожай, отбирать самые крупные на семена, на следующий год сеять эти семена, собирать урожай… И так снова и снова, урожай за урожаем, пока… а что пока? Рано или поздно при таком подходе мы упираемся в ограничение: что делать, когда предел размера или сладости достигнут? крупнее или вкуснее уже не получается (а хочется)? А что, если в процессе селекции по одному признаку мы потеряли или приобрели другой, и не всегда это оказалось на пользу? Как такое вообще происходит? Или вот еще задачка: как добавить свойство фруктам, овощам или растениям, если ни у одного представителя нужного вида такое свойство не встречается? Отобрать и развести с отбором по нужному признаку просто не из чего. Непростая задача вывести сорт, скажем, пшеницы, которую можно выращивать в Сибири, если изначально мы не имеем семян с «запасом морозоустойчивости». И вот тут-то нам понадобятся все упомянутые методы селекции. Давайте рассмотрим их по порядку.

5.3. Что не так с искусственным отбором. Поломанные помидоры и путешествия во времени

Начнем мы с самого традиционного, самого древнего способа улучшения организмов – искусственного отбора. Для некоторых привычных нам ныне фруктов, овощей, злаков путь селекции кажется достаточно простым: несложно представить, как далекие наши предки заметили и посадили поближе к своему дому росток ранетки. Другие пути кажутся менее очевидными: намного сложнее вообразить, как хилая травка теосинте привлекла внимание древнего человека, чтобы стать однажды сочной кукурузой на нашем столе. На третьи же у меня и вовсе не хватит фантазии: путь миндального дерева из дикого и ядовитого к изысканной начинке для конфет. Но обо всем этом есть отдельная литература[226]. Поэтому я просто… расскажу здесь сказку.

Жили-были старик со старухою. И детей у них… было много. Да еще и внуки. В чем, собственно, и состояла проблема: всю эту ораву надо было кормить. Поэтому были у них и огород, и поле, и работа в скрюченных над грядками позах от первых петухов до укоризненного взгляда лунного блина на все это вопиющее безобразие[227].

Погодите, вы думали, что эта сказка о крестьянской семье? Ну что вы! Эта сказка о помидорке, ее подругах по грядке и их старинном помидорочьем роде, корнями уходящем (в прямом смысле корнями) еще на грядки ацтеков. Срывал их крестьянин на обед, оплакивали ушедших в последний путь их родственники. И так из года в год. В те времена с участка крестьянин мог прокормить лишь свою семью да отдать различные подати-налоги. Но год за годом, из поколения в поколение, отбирали фермеры лучших из лучших из помидорьего племени и оставляли на семена. (Хотя наверняка уж самые лучшие отправлялись правителю на стол или богам в жертву. А вот вторым лучшим предстояло продолжать род помидорий. Но сути нашей сказки это не меняет.)

Шли годы, и каждую следующую осень новое поколение помидорок становилось все лучше, крупнее, сочнее. Все больше было румяных и лоснящихся плодов на одном фамильном кусте[228]. Так настали времена, когда после сбора урожая и приготовления запасов на зиму у фермера оставалось еще и то, чем можно было бы торговать. Да не просто с соседями, а с тридевятыми царствами да тридесятыми государствами.

И вот тут резонно и остро встали вопросы: как доставить урожай целым, чтобы не сгнил и не побился по дороге? Как показать, что покупать нужно именно твой товар, а не соседа?

Вы ведь помните, как взрослеет обычная тепличная помидорка? Сначала краснеет у нее одна щечка, потом начинают золотиться бока, а когда очередь заливаться краской до хвостика доберется, уж верхняя часть трещинами покрылась. Ну как такое безобразие везти за моря да еще и кому-то пытаться продать? Да и выглядит такой процесс созревания не очень-то «товарно». А уже через пару часов тряски на обычной телеге весь урожай помидоров превратится в неаппетитную, грязную и испорченную томатную пасту. Да, есть такие помидорки прямо с грядки – это наслаждение. А вот попытки продать их хотя бы в соседнем городе – мука.

Так у селекционеров появилась новая задача: создать сорта для продажи, которые отбирать надо не на вкус и сладость, а на лежкость и равномерное, красивое созревание по всему плоду. И ведь они решили ее еще в XX веке.

Но вот беда: вместе с этим стали помидорки-путешественницы совсем невкусными. Как же так получилось? А этого селекционеры не знали. Ведь они отбирали только по определенному признаку, а значит, и по определенным вариантам генов, которые кодируют этот признак. Вот только в генетике все сложнее, и большинство признаков в организме завязано не на одном гене, а на их сложном и слаженном ансамбле. Таким образом отбор по одному признаку может стать по сути отбором по группе генов. А еще бывает, что отбор шел по одному конкретному гену, но сам ген отвечал за несколько различных признаков. И что именно пошло не так в случае с помидорами?

Относительно недавно генетики смогли найти ответ на эту загадку. Дело оказалось в том, что в плодах популярных селекционных помидоров работал испорченный белок GOLDEN 2-LIKE (GLK2). В геноме помидорок есть два гена – GLK1 и GLK2 – первый братец-ген преимущественно экспрессируется (читается) в листьях растений, а в его плодах работает в основном GLK2. В растительной клетке эти ребята нужны для развития пластид, которые участвуют в фотосинтезе – превращении воды, углекислого газа и солнечного света в органические вещества, которые нужны растению для жизни (побочным эффектом фотосинтеза является выделение в атмосферу кислорода). А вот за то, чтобы эти гены точно и вовремя «выходили на работу», то есть за их регуляцию, отвечает этот самый белок GLK2.

На вкус и созревание плодов влияет запасание сахаров и вторичных метаболитов в пластидах плода (напомним, что GLK2 влияет на формирование пластид). Когда ген GLK2 экспрессируется в плоде в норме, наблюдается green shoulder phenotype – томат с зеленой верхушкой. При появлении мутации glk2, закрепившейся при доместикации, плоды краснеют равномерно, зеленой верхушки не остается. Но из-за нарушения работы GLK2 нарушается формирование пластид и, как следствие, запасание в них питательных веществ. Мы увидим это через равномерную бледно-зеленую окраску его плодов, которая все так же равномерно по всей поверхности будет со временем краснеть[229]. Выглядит это, конечно, довольно красиво. Даже слишком красиво. А ведь именно этого и добивались селекцией. Вот только не учли, что все из-за того же пониженного уровня фотосинтеза в плодах образуется и меньше растворимых сахаров. То есть помидоры становятся менее сладкими. Теми самыми «пластиковыми» помидорами, в создании которых, кажется, обвиняют генных инженеров с момента появления этой сферы. Но как раз они-то тут совсем и ни при чем!

Пример помидорки наглядно иллюстрирует, что искусственный отбор – это вполне рабочая методика селекции. Но, к сожалению, не лишенная своих недостатков. В попытках получить что-то отвечающее критериям идеальности, которые установил себе селекционер, можно не заметить, что выбранная дорожка привела куда-то не туда. К счастью, сегодня у нас есть современные генетика и биоинформатика, чтобы вовремя отслеживать и не допускать больше таких промашек. Еще к началу XX века методами искусственного отбора человечество получило много важных сортов растений и пород животных. И стоит ли нам останавливаться на этом?

5.4. Ремонтируем помидоры и ломаем маркетинг

Вы не против еще ненадолго задержаться на истории помидорки? Обещаю, что совсем скоро мы вернемся к разговору о других методах традиционной селекции. Здесь я хочу сделать отступление и рассказать продолжение ее истории в наше время.

Сегодня генные инженеры могут починить то, что по неосторожности сломали селекционеры. Причем починить так, чтобы при этом сохранить свойства лежкости. Для этого можно, например, поставить перед генами GLK такой промотор, под управлением которого они начнут считываться намного чаще. Это приводит к тому, что в листьях и в плодах вырабатывается больше хлорофилла, повышается количество хлоропластов. В результате этого активнее работает фотосинтез, так что плоды получаются более сочными, сладкими, питательными, содержащими больше сахаров и других питательных веществ[230]. И это лишь один из вариантов «ремонта». Так почему мы все еще не видим более совершенных помидоров на полках магазинов?

И здесь нужно рассказать одну очень грустную историю: все уже было. В 1992 году в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) поступил запрос на одобрение первого в истории коммерческого генетически модифицированного продукта, который должен был поступить на столы обычных покупателей, – томатов под товарным названием Flavr Savr (от англ. Flavor Saver – хранитель вкуса). К тому времени ученые уже много лет создавали генетически модифицированные организмы в своих лабораториях, но «Хранитель вкуса» был первым овощем, разработанным для продажи.

Комиссия FDA работала долго и тщательно. Они проверяли, что в новом сорте нет непредвиденных изменений в геноме, оценивали питательные качества, отсутствие токсических веществ. И вот спустя два года эксперты одобрили заявку. А спустя еще год данный сорт томатов был одобрен и для коммерческого использования в Австралии и Канаде. Но на полки магазинов он отчего-то так и не попал. Технологию производства таких ГМ-томатов продолжила развивать уже другая компания[231].

И вот в начале 1996 года на прилавках крупных сетей супермаркетов Великобритании появилась новинка – томатное пюре с крупной яркой надписью на банке «сделано из генетически модифицированных помидоров». И это был прорыв не только в отношении к науке, но и в маркетинге: ГМО стало главной рекламной фишкой производителя.

Авторы этой небольшой заметки в BBC News от 5 февраля 1996 года не скрывают своего скепсиса, называя новинку «едой Франкенштейна» и приводя слова принца Чарльза о том, что «от всего этого (у него) холодок по спине»[232]. Почему же мнения о новости журналисты просят не у специалистов генетиков, а у публичной персоны, также известной из-за активной поддержки гомеопатии?[233] В заметке также было сказано и о том, что новые помидоры обходятся производителю значительно дешевле (их не нужно специально обрабатывать перед транспортировкой, ведь они и так доберутся целыми и созреют как надо), а значит, и покупателю они выйдут дешевле и будут доступны большему кругу. И что благодаря модификации из одного и того же количества исходного сырья получался более высокий выход томатной пасты.

Поначалу покупатели проявили к продукту большой интерес, но история ГМ-томатов оказалась недолгой. Причиной стало «давление, вызванное озабоченностью общественности по поводу ГМ-продуктов»[234], и к началу 1999 года поставки новых партий товара прекратились. К июлю 1999 года запасы в магазинах были исчерпаны, а новых поставок больше уже никогда не произошло. О причинах смены полюса мнений публики мы поговорим во второй части этой книги. А сейчас вернемся к прерванному разговору о традиционной селекции.

5.5. Морковка помножить на капусту… равно морквопуста?

В моей семье бытует легенда о прадедушке, который успешно выращивал на своих шести сотках груши на сливовом дереве и яблоки на грушевом. По рассказам все тех же внуков, яблоки у него были «во-о-от такие!». Его правнучка, то есть я, решила не отставать – в школе у нас с подругами было даже нечто вроде соревнования по выращиванию необычных кактусов. Высшим блеском было скрестить между собой два максимально непохожих друг на друга внешне кактуса и принести этого монстра в школу. Что удивительно, весь этот замечательный бэкграунд не имел ни малейшего пересечения со школьными уроками биологии. Предлагаю исправить это нелепое недоразумение. В этой подглаве мы скрестим не кактус с помидором, но сухую школьную теорию с практическими потребностями каждого фермера.

Итак, в этой главе мы вновь поговорим о гибридизации – одном из основных методов традиционной селекции. А еще попутно разобьем пару мифов о том, что жадные агрокомпании заставляют фермеров закупать только свои семена, делая их зависимыми от установленных ими цен и порядков. Чаще всего это утверждение я слышу в адрес компаний, которые торгуют семенами ГМ-растений. Но из этой главы станет понятно, есть ли под этими обвинениями основания.

Люди на протяжении многих тысяч лет создают гибриды, чтобы получить для себя какую-то выгоду, ведь они уже очень давно заметили, что гибрид двух не очень «крутых» сортов растений или пород животных часто оказывается «круче» обоих своих родителей разом. Вот мулы – гибриды матери-лошади и отца-осла. Упоминания об этих выносливых и неприхотливых животных, превосходящих по многим качествам обоих своих родителей, можно встретить еще в трудах Гомера за 800 лет до нашей эры[235]. С созданием гибридов животных возникают свои сложности, мы же поговорим сейчас о растениях – в растениеводстве гибридизация ужасно полезная штука!

Для примера возьмем морковку. Каждому дачнику известно, что существует множество вариантов морковки, которые можно вырастить у себя на грядке. Такие варианты называются сорта, а один сорт отличается от другого какими-то признаками (то есть на самом деле, вероятнее всего, различаются они генетически). Для простоты будем смотреть только на один ген, который отвечает за форму нашей морковки. У этого гена есть два возможных аллеля – А и а.

В условиях нашей задачи скажем, что первый сорт будет иметь генотип АА (то есть он гомозиготен по данному гену, от обоих родителей ему досталось по аллелю А). И пусть генотипу АА характерны тонкие и длинные корешки. Пусть второй сорт имеет генотип аа (он тоже гомозиготен по данному гену, а от обоих родителей ему досталось по аллелю a). И пусть растения с генотипом aa имеют короткие, но очень толстые корешки. Как селекционеры (или просто увлеченные огородники) мы хотели бы получить в урожае красивую толстую и длинную морковку. Поэтому давайте попробуем вывести их гибрид – скрестим между собой оба сорта и посмотрим, что получится.

Нарисуем этот процесс в виде таблички (решетки): по горизонтали запишем аллели первого родителя, равновероятно попадающие в его половые клетки (гаметы), а по вертикали – второго. В ячейках таблицы запишем получившиеся комбинации:

Итак, все 100 % потомков этих двух сортов будут гибридными – гетерозиготными по нужному гену, с генотипом Aa. Предположим, что наш план удался и гибрид имеет толстые и длинные корешки.

На практике иногда оказывается, что такой гибридный сорт превосходит по многим параметрам обоих среднестатистических родителей из обеих линий. Происходит это благодаря такому явлению, как гетерозис – аллели одного гена двух разных сортов, сложившись вместе, в некоторых случаях дают результат намного лучше, чем каждая из них давала бы в паре с точно такой же аллелью. То есть гибриды могут быть устойчивее к вредителям, крупнее или вкуснее каждого из родителей. Таким образом, гибридные животные иногда более плодовиты, дают больше молока или яиц, более устойчивы к болезням, лучше способны справляться со стрессами окружающей среды, чем можно было бы предсказать, исходя из средней приспособленности их чистокровных родителей. Причем важно отметить, что гетерозис имеет место только для первого поколения гибридов и только при скрещивании чистых линий – в случае растений речь о сортах, полученных путем самоопыления на протяжении нескольких поколений, а в случае животных – об инбридинге – близкородственном скрещивании (братьев с сестрами, например). В практическом плане же это значит, что для получения максимальной выгоды мы должны поддерживать чистые линии, из которых можно было бы получать (для продажи фермерам, например) гибриды первого поколения. Таким образом, повышенная гомозиготность снижает жизнеспособность и качества особей, а гетерозиготность, введенная аутбридингом (в противоположность инбридингу, аутбридинг – это скрещивание между максимально далекими друг от друга генетически особями одного или близкородственных видов), качества особей, наоборот, улучшает. Да, гибриды рулят. Гибриды первого поколения рулят особенно сильно. (Gregoire Leroy, …David R. Notter, in Reference Module in Life Sciences, 2018, W. E. Timberlake, in Brenner’s Encyclopedia of Genetics (Second Edition), 2013.)

Теперь привлечем сюда немного математики. Наша прекрасная гибридная морковка выросла, была собрана и спрятана в погребе, а запасливый огородник решил не тратиться на семена на следующий год – ведь можно же собрать семена самостоятельно! Для этого снова обратимся к таблице (она называется решетка Пеннета) – и вновь по горизонтали мы напишем возможные варианты аллелей первого родителя, а по вертикали – второго.

Подсчитаем теперь новый урожай. Одна доля коротких и толстых морковок с генотипом aa, одна доля длинных и тонких с AA. И две доли таких же прекрасных, как родители, гибридных морковок Aa. То есть только половина от всего нового урожая будет такой, какую примерно ожидал садовод![236]

Если наш герой не просто садовод-любитель, а фермер, который продает продукцию магазинам, то придется учитывать, что магазинам важно, чтобы морковь им поставляли товарного вида – длинную и толстую. А значит, на второй год фермер продаст только половину урожая, если решит сэкономить на закупке семян. (Вторую половину он, конечно, тоже может продать. Например, на корм животным и по меньшим ценам. Но это совсем не так выгодно.)

Заглянем дальше страниц учебника: построим абстрактную ситуацию и попробуем понять, что будет происходить с долей гибридов со временем. Пусть вся популяция морковки на полях фермера перешла на самоопыление: пчелы между ними больше не летают, ветерок цветки не колышет. Каждый год их семена высаживают в одной уютной огромной теплице. В первый год наш фермер закупил семена гибрида и вырастил из них одну тонну моркови. Собрал осенью урожай и с каждого куста оставил по семени (конечно, он мог бы оставлять и больше, но теплицу тогда бы пришлось увеличивать). Пришла весна, фермер подготовил в теплице грунт и высадил туда семена от прошлого урожая. На второе лето его урожай выглядел так, как мы обсуждали выше (см. таблицу) – половина моркови оказалась гибридной, а половина – нет. То есть морковки, которую можно было бы продать в магазин на второй сезон, стало 500 кг вместо одной тонны, собранной в прошлом сезоне. Если теперь по семени взять от кустиков гибридных морковок второго поколения, то на третий сезон снова лишь половина морковки вырастет гибридной – с 500 кг урожай гибридов упадет до 250 кг. В четвертом сезоне вместо 250 кг останется 125, в пятом – только 62,5, а в шестом – всего 31 кг. В седьмом сезоне всю морковку на продажу можно будет уместить в паре ведер, ведь ее останется только 15 кг, а в восьмом нам понадобится только одно ведро, куда влезет чуть больше 7 кг. В девятом сезоне 3,5 кг урожая товарного вида мы сможем продать на салат для какого-нибудь не очень пышного семейного торжества, а в десятом такую маленькую партию из полутора килограммов не согласится покупать уже никто. Какая-то сомнительная экономия на закупке семян получилась у нашего фермера. Конечно, условия задачи у нас вышли (во всех смыслах) «тепличные» и на реальном поле будет происходить переопыление. Но гарантировать 100 % такого как надо урожая хотя бы во втором сезоне мы точно не сможем. А непредсказуемое качество урожая невыгодно в первую очередь самому фермеру.

Таким образом, агрокомпаниям нет нужды хитрыми манипуляциями принуждать бедных фермеров каждый год закупать семена, ведь закупка – это в первую очередь интерес самого фермера. Но почему бы фермеру самостоятельно не создавать семена гибридов? Может быть, это им запрещено?

Получать гибридные семена в домашних условиях очень невыгодно самому фермеру. Ведь это требует специального оборудования, дополнительных финансовых затрат и человеческих ресурсов. Подумать придется не только о процессе опыления растений, сбора и хранения семян, но еще о сохранности своего посевного оборудования и проблемах при посеве.

Кажется, от таких слухов устали и сами фермеры. Так, американский фермер Брайан Скотт из штата Индиана в ответ на постоянные вопросы написал подробный рассказ о практических сложностях, связанных с подготовкой семян[237]. Вместе со своим отцом и дедом Брайан возделывает поля, где выращивает пшеницу, сою и кукурузу. Площадь семейной фермы чуть меньше Кипра (или чуть больше трех Люксембургов с хвостиком из пары Ватиканов), в общем, сохой или плугом обходиться уже не получится, нужно дорогостоящее посевное оборудование. Оборудование, которое очень чувствительно к размеру и форме семян. Например, в автоматической сеялке есть важная деталь – высевающий диск. Настройки оборудования должны четко соответствовать размеру семян и установленному диску, чтобы засеять поле с идеальными интервалами. Если семена будут разного размера, меньше или больше ожидаемого, то в одну лунку их может упасть сразу несколько. Растения начнут конкурировать между собой за воду и солнечный свет, так что ни одно не вырастет полноценным. Да и расчетного количества семян в таком случае не хватит на все поле. Вспомните, как выглядит початок кукурузы: у основания зерна намного крупнее, чем к концу початка. Если заранее не отсортировать их на соответствующем оборудовании по размеру и форме, то на поле жди проблем. И неизменно придется утилизировать ту часть, что не прошла строгие критерии отбора. А это еще раз потери финансов, времени и человеко-часов. Но и это не все сложности – растения кукурузы на семена выращивают иначе, чем основной урожай: «Для выращивания семенной кукурузы требуется посадка с чередованием рядов из мужских и женских растений. Затем в правильное время из растений на определенных рядах нужно удалить некоторые репродуктивные органы, чтобы получить желаемый для фермера гибрид», – пишет Брайан[238].

В итоге получается, что закупать семена выгодно самим фермерам. А что же ГМО? Помогут ли они решить проблему и разрушить зависимость фермера от акрокомпаний? Или наоборот – еще больше свяжут фермерам руки? Регулярно вижу на просторах Сети утверждения, что агрогиганты заставляют фермеров покупать у них каждый год семена их ГМ-растений, а если кто ослушался и хоть колосок вырастил из семян от прежнего урожая, тому грозит тюрьма. Где же правда?

Массово в сельском хозяйстве на осень 2021 года возделывают только несколько видов ГМ-растений, основные из них: соя, кукуруза, сахарная свекла, рапс и хлопок[239] (все это, к сожалению, не в России). И здесь надо уточнить, какие для них существуют направления генетической модификации. Чаще всего это модификации, направленные на выработку собственных биологических инсектицидов или на устойчивость к разным гербицидам (вид пестицидов для борьбы с сорняками).

Таким образом, популярные в агрокультурах модификации не связаны с размером или формой плодов или зерна. Стабильно влиять на эти характеристики достаточно сложно, а методы гибридизации здесь справляются самостоятельно и вполне хорошо. Так что за форму и размер по-прежнему отвечает базовый сорт, на базе которого и проводится модификация. А сорт этот, конечно, гибридный. А потому правила для ГМ-семян основаны на все тех же проблемах, которые диктует нам генетика и простые вычисления, произведенные нами выше для семян гибридов. В общем, опять правила фермеру диктует только разумный, экономически обоснованный выбор.

Под конец этой главы верну слово Брайану: «Пшеница (не ГМ-пшеница. – Прим. авт.), которую я выращиваю, находится под патентной защитой – мне приходится регулярно объяснять это тем, кто считает, что патенты на растения относятся исключительно к ГМО-культурам. Многие растения, от ГМО до обычных, от органических (да, органические фермы часто также выращивают патентованные селекционные сорта[240]. – Прим. авт.) до декоративных, защищены патентами, это мало чем отличается от программного обеспечения, с помощью которого я печатаю эту статью. Так же, как селекционер или компания, занимающаяся селекцией растений, какая-то софтверная компания вкладывает много времени и ресурсов, чтобы вывести на рынок хороший продукт, и я не должен продавать копии этого программного обеспечения своим друзьям. Разве для них не так же справедливо иметь защиту патента, чтобы окупить эти вложения и даже получить прибыль? Я смотрю на семена точно так же»[241].

Давайте вдогонку развеем еще один миф и двинемся уже дальше в разговоре о том, какой же бывает традиционная селекция. В Сети популярно утверждение, что БигАгра[242] – компании – гиганты в агропромышленном секторе – вынуждают фермеров становиться их рабами: если подписал контракт с такой, то год за годом покупать можешь только ее семена и только ее пестициды (и прочее нужное для получения хорошего урожая). Этакое «подсесть на иглу БигАгры». Бр-р-р, жутковато. К счастью, на деле это совсем не так. Фермер может сменить компанию поставщика в любой удобный для него момент. И покупать или нет вместе с семенами и пестициды он тоже в теории решает сам. Но тут нужно вспомнить простую логичную штуку: если, например, компания разрабатывает сорт, устойчивый к некоему гербициду[243], то логично и то, что, скорее всего, она сама же выпускает и этот гербицид. И тогда покупать и то и другое часто приходится именно у нее (если на вещество или сорт еще действует патент. Если срок действия патента истек, то, как правило, производить патентованное средство или сорт могут и другие компании. И тогда у фермера появляется выбор, у кого ему покупать). Ознакомиться с реальным контрактом не сложно[244]. Напомню, что патент может существовать на любой сорт. В том числе и на не гибридный.

5.6. Злосчастная картошка

Главная мысль, которую мне хочется донести во всей главе о традиционной селекции, – любой такой метод есть вмешательство в ДНК организма, знаем мы о том, что такое ДНК в момент вмешательства, или нет. Инструмент не может быть опасным или безопасным: на ногу очень больно можно уронить как пишущую машинку XIX века, так и суперсовременный компьютер. Просто не надо ронять их на ногу, надо выполнять на них нужные вам задачи. Опасным или безопасным может быть только применение инструмента. Вот о такой истории неудачного применения мы и поговорим в контексте гибридизации.

В 1959 году в теплицах маленького американского городка Белтсвилль (штат Мэриленд) селекционеры вырастили новый гибридный сорт картофеля. За его основу взяли сорт обычного картофеля Дельта Голд, известный своей урожайностью, и дикий южноамериканский картофель (Solanum chacoense), который мог привнести в этот союз устойчивость к вредителям. И получившийся гибрид оказался чудо как хорош! По характеристикам он просто идеально подходил для изготовления картофельных чипсов. Да и противостояние вредителям удалось: и фитофтора его не брала, и к вирусу мозаики обыкновенной оказался иммунитет, и еще несколько типичных картофельных болячек обходили стороной этот картофель[245]. Назвали новый сорт Lenape (Ленапе)[246]. К 1964 году начались его испытания, а уже к 1967-му, когда сорт получил разрешение на продажу, его выращивали во множестве штатов.

Он имел огромный успех у компаний – производителей чипсов! Так что все шло очень хорошо, пока один селекционер из Онтарио не решил приготовить себе ужин. По его воспоминаниям, он отварил себе картофеля с горошком[247] (и мне думается, собирался провести чудесный вечер). Но неожиданно почувствовал сильную тошноту, встав из-за стола. Через неделю мужчина решил повторить свой кухонный эксперимент и снова в результате получил приступ тошноты. Окончательно убедившись, что что-то тут неладно, он взял сырые клубни и отправился в гости к знакомому биохимику. В лабораториии быстро стало ясно, что кожура картофеля содержала непозволительно большое количество гликоалкалоидов – ядовитых органических соединений. В мякоти их было поменьше, но тоже значительно. Тут надо заметить, что гликоалкалоиды – а в частности соланин – содержатся в любой картошке, но в небольших количествах. Под воздействием света на клубни соланина становится больше. Мы видим это обычно по зеленым бокам картошки, которую хранили неправильно. Растению соланин нужен для защиты от насекомых и других вредителей, а о безопасности тех, кто решит полакомиться им, оно уж точно не думает. Видимо, из-за скрещивания с диким картофелем у гибридного сорта и получилось такое неприятное побочное свойство. Заметить его было непросто, ведь для приготовления чипсов использовали только мякоть клубней (а там соланина было меньше, чем в кожуре). Для иных блюд производители продавать его не планировали. Но селекционер, в распоряжении которого оказались клубни, излишки которых можно было приготовить, оказался не единственным – из Европы также начали поступать сообщения о расстройстве кишечника после употребления вареного картофеля Ленапе[248]. Настоящее отравление соланином в больших дозах довольно страшная штука – оно проявляется от тошноты, рвоты, болей в животе до угнетения сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной, мочевыделительной системы. При чрезвычайно высоких концентрациях может наступить паралич и даже смерть. FDA предостерегает не употреблять позеленевшие части картофеля во избежание отравления[249].

Уже в 1970 году Ленапе отозвали. Но после этой истории он вовсе не исчез с лица Земли. Его семена применяются в селекции, а гибридные потомки используются в разных сферах и также участвуют в получении новых сортов картофеля[250].

Эта история широко используется как аргумент в спорах о ГМО: защитники технологии часто приводят ее, чтобы показать, что традиционная селекция вовсе не так безопасна, как мы привыкли думать. Но здесь у нее другая роль. Я рассказываю ее затем, чтобы показать две вещи: первое – любой способ вмешательства в живые организмы – это потенциальное вмешательство в их гены (здесь картофель отобрали на варианты генов, приводящие к повышенному содержанию соланина); а второе – тщательная проверка нужна для любого нового сорта, независимо от того, каким способом он был получен. В следующей главе речь пойдет еще об одном инструменте традиционной селекции. И хотя этот метод на вид может показаться намного более пугающим, чем даже современные технологии изготовления ГМО, нужно помнить, что это также лишь инструмент. Инструмент, которым более или менее успешно пользовались селекционеры до изобретения чего-то более совершенного.

5.7. Допинг для мутантов

В начале книги (глава 1.2. «По порядку») мы говорили, что при каждом копировании одной нити ДНК неизбежно случаются мутации. Большая часть из них отлавливается и исправляется специальными механизмами починки. Но некоторые мутации уходят от контроля надзорных служб клетки. Таких «нарушителей» сравнительно немного, да и не все мутации ведут к замене аминокислоты при синтезе белка, поэтому каждое следующее поколение не отличается принципиально от своего предыдущего. Мутации в геноме накапливаются медленно и постепенно. Если поставить в одну линию ваше фото, фото ваших мамы, бабушки (по маме), прабабушки, прапрабабушки и так на несколько сотен тысяч лет назад (представим, что фотографию изобрели еще во времена, когда наши предки прыгали по деревьям), то вы не заметите принципиальных отличий в строении тела, ладоней, формы головы, на какой отрезок этой линии вы бы ни посмотрели. Но стоит лишь быстро перемотать фотоленту из начала в конец, как изменения бросятся в глаза. Ну а если пролистывать ее медленно, то сразу становится понятно – нет никаких «промежуточных звеньев». Поучительное, в общем, выходит занятие. Так происходит эволюция – медленно и незаметно. Но можно ли ее ускорить?

В конце 1920-х сразу несколько разных ученых экспериментально показали влияние рентгеновских лучей на внешний вид и развитие мушек Drosophila melanogaster. Сегодня мы знаем, что такое излучение является мутагенным фактором – то есть ускорителем появления ошибок (мутаций) в геномах организмов. Селекционеры схватились за эту возможность ускорять во много раз появление и накопление мутаций. За прошедшие с того момента почти сто лет у человечества появилось более 2000 новых сортов растений! Причем большая часть из них[251] была получена с помощью мутагенеза, индуцированного (вызванного) различными типами излучения (например, гамма-лучами или лучами рентгеновскими[252])[253]. Второе место в рейтинге популярных мутагенов заняли различные химикаты. В результате получились новые сорта растений, устойчивые к морозам и дающие с гектара куда больше урожая, чем все их предшественники, а еще более крупные, лучше сохраняющие свой цвет и форму – настоящие чудеса традиционной селекции.

С появлением этих методов больше не было нужды ждать годы и перебирать урожай за урожаем в поисках плода с нужной случайной мутацией, а стало возможным одновременно индуцировать тысячи мутаций у тысяч семян и отбирать из них в куда более короткие сроки – просто по теории вероятности среди тысяч мутаций получить несколько нужных уже с одного урожая намного проще.

А вот еще подход: размер плода у некоторых видов растений во многом связан с количеством наборов хромосом в клетках (два, четыре, шесть и так далее), поэтому, если увеличить число наборов хромосом в клетке, то и конечный плод будет получаться крупнее. Как этого добиться? Во время деления соматической клетки парный набор хромосом удваивается, а потом ровно пополам расходится по двум новообразованным клеткам. Таким образом в каждой новой клетке получается правильный набор хромосом, соответствующий исходному. Но если поймать момент, когда хромосомы уже удвоились, но клетка еще не разделилась на две, то этому делению можно помешать, сохранив весь удвоенный набор внутри первой старой клетки. При следующем делении для клетки исходным количеством хромосом будет уже ранее удвоенное, так что можно добиться стабилизации этой клеточной линии и спустя несколько поколений снова повторить фокус с удвоением, снова помешав делению клетки в последний момент. Но как это сделать на практике? Например, обработать семена веществом, которое помешает нормальному процессу деления. Самое популярное вещество такого рода – колхицин. С его помощью получены многие современные сорта пшеницы, ржи и других растений.

Благодаря веществам, блокирующим нормальный процесс деления, можно также вернуть способность размножаться гибридам, которые потеряли ее из-за разного количества хромосом их родителей. Рассмотрим на примере тритикале – гибрида пшеницы с рожью. Тритикале лучше пшеницы переживает морозы, устойчив против грибковых и вирусных болезней, менее требователен к плодородию почвы и при всем этом обладает высокой пищевой ценностью. Просто супергерой среди всех сельскохозяйственных сортов. Получили это чудесное растение еще в конце XIX века. Но имелась одна сложность – тритикале не может размножаться самостоятельно. Дело в том, что у ржи и пшеницы не совпадает не только количество наборов хромосом, но и количество хромосом в одном наборе. Возделываемой пшеницы существует несколько видов и множество сортов, и их кариотипы могут различаться. Я буду рассказывать о сорте, в котором 6 наборов по 7 хромосом. Рожь, которую используют в сельском хозяйстве, имеет 2 (а иногда 4) набора по 14 хромосом. Решение оказалось таким: все также при помощи колхицина из обычных растений тритикале были получены растения с удвоенным полным набором хромосом, способные к размножению. Когда эта сложность разрешилась, тритикале зашагал по планете[254]. Сейчас тритикале выращивается почти по всему миру[255]. В России многими институтами ведутся работы по дальнейшему усовершенствованию сортов тритикале[256].

Но и сорта с нечетным числом хромосом, неспособные самостоятельно размножаться, тоже используются повсеместно. У них есть свои преимущества: например, они не могут стать инвазивными – не «убегут» в природу, захватывая территории у эндемичных растений. А еще из них можно получать более удобные для нас продукты – такие как арбуз без косточек. Для этого нужно взять обычный диплоидный (с двойным набором хромосом) арбуз, испортить его процесс деления при помощи колхицина и получить в результате тетраплоидный (с четырьмя наборами) арбуз. Затем скрестить этот тетраплоидный с обычным диплоидным и получить триплоидный арбуз ((4+2)/2=3), у которого не будет семян. То есть косточек[257]. И получить продукт с очень высоким спросом.

К гонке за то, кто создаст самые новые, самые лучшие и самые продуктивные сорта, в XX веке присоединилось множество стран. Первое место в ней вскоре забрал Китай (больше четверти существующих в мире мутантных сортов было создано в его лабораториях), на втором месте Индия. Замыкают рейтинг лидеров Россия, Нидерланды, США и Япония[258]. Так что практика получения сортов таким способом общемировая. Хлеб и макароны, крупы и хлопья, овощи и фрукты, овощные консервы и варенья – все, что мы видим на полках магазинов сегодня, – получено из сортов-потомков, родители которых были получены одним из рассмотренных выше способов селекции. И эти способы не хороши и не плохи – это всего лишь инструменты своего времени. Да, сегодня контроль строже, и вряд ли однажды даже для сорта, полученного любым традиционным подходом, может повториться история, подобная истории картофеля Ленапе. Сегодня методы изучения геномов намного более развиты, и можно надеяться, что больше мы не сломаем никаких помидоров. В общем, наука не стоит на месте. Вместо сохи у современного фермера появился трактор с установленным культиватором, а к старым методам влияния на геном для получения новых сортов семян добавились новые методы. Они родились из того, что наши знания о биологии стали намного больше, чем были доступны еще не так давно. И, черт возьми, разве это не здорово!

Наверняка вам, как и мне в мои далекие от мира биологии времена, приходила в голову мысль: если эти ГМО так безопасны, как твердят нам ученые, то откуда же вообще взялся страх перед ними? Этим мыслям усердно подпевает известная народная мудрость: дыма без огня не бывает. Но откуда пошел дым? Быть может, кто-то совершил умышленный поджог?

Если кому-то из читателей этой книги довелось побывать в США или Великобритании в середине 1990-х годов, то в супермаркетах он мог встретить ряды банок томатного пюре с яркой надписью на упаковке «сделано из генетически модифицированных томатов». Факт генетической модификации не просто не скрывали, им гордились, вокруг него строили рекламные кампании. Торжество науки во благо потребителя! Этой истории во всех красках посвящена глава 5.3. «Что не так с искусственным отбором. Поломанные помидоры и путешествия во времени». А здесь мы поговорим о причинах, изменивших общественное мнение о ГМО.

2.1. В начале было слово

И слово то было «соответствие»

Эта книга начиналась с рассказа о системах принятия решения в условиях неопределенности. Мы обсудили, что система быстрого принятия решений (система 1), более эволюционно древняя система, неоднократно спасала жизни нашим предкам, да и нам самим. Представить медведя в на миг промелькнувшей тени и, не задумываясь, спрятаться в глубине укрытия – выигрышная стратегия (но только на короткой дистанции – всю жизнь в укрытии не просидишь, придется все-таки отправляться на встречу с неизвестностью и мамонтами, когда забурлит в желудке). В комплекте с этой системой нам достался и страх всего нового. Еще в 1970-х, с первыми шагами в технологии рекомбинантных ДНК, пришли и первые негативные реакции общества. Ученые и общество вступили в активную дискуссию. Вот пример страхов, что оказались на повестке дня в то время: если мы встроим в бактерию ген, вызывающий рак, вдруг она ускользнет из лаборатории и этот ген подхватят и другие бактерии? Поль Берг, тот самый отец технологии рекомбинантных ДНК, о котором мы говорили ранее, стал председателем комитета, разрабатывающего нормативы и регламенты для будущих исследований. Введенные комитетом в результате ограничения оказались даже слишком суровы и через некоторое время были смягчены – накопившиеся данные экспериментов показывали, что многие из учитываемых в начале возможных сценариев не могли реализоваться на практике[260]. Так, принятые в качестве быстрой меры решения, продиктованные во многом системой 1, со временем уступили место решениям, разработанным с учетом детальной оценки рисков, – то есть при помощи системы 2.

Основываясь на современных научных исследованиях и рациональном подходе, Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР)[261], ВОЗ[262], Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций[263], Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов[264], – в 90-х годах прошлого века плечом к плечу встали за упрощение процедур выведения на рынок продуктов, полученных в результате модификации, и одновременно за повышение безопасности этих продуктов.

В основе оценки безопасности таких продуктов они предлагали рассматривать концепцию соответствия традиционным аналогам, которую в 1993 году предложила ОЭСР[265] – одна из ведущих международных организаций в сфере регулирования рынка. Иными словами, чтобы разработанный в лаборатории продукт мог отправиться на полки магазина, он должен отвечать довольно простым пунктам, например:

• традиционный продукт должен иметь достаточно длительную и успешную историю употребления в пищу человеком (то есть мы много тысяч лет едим морковку, значит, можем модифицировать морковку и предполагать, что она будет также безопасна для нас, как самая обычная морковка);

• модифицированный продукт должен соответствовать по вкусу, запаху, составу и внешнему виду традиционному аналогу (эта модифицированная морковка столь же питательна, а еще она пахнет, хрустит и выглядит как традиционная морковка, следовательно, мы можем доверять такой морковке).

ОЭСР настаивала, что любые сорта должны проходить проверки на соответствие стандартам безопасности и качества. Независимо от способа, которым данный сорт был получен. Составлявшие этот документ специалисты прекрасно понимали, что генная модификация в основе своей – это такой же способ изменения генома организма, как традиционно используемые для этого селекция, гибридизация и направленный мутагенез. А значит, и подходить к оценке безопасности для конечного потребителя нужно одинаково и рационально[266].

Есть в документе и совершенно конкретные примеры, которые позволяли трактовать предлагаемые правила. Хотя на момент создания документа на рынке еще не существовало, например, модифицированных томатов, детально разобрано, каким томатам могли бы потребоваться модификации и каким именно требованиям должен был в таком случае отвечать такой ГМ-томат. К примеру, мы хотим разработать томаты, которые были бы устойчивы к глифосату (также известен под торговым названием «Раундап») – популярному в фермерском хозяйстве гербициду. Известно, что некоторые сорняки выживают, несмотря на то что поле было качественно обработано гербицидом. Противостоять этому веществу таким сорнякам помогает продукт мутантного варианта гена EPSPS. Известно, что сам ген EPSPS в норме и так присутствует в растениях, но в своем обычном варианте инактивируется глифосатом. Поэтому мы можем поместить в геном томата, у которого и так есть обычный вариант этого гена, дополнительный ген EPSPS с мутацией, обеспечивающей эту самую устойчивость к глифосату. Такая мутация теоретически даже возможна просто в природе, без помощи генных инженеров (только ждать ее пришлось бы непредсказуемо долго). Если после этого все проверки модифицированного томата покажут допустимые значения, эквивалентные обычному томату, то продукт можно спокойно выпускать на полки магазинов.

К 1998 году даже инициируется процесс создания новой организации – Трансатлантического экономического партнерства (TransAtlantic Economic Partnership) – для одновременной научной оценки ГМ-продуктов в США и странах ЕС[267]. Светлое будущее биотехнологий, кажется, неотвратимо становится не менее светлым настоящим.

Но за горизонтом уже начали собираться тучи…

2.2. Тучи

В 1996 году Международная организация потребителей (Consumers International, CI) публикует отчет с критикой политики соответствия аналогу. И сейчас я сама не верю, что напишу следующие строки: одним из основных пунктов претензии CI было то, что «отсутствуют доступные научные данные о безопасности традиционных пищевых продуктов, используемых для сравнения с ГМО. В области науки, в которой многие механизмы все еще остаются загадкой, необходима большая осторожность!»[268].

То есть положение о политике соответствия говорит: если ты ГМ-морковка, но на вкус как обычная морковка, по составу как обычная морковка, пахнешь как обычная морковка и гены в тебе такие, что теоретически могли бы быть в обычной морковке, то и относиться к тебе надо как обычной морковке. А критический отчет CI отвечает на это: «А почему вы так уверены, что обычная морковка это вообще безопасно? А если нет? А если от нее у наших внуков хвост вырастет? Может быть, просто нам пока еще рано судить, ведь мы едим морковку всего какие-то несколько тысяч лет. Вдруг опасный эффект проявится только позже?»

После публикации скорее заявления, чем отчета CI, в обществе появились и первые волнения, быстро превратившиеся в первые марши протеста. Поводом послужило начало поставок в Европу из США партий модифицированной кукурузы и сои. Организации – противники ГМО развернули активную деятельность, начались общественные дебаты. В ответ на запрос общества регулирующие организации внесли более жесткие ограничения в политику соответствия. Приняв это как свою победу, активисты усилили нападение: к маршам протеста добавились и акции вандализма. Так, в 1998 году в Великобритании несколько женщин ворвались на частные поля фермеров и начали уничтожать посадки ГМ-растений[269]. Организация Genetix Snowball, которую они представляли, требовала ввести мораторий на технологии генной инженерии.

В ответ на это официальные организации еще закрутили гайки, ужесточив регламенты проверок. Что дало повод активистам продолжить нажим – ах, вы готовы признать нашу правоту и опасность ГМО? Значит, ГМО действительно опасны![270] Одним из ярких противников и влиятельных активистов был принц Чарльз. Наследник британского престола не только активно высказывался в прессе, участвовал в дебатах, инициатором которых был он сам, но и организовал собственную кампанию протеста – так, в феврале тысячи жителей Великобритании получили письма с призывами бояться ГМО, а торговые сети «настоятельно просили» к 2000 году убрать со своих полок любые ГМ-продукты[271]. В это же время правительство Великобритании само загоняет себя в ловушку двойных стандартов, чем усиливает позицию протестующих: продолжая выдавать лицензии на ввоз в страну ГМ-продуктов, оно заявляет о полном отказе от их использования во всех ресторанах и кафе, относящихся к Палате общин и королевскому двору[272]. Это решение добавляет новые аргументы противникам ГМО, ведь теперь ситуация с точки зрения общества выглядит так: элиты понимают риски и отказываются, а на простом народе продолжают ставить опасные эксперименты.

Россия отстает совсем немного и разворачивает не менее активную деятельность против ГМО уже в начале 2000-х. Некоммерческая организация Общероссийская ассоциация генетической безопасности (ОАГБ)[273] появляется в общественном пространстве с громким публичным обвинением в адрес компании Nestle в использовании в продуктах белка, полученного генно-инженерными методами. Однако, по заявлению компании Nestle, никаких данных, подтверждающих обвинения, ОАГБ так и не предоставила. А незадолго до инцидента, по словам представителя компании Nestle, от ОАГБ поступило предложение на размещение на продуктах компании метки «Генетически безопасный продукт», стоимость которой 216 тысяч рублей в месяц, и обвинение стало ответом на отказ Nestle поддаться условиям «продовольственного рэкета»[274]. Деятельность ОАГБ нанесла немалый ущерб науке и обществу, за что в 2015 ОАГБ была номинирована на вручение антипремии за самый вредный лженаучный проект, в рамках премии «За верность науке» (премия учреждена Министерством образования и науки РФ). «Организация, деятельность которой направлена на пропаганду вреда ГМО, вследствие чего государственная политика поддержки генно-инженерных технологий была приостановлена – что ведет к отставанию нашей страны в области создания и применения современных биотехнологий» – так звучит мотивировка антипремии[275].

Одной из самых влиятельных общественных организаций против ГМО долгие годы остается «Гринпис». Активисты этой некоммерческой организации многократно нападали на поля, уничтожали урожаи фермеров и экспериментальные исследовательские площадки[276]. Самой разрушительной кампанией, полагаю, можно считать войну «Гринпис» против «золотого риса»[277]. Опровергая любые научные исследования, организация признает только мнение собственных экспертов и в 2015 году выпускает собственный отчет «Двадцать лет неудачи. Почему ГМ-культуры не выполнили своих обещаний», где «развенчивает мифы о ГМО»[278]. Более 100 ученых – лауреатов Нобелевской премии в ответ подписали открытое письмо к «Гринпис» с призывом прислушаться к научным данным и остановить войну против ГМО[279][280].

Во всей этой главе мы говорили о процессах, в основе которых лежали общественные, политические и даже экономические вопросы. Но только не научные. Одни организации давили на другие, вторые манипулировали третьими, третьи реагировали ответом в адрес первых… Бесконечная игра, в которую мы с играем вот уже почти 30 лет, подменяя настоящие научные вопросы политическими и коммерческими интересами.

В следующих главах мы поговорим о том, что послужило научной опорой для противников ГМО. И наконец, ответим на вопрос, поставленный в названии этой книги: так кто же подставил ГМО?

Героя этой истории зовут Арпад Пуштаи[281]. Он профессиональный биохимик и вообще человек с хорошей научной репутацией. Почти пятьдесят лет своей жизни он честно отдал науке. И тридцать шесть из них проработал в Институте Роветта в Шотландии[282]. Стал автором 270 научных работ и трех книг. Практически вся его научная деятельность была связана с лектинами.

Лектины – это обширная группа белков, которые встречаются у всех представителей царства растений[283]. Наука изучает лектины почти полторы сотни лет, но только в XXI веке, с развитием молекулярных и биоинформатических методов, а также возможностей секвенирования, стало понятно, насколько огромна их роль в жизни растений[284]. Разные лектины выполняют в растениях разные задачи, они даже расположены в разных органеллах их клеток, объединяет же их способность связывать углеводы. Да и разные части растения могут содержать разные концентрации лектинов, которые могут также зависеть, к примеру, от времени года. Некоторые из лектинов работают в «службе оповещения» – являются частью системы, которая сообщает растению о вторжении в него патогенных микроорганизмов или симбионтов. Другие – важная часть иммунной системы растений и помогают не только засечь врага, но и нейтрализовать его – убить нападающего, будь он хоть насекомое, хоть даже и грызун. Третьи группы лектинов скорее дирижеры в оркестре: указывают генам, когда им пора экспрессироваться. Есть и лектины, которые участвуют в процессах развития растения, а есть те, которые помогают растению отвечать на изменение среды, будь то смена состава почвы, заморозки или засушливое лето[285]. Короче, крайне полезные и многофункциональные ребята эти лектины.

3.1. Дело о картошке

В первой половине 1990-х одна команда ученых разработала картофель, устойчивый к некоторым видам насекомых и нематод. Добились этого, встроив в геном картофеля коммерческого сорта Desiree ген GNA, который отвечает за производство белка агглютинина у подснежника белоснежного (Galanthus nivalis)[286]. Белки GNA – это лектины. И они умеют делать агглютинацию. То есть связывание молекул на поверхности тех клеток, с которыми соприкасаются. Например, клеток в пищеварительной системе насекомых, которые решат полакомиться растением, имеющим в арсенале такое полезное оружие. А, к примеру, в пищеварительной системе млекопитающих животных они вытворяют подобную штуку, связываясь на поверхности клеток кишечного эпителия. Что вызывает пищевые отравления[287]. К началу этой истории экспериментальный сорт ГМ-картофеля уже успешно прошел внутренние двухгодичные испытания. Пора было переходить на следующий этап проверок.

В 1995 году Департамент сельского хозяйства, окружающей среды и рыболовства Шотландии[288] заказал трехлетнее исследование стоимостью 1,6 млн фунтов стерлингов для оценки безопасности нескольких новых ГМ-сортов. В исследовании участвовали Шотландский научно-исследовательский институт сельскохозяйственных культур, Даремский университет и Институт Роветта под руководством уже знакомого нам Пуштаи. Задачей первых двоих было изучение потенциального влияния новых сортов на окружающую среду, а команда Пуштаи отвечала за оценку безопасности при употреблении в пищу животными и за соответствие немодифицированному родительскому сорту по питательности и составу. Эти исследования планировалось проводить на крысах.

Остановимся ненадолго и поговорим о технологии создания этого картофеля.

Процесс трансформации – введения генетической модификации – у растений похож на тот, что мы подробно разбирали на примере бактерий в начале этой книги. Для этого также необходим вектор-плазмида. И для трансформации картофеля был использован хорошо изученный плазмидный вектор pBin19[289], в который ввели ген GNA (Galanthus nivalis agglutinin). Высокий уровень экспрессии (прочтения гена для изготовления его продукта, то есть агглютинина) обеспечивал промотор из вируса мозаики цветной капусты CaMV35S. Этот промотор очень хорошо изучен, а с его помощью получено множество лабораторных и коммерческих сортов трансгенных растений[290]. В качестве маркера, указывающего, что модификация произошла, использовался ген, отвечающий за устойчивость к антибиотику канамицину[291].

Чтобы доставить вектор в клетки растения, нужен этакий «шаттл». Механизм такого «шаттла» ученые уже очень давно подсмотрели в природе.

Приходилось ли вам видеть на листьях или стволах деревьях странные наросты? Иногда они выглядят как волны, вздымающие гладь древесного листа. Иногда похожи на растущие прямо из листьев шипы. Иногда это наросты на стволе. Бывает даже, они образуют огромный страшный шар, которым будто раздувается пораженное дерево. Похоже на то, как на теле животного начинает расти опухоль. Для растения это и есть раковая опухоль[292]. Такие опухоли называются галлы, а их причиной является проникновение в тело растения агробактерий.

Агробактерии (Agrobacterium tumefaciens) используют растение как своего верного слугу: проникнув в него, они встраивают свои гены в ДНК клеток жертвы и заставляют трудиться на их пользу – на выработку веществ, служащих для них источником углерода и азота. То есть вкусной и полезной бактериальной пищи. Помните, в главе 4.1 «ЯМы ГМО» был целый список растений, в геномах которых есть чужеродные встройки? Так вот, перечисленные там клюква, чай и другие растения предъявили в своих геномах как раз следы работы на поработителя-агробактерию. Ученые просто не могли упустить такой восхитительный и выдуманный исключительно эволюцией механизм! Они воспользовались способностью агробактерий доставлять ДНК в растения для своих биоинженерных задач. За перенос генов из агробактерии к растению-жертве отвечает специальная плазмида. Для задач генной инженерии обычно используется вид агробактерий A. tumefaciens и ее плазмида Ti[293]. Такую плазмиду сначала необходимо обезвредить – удалить из нее те гены, которые отвечают за развитие опухоли. Сделать это можно, например, при помощи рестриктаз, о которых мы говорили в начале книги. Далее необходимо вставить в обезвреженную плазмиду те гены, которые мы хотели бы передать растению. Такую конструкцию нужно поместить в агробактерии-носители, а дальше доверить работу уже им. Агробактерии выступают в роли настоящего «шаттла доставки» необходимых генов в геном целевого организма. Удивительно простой и эффективный механизм (плохо и одновременно хорошо, что для животных это так не работает).

Итак, лаборатория под руководством Арпада Пуштаи получила два сорта модифицированного таким образом картофеля. Оба сорта были протестированы на то, что в них действительно производился лектин GNA. Причем измерения показывали, что в листьях картофеля концентрация лектина минимум в 10 раз больше, чем в клубнях. Это было как раз то что нужно, ведь насекомые питаются листьями, а наша задача – их гибель. В то время как животные питаются клубнями, и наша задача – их безопасность. Исследования также показали, что если всего час варить клубни первого экспериментального сорта, от исходного количества лектина GNA в них почти ничего не остается. Клубням второго экспериментального сорта требовалось еще меньше времени – уже через 20 минут варки содержание GNA было на грани детектируемого. Короче, предварительные данные говорили: трансгенный картофель эквивалентен оригинальному немодифицированному по всем проверенным параметрам[294].

Можно было начинать эксперименты по кормлению крыс. И вот работа закипела. Вскоре проведены уже несколько первых экспериментов, как вдруг… раздался телефонный звонок.

3.2. В свете софитов

Здесь самое время вспомнить главу 2.2 «Тучи». Эксперимент, о котором мы говорим здесь, происходит на фоне тех самых волнений в обществе: в Европу начинаются поставки первых партий ГМ-сои и кукурузы, люди отвечают маршами протестов, общественные организации высказывают свое недоверие официальным организациям, отвечающим за здоровье людей (какая знакомая нам в пандемию ситуация, не правда ли?), все это сопровождается разнообразными акциями протеста и даже вандализмом. Для СМИ это уже не просто информационный повод, а самая горячая тема. И всем, конечно же, нужно мнение экспертов.

В августе 1998 года в студию передачи World in Action на канале британского телевидения приглашен «ведущий исследователь пищевых продуктов» – доктор Арпад Пуштаи[295]. И вот, когда ведущий задает доктору Пуштаи вопрос о его работе и его отношении к ГМО, тот сообщает, что в их исследовании они установили негативное влияние ГМ-питания на здоровье подопытных животных. А также говорит фразу, которая уже на следующий день облетит мир: «Если бы у меня был выбор, я не стал бы это есть». И «нечестно использовать наших сограждан, как морских свинок»[296], [297].

И грянул гром.

В наши дни вопросами того, как менялось отношение к ГМ-продуктам в обществе, занимаются разные исследователи. И многие из них полагают, что именно этот момент, эта телепередача и стала поворотной[298] – общество получило то «подтверждение от науки», которое полностью удовлетворяло его страхам и опасениям. Выступление и последующая за ним публикация письма (да, это очень важно! Письма, а вовсе не статьи, о чем мы поговорим далее) Пуштаи имели тот же эффект и те же последствия для целой общественно значимой темы, какие имела статья Эндрю Уэйкфилда[299] для темы вакцинации. И в обоих случаях разоблачение последовало очень быстро, но его уже некому было услышать в шуме голосов, получивших такую нужную поддержку их убеждений.

3.3. Где проблема?

По окончании передачи институт, где работал доктор Пуштаи, захлестнул шквал звонков. Паника в обществе мгновенно накалилась до предела. Дирекция института запретила Пуштаи общаться со СМИ, вскоре его отстранили от работы, затем отказали в продлении контракта с институтом[300]. Разумеется, все это только подогревало настроения в обществе: вот теперь-то точно ученые скрывают правду! А тех, кто решается эту правду рассказать, попросту уничтожают!

На самом же деле с этого момента начались доскональные и серьезные разбирательства, включающие перепроверку всех этапов работы и выводов, сделанных группой Пуштаи. Сегодня все эти документы находятся в открытом доступе, и каждый из нас может ознакомиться с любым из них: от протокола слушаний и допросов всех свидетелей – ученых, принимавших участие в рассматриваемой работе, – до отчетов независимых экспертов и отчетов внутреннего расследования, которое провел сам институт. Мой рассказ далее будет опираться на эти данные и на знания обычной математики.

На чем же основывался Пуштаи в своем заявлении для телевидения? Не говоря о том, что выводы о безопасности всех ГМ-технологий он делал по результатам одного (собственного) исследования. На двух идеях: первая – в своей работе они обнаружили какое-то влияние на органы подопытных животных и их иммунную систему. И это влияние авторы объясняли не присутствием в рационе лектинов, а именно фактом генетической вставки: «генетическая трансформация (или ее комбинация с продуктом встроенного гена) могли вносить вклад в общие биологические эффекты от потребления модифицированного картофеля, особенно на тонкий кишечник и слепую кишку[301]. И второе – на опасениях, что если мы вносим какой-то новый ген в одно место в геноме, сложно будет предположить, какие гены могут «заработать» или, наоборот, «сломаться», в других его местах[302]. Возможно, в 1990-х, при том уровне развития технологий секвенирования и анализа данных, во втором предположении и мог быть некий смысл, но опираться на него сегодня, когда для прочтения полного генома и его анализа требуется всего несколько дней[303], было бы совершенно неразумно.

Буквально сразу после скандала Институт Роветта начал собственное расследование. Тщательно изучив предоставленные лабораторией Пуштаи данные, эксперты указали на проблемы в проведении эксперимента. Только что мы сказали, что авторы исследования причиной некоего влияния на органы подопытных называли саму модификацию, однако эксперты в своем отчете указывают: авторы не использовали контрольный рацион для таких выводов. То есть рацион из сорта модифицированного картофеля, в который был вставлен «пустой» конструкт, – содержащий маркерные гены из плазмиды, но не несущий сам ген GNA[304]. Этот вид контроля нужен, чтобы ответить на вопрос: если мы в итоге получим различия в данных для контрольного и экспериментального сортов, причиной различий будет являться сама процедура модификации или тот белок, ген которого был вставлен?

А вот пример проблем с данными, из которых были сделаны выводы о влиянии на иммунную систему крыс. Чтобы оценить это влияние, группа Пуштаи использовала старый проверенный метод – оценку пролиферативной активности лимфоцитов. Для этого из крови выделяют лимфоциты и помещают их в специальную лабораторную посуду, затем добавляют вещество, реакцию на которое нам нужно оценить, – в данном случае это исследуемый вид лектинов. Конечная цель этого метода – оценить рост количества лимфоцитов при воздействие вещества (обязательно посмотрите эту сноску[305]). Но результаты они получили только для трех экспериментов, причем в одном из трех не удалось получить достаточного количества клеток для достижения статистической значимости. Так что любые, как позитивные, так и негативные, результаты, полученные на таком малом количестве данных, можно трактовать только как случайность, и никаких выводов из них сделать нельзя. Дополнительные данные были получены только по запросу комиссии и непосредственно перед проведением аудита (они тоже не показали статистически значимых различий), но на момент громого заявления для ТВ они и вовсе еще не существовали. Кстати, в этом же эксперименте была использована такая доза этого вида лектинов, которая в 5000 раз превышала содержание их в модифицированном картофеле. А ведь в экстремальных дозах и обычная поваренная соль станет смертельным ядом.

И наконец, пора обсудить главные выводы: о влиянии ГМ-картофеля на органы подопытных животных. Для этого сначала восстановим эксперимент, опираясь на все доступные нам данные.

Итак, исследовали эффект лектинов, поступающих в организм крысы с кормом. По плану исследование состояло из двух серий экспериментов: длительность первой серии экспериментов по 10 дней (исследование краткосрочного эффекта), второй – по 3 месяца (долгосрочное исследование) {Audit of data produced at the Rowett Research Institute / SOAEFD flexible fund project RO 818 / Date of audit: 21st August 1998 / Audit committee: Professor F J Bourne, Dr A Chesson (Chair), Professor H Davies, Dr H Flint / https://web.archive.org/web/20110927104039/http://www.rowett.ac.uk/gmoarchive/gmaudit.pdf}. Животных разделили на группы. В каждой группе был запланирован соответствующий рацион:

• только сырой ГМ-картофель,

• только вареный ГМ-картофель,

• только сырой обычный картофель,

• только вареный обычный картофель,

• сырой обычный картофель + добавка из лектина GNA,

• вареный обычный картофель + добавка из лектина GNA.

Однако к моменту начала скандала было проведено только несколько краткосрочных экспериментов. В отчете, который позднее опубликует Пуштаи, описаны 6 экспериментов, в которых участвовали всего 6 крыс – по одному животному на каждую изучаемую схему кормления. На утро десятого дня эксперимента все крысы были умерщвлены и проведено вскрытие с последующим измерением толщины и длины разных органов. Эффекты от разных диет искали, сравнивая попарно у экспериментальных и контрольных животных:

• желудки,

• части тощей,

• подвздошной,

• слепой

• и толстой кишки.

Одно животное для одного эксперимента – это уже просто катастрофически мало для формирования хоть каких-то выводов, в основе которых лежала бы статистика. С огромной натяжкой можно говорить о неких выводах, будь нам известны характеристики тканей и органов крыс до начала экспериментов с кормлением. Но узнать их до вскрытия было невозможно, так что в основе построения схемы эксперимента могло лежать лишь предположение, что все 6 крыс были точными копиями друг друга. Хотя в реальности даже клоны имеют различия – например, из-за индивидуальных особенностей эмбрионального развития. Все же группа Пуштаи делает именно такое предположение и дальше исходит из него в своей работе и ее выводах.

Отчет группы Пуштаи:

Крысы, получавшие вареный ГМ-картофель, имели значительно более тонкую слизистую оболочку слепой кишки, чем крысы, получавшие обычный отварной картофель с добавлением лектинов (p=0,04) или без него (p=0,05).

На самом деле:

В утверждении, что ими были обнаружены некие эффекты, авторы использовали критерий статистической значимости (p-значение) (подробнее и с примерами о нем в сноске). Считается, что получить p-значение < 0,05 – это «вроде как достаточно» для подтверждения гипотезы исследователя. Но всегда ли этого достаточно?

Что если мы хотим сравнить группы данных по нескольким параметрам одновременно?[306] И вот для одной из пар сравнений мы видим ответ 0,05. Устраивает ли он нас в таком случае? На самом деле, нет (на с. 207 можно с примерами разобраться, почему). Пример: интуитивно понятно, что в середине ноября в Москве событие «завтра будет дождь» менее вероятно, чем событие «завтра будет или дождь, или снег, или солнце» – что-то из этого обязательно же будет. Поэтому оценка шанса, что мы угадаем случайно, а не сделаем точное научное предсказание, для такого более вероятного события, как «или дождь, или снег, или солнце», должна быть более строгой. То есть общепринятые 0,05 нужно откорректировать под условия конкретной задачи. Для этого можно использовать такой прием, как поправка на множественное сравнение[307]: разделить допустимое p-значение на количество параметров, по которым мы оцениваем (или дождь, или снег, или солнце – это три параметра: 0,05 / 3 = 0,017).

Этот критерий позволяет судить о том, какова вероятность получить такие же или даже более выраженные различия между группами, если на самом деле никаких различий там нет. Звучит довольно запутанно. Давайте посмотрим на примере.

Пусть мы хотим понять, оказывает ли диета X побочное действие, допустим, на толщину стенок желудка. Возьмем две группы крыс, в каждой из которых будет по 100 животных. Крысам из первой группы будем давать рацион Х, а крысам из второй – обычный рацион. Спустя неделю проведем вскрытие и измерим параметры их желудков. Если среди тех 100 крыс, что были на рационе Х, у 60 крыс толщина стенок желудка была выше нормы, а среди вторых 100 только у 30 крыс толщина была выше нормы, то можем ли мы говорить о том, что рацион X связан с толщиной стенок желудка? Или мы просто случайно составили группы так, что в первую группу попало больше крыс с изначально более толстыми стенками желудка? А если бы вместо 100 мы исследовали по 200 крыс в каждой группе, мы бы увидели такую же разницу?

За точку отсчета в науке ученые договорились принимать, что два явления не связаны, если не доказано обратное. С помощью p-значения оценивают вероятность того, что в первой группе большая толщина стенок желудка будет у большего количества крыс, при условии, что толщина стенок желудка не связана с рационом Х. И если мы исключили бы диету X из эксперимента, то соотношение крыс с такой толщиной стенок желудка по группам осталось бы прежним. Эта вероятность (p) рассчитывается по специальным правилам, которые учитывают тип данных, с которыми мы работаем.

Считается, что приемлемым p-значением являются значения, меньшие 0,05. То есть в примере про диету X и изучение ее возможного побочного эффекта p-значение=0,05 означало бы: вероятность того, что различия в толщине стенок не связаны с рационом Х, а является просто наблюдаемой случайностью, составляет 5 %. То есть достаточно мала. И из этого можно сделать первый промежуточный вывод о том, что рацион Х, возможно, связан с изменениями параметров желудка.

И подчеркну еще раз: вывод этот промежуточный. Медицина и биология, как правило, оперируют слишком важными вещами, чтобы позволить себе допустить в них ошибочные выводы. Семь раз проверь и один раз… проверь еще лучше. А вот потом подумаем, резать ли вообще. И напоследок в этой вставке немного занудства от автора-математика: если в современной научной публикации вы видите, что для оценки результатов использовано только p-значение, это повод отнестись к результатам осторожно. Хорошим тоном для современных исследований является подтверждение результатов несколькими разными математическими методами.

Возьмите (в воображении) в руку игральную кость. Замахнитесь и киньте ее, не глядя, на стол перед собой. Какова вероятность того, что кость обращена шестеркой вверх? Так как граней у кости 6, а выпадение каждой из них равновероятно, то вероятность выпадения шестерки равна 1/6. Или 16,67 %. Не очень много. Теперь все также в воображении сожмите в ладони шесть игральных костей (в мою руку даже мысленно сложно уместить больше), размахнитесь хорошенько и выбросьте кости на стол. Какова теперь вероятность того, что хотя бы одна из костей упала шестеркой вверх? Интуитивно кажется, что хотя бы одна из костей наверняка так и сделает. Давайте проверим это математически. Результат каждой кости никак не зависит от результатов, выпавших на других костях, и вычисляться он будет по формуле для вычисления вероятности хотя бы одного удачного события. Она выглядит так: вероятность хотя бы одной удачи из N попыток вычисляется как достоверный свершившийся факт удачного события (то есть единица или 100 %) минус вероятность того, что удача не случится ни в одной из попыток.

Или вероятность одной удачи = 1 – вероятность, что ни одной удачи нет.

Какова же вероятность того, что кость выпадет не шестеркой вверх? То есть любой другой из пяти оставшихся граней. Это 5/6. Костей у нас всего шесть, и для каждой из них ответ 5/6. Тогда: 1–5/6 ×5/6 ×5/6 ×5/6 ×5/6 ×5/6 = 1–0,335 = 0,665 или 66,5 % То есть, если мы бросаем только одну кость и надеемся на шестерку, то наши шансы чуть больше 16 %, а если сразу шесть костей, то шанс на положительный исход в совершенно случайном событии резко возрастает до почти 70 %.

Наверное, вы уже догадались, к чему я клоню: в нашем эксперименте с диетой X вероятность события «без какой-либо связи с диетой у крыс наблюдалось или утолщение стенок желудка, или увеличение длины толстого кишечника, или изменение объема легких, или выпадение шерсти, или потемнение цвета меха» – намного выше, чем вероятность события «у крысы более толстые стенки желудка». А это значит, что оценка допустимого порога статистической значимости должна быть значительно строже, чем для проверки одного-единственного конкретного события.

В эксперименте эффекты от разных диет исследователи искали, сравнивая одновременно желудки и 4 части кишечника. Проверяя таким образом гипотезу «или различаются параметры желудков, или параметры тощей кишки, или…» – всего по пяти органам, хоть в одном-то различие найдется[308]. Однако в качестве порогового значения p-value они опираются на 0,05. Но где же поправка на множественное сравнение? Сделаем ее за них. 0,05 / 5 = 0.01 – вот тот допустимый порог, который стоит использовать для каждого попарного сравнения в таком эксперименте[309]. Так что приведенные в отчете p-значения, равные 0,04 и 0,05, вовсе не подтверждают гипотезу авторов работы. В общем, этот их аргумент мы тоже не можем принять.

А каким выводам в этой работе можно все-таки хоть немного доверять? Есть и такие:

Отчет группы Пуштаи:

«Присутствие GNA (из ГМ-картофеля или добавленного отдельно к обычному картофелю) в рационе связано со значительно большей толщиной слизистой оболочки желудка (по сравнению с диетой из обычного картофеля). Этот эффект наблюдался как с сырым, так и с вареным картофелем (p=0,001)»[310].

На самом деле:

Эти выводы ожидаемы (если мы предположим, что параметры исследуемых органов нам говорят о здоровье особей). В самом начале главы «3.1. Дело о картошке» мы как раз говорили, что GNA может влиять на организм животных, даже вызывая пищевые отравления. Независимо от того, как именно они попали в пищу.

Отчет группы Пуштаи:

«Длина крипты (трубчатого углубления эпителия) в тощей кишке крыс, получавших рацион из сырого ГМ-картофеля, была статистически значимо больше, чем у крыс, получавших рацион из обычного сырого картофеля (p<0,01) или обычного с добавлением лектинов (p=0,01). Однако увеличение длины крипты тонкой кишки не наблюдалось у крыс, получавших вареный ГМ-картофель».

На самом деле:

И эти выводы ожидаемы. Мы уже знаем, что варка разрушает лектины полностью или (в некоторых случаях) почти полностью. Значит, ожидаемо отсутствие различий при кормлении крыс вареным картофелем. Сам эффект варки статистически значим[311] для большинства проведенных измерений – то есть варка, вероятно, убирала любые эффекты от влияния на организм лектинов (посредством уничтожения самих лектинов). Ну а что же с различиями при кормлении животных сырым картофелем? Самое время вспомнить, какое количество животных использовано для сравнения. То есть по одной крысе для каждого случая, да еще и при условии, что ничего об индивидуальных особенностях их организмов мы просто не могли знать до посмертного вскрытия.

Вернемся к итогам внутреннего расследования. Получалось, что выводы группы Пуштаи не соответствуют их же собственным данным, а к качеству самих данных множество претензий[312]. Здесь мы с вами пришли ровно к тому же.

Но все это не интересовало активистов, а доктор Пуштаи внезапно из известного лишь в научных кругах ученого превратился в настоящую рок-звезду, символ, который теперь можно было поместить на свои знамена[313]. Это дело было слишком громким, чтобы его можно было «замести под ковер». Впрочем, так считали обе стороны конфликта.

К делу подключилось Лондонское королевское общество[314]. Все материалы по эксперименту были разосланы шести анонимным независимым ученым. Их ответ был опубликован спустя год после скандала и гласил[315]:

• рассматриваемое исследование имело некорректный дизайн, исполнение и анализ результатов;

• в нем были некорректно использованы статистические методы, а их результаты неправильно интерпретировались;

• отсутствовали данные по химическому составу корма, а диеты применялись не систематически (это указывает на возможные различия в рационах животных).

Также у экспертов сложилось мнение, что эксперимент не был «ослепленным» – то есть люди, ухаживающие за животными и в дальнейшем проводившие контрольные измерения после вскрытия, каждый раз знали, какое именно животное и из какой группы питания находится перед ними, что могло повлиять на объективность результатов. Еще раз прибавим ко всему сказанному выше, что в каждом эксперименте участвовало только одно животное, параметры органов которого не были известны до момента окончания эксперимента (то есть до самого вскрытия).

В совокупности все это не давало возможности сделать из данной работы какие-то достоверные научные выводы. Привлеченные эксперты не нашли убедительных доказательств неблагоприятного воздействия ГМ-картофеля на здоровье подопытных животных и установили, что выводы группы Пуштаи строились на небольших различиях, которые «не могли быть интерпретированы из-за технических ограничений экспериментов и некорректного использования статистических тестов». Но самым важным и неоспоримым, на мой взгляд, среди выводов был пункт: «Работа касалась одного конкретного вида животного, когда его кормили одним конкретным продуктом, а продукт был модифицирован одним конкретным методом и введен в него был один конкретный ген. Как бы умело ни были проведены эксперименты, было бы неоправданно делать из них общие выводы о том, вредны ли генетически модифицированные продукты для человека или нет. Каждый ГМ продукт должен оцениваться индивидуально» {Murray, Noreen et al. (1999) Review of data on possible toxicity of GM potatoes The Royal Society, 1 June 1999, Retrieved 28 November 2010. https://royalsociety.org/~/media/royal_society_content/policy/publications/1999/10092.pdf}.

Статья о неоконченном эксперименте так и не была опубликована, и вовсе не по причине каких-то интриг в научном мире. Чтобы исключить подобные слухи, престижный журнал The Lancet посчитал необходимым опубликовать что-то вроде прототипа статьи – письмо Пуштаи в журнал с его выкладками и выводами[316]. Обычной практикой журналов с хорошей научной репутацией является необходимость проверки тремя учеными-рецензентами. Но в данном случае рецензентов было шесть[317]. Рецензенты большинством голосов пропустили публикацию, хотя и с замечанием об ошибочности выводов в ней. Чтобы ни у кого не возникло подозрений в замалчивании учеными информации.

The Lancet опубликовал письмо, хотя это их действие и вызвало много споров в научных кругах. И сделано это было из тех же соображений: пусть публика сама увидит данные и сознательно примет решение, кто же был прав {Ewen, S. W., & Pusztai, A. (1999). Effect of diets containing genetically modified potatoes expressing Galanthus nivalis lectin on rat small intestine. The Lancet, 354(9187), 1353–1354. doi:10.1016/s0140–6736(98)05860–7}.

3.4. 20 лет спустя

Подведем итоги. Несмотря на все, о чем мы говорили на протяжении такой длинной главы, эта статья стала без преувеличения ключевой в смене полюсов отношения общества к ГМО.

«Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю», – по легенде, сказал Архимед. Письмо Пуштаи стало той точкой опоры для активистов, которая заставила целые страны переписать регламенты и законы на ввоз, разработку, выращивание и оценку безопасности[318]. Письмо стало той точкой опоры, что действительно перевернула Землю, отбросив ее прогресс на много шагов назад.

Было ли это все обоснованным? Обращаю этот вопрос к моему читателю, внимательно вместе со мной разбиравшемуся на протяжении нескольких страниц в его деталях.

Следом за именем доктора Пуштаи в списке ученых, высказывающих свои опасения в отношении технологий генной модификации, почти всегда идет имя Ирины Ермаковой.

Ирина Владимировна – «советский и российский биолог. Кандидат психологических наук, доктор биологических наук, до сентября 2010 года – научный сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН»[319]. Также Ирина Владимировна автор теории о том, что наше человечество произошло от расы амазонок-гермафродитов, в которой изначально мужчин не было, да и не нужны они были древним девам[320]. По мнению Ермаковой, также «есть информация»[321], что ГМО-технологии были созданы инопланетянами, и нам только остается рассуждать, зачем они это сделали[322].

В 2016 году Ирине Ермаковой на втором по счету форуме «Ученые против мифов» было присуждено звание почетного академика ВРАЛ. Такую награду известные российские ученые и просветители вручают «за выдающийся вклад в развитие и распространение лженауки и псевдонауки»[323]. Когда в 2020 году началась пандемия новой коронавирусной инфекции, все новостные источники захотели заполучить для комментариев экспертов. И как эксперт Ирина Владимировна утверждала, что виной всему не вирус, а вышедшая из-под контроля ученых бактерия Синтия (см. серый вынос).

Ермакова также является ярым противником вакцинации от COVID-19[324] и даже создала петицию с обращением к правительству о ее запрете для детей и беременных женщин. Научных работ у Ирины Владимировны крайне мало, а публикациям в научных журналах она предпочитает выступления на ТВ и неоднозначных конференциях, а также публикации в популярных СМИ. Но пора перейти к работе, которая принесла Ирине Ермаковой ее известность.

4.1. Несчастные детеныши

Статья «Влияние генетически модифицированной сои на массу тела при рождении и выживаемость крысят»[325] – тот самый «источник дыма» для утверждения влияния ГМО на потомство и формирование бесплодия. О ней мы и будем говорить в следующих главах.

Вступление начинается с громкого заявления об известном комплексном влиянии употребления ГМО на организм животных, подтвержденном во множестве научных работ. В качестве этого множества перечислены, в частности: другая статья самой Ермаковой, статья Арпада Пуштаи (та самая, с которой мы познакомились в главе 3 «ГМО влияют на иммунитет, или Видишь дым – неси масло»), работа норвежского ученого, анти-ГМО активиста и политика Терье Траавика (очень рекомендую заглянуть во врезку).

А теперь к самому эксперименту. Самок крыс разбили на три группы, каждую из которых в течение двух недель кормили по-разному:

• первые 6 крыс получали обычный корм и добавку из ГМ-сои;

• вторая группа из 3 крыс – обычный корм и добавку из традиционной (не ГМ) сои;

• третья, контрольная, группа из 6 крыс – только обычный корм, в который не входила вообще никакая соя.

Крыс рассадили в клетки по трое и в каждой установили отдельные емкости двух типов: для основного корма и для разведенной в воде сои. Доступ к пище у крыс был свободным (никто не контролировал, поделили ли крысы предложенную сою по-сестрински или все содержимое доставалось только одной самке). Через две недели такой жизни крысам устроили групповое свидание, подселив в каждую клетку крысиных кавалеров. После рождения детенышей самку перемещали в отдельную клетку вместе с потомством на период вскармливания. Все это время самки продолжали получать установленный рацион питания. Далее предстояло считать смертность среди детенышей и их физические параметры. Согласно выводам, среди крысят, матери которых питались ГМ-соей, смертность была 55,6 %, а среди двух остальных групп – 9 и 6,8 % соответственно[326]. Кроме того, как утверждает автор, повышенная смертность крысят наблюдалась и во время периода грудного вскармливания, а сами крысята в среднем имели меньший вес. Звучит довольно страшно. Но давайте разбираться.

История, со слов Ермаковой, выглядит так: нефтяная американская корпорация British Petroleum хотела скрыть от общественности разливы нефти после катастрофы в 2010 году танкера в Мексиканском заливе. Поэтому для ликвидации нефтяного пятна в лабораториях компании была создана бактерия под кодовым названием «Синтия». (Ах, если бы это было так просто! Чтобы разобраться в сложностях бактериологического решения проблем разливов нефти, можно обратиться к разделу 2.7.2 «Окружающая среда: и стаканчик ракетного топлива на десерт»). По словам Ирины Владимировны, «Синтия» со своей задачей настолько удачно справилась и настолько успешно стала размножаться, что, видимо от голода, далее «взялась за уничтожение живых организмов, включая рыб и людей» [Виновата бактерия «Синтия» – сенсационная версия появления коронавируса от ученого-биолога с мировым именем Ирины Ермаковой, https://nashamoskovia. ru/news-16326.html]. А из-за этого люди, жившие на побережье залива, «неожиданно заболевали пневмонией, сопровождаемой сильным сухим кашлем, повышением температуры и лихорадкой». И умирали буквально на глазах (а ученые даже не били тревогу). Тем временем «бактерию-убийцу » подхватил Гольфстрим и вынес к берегам Европы. Здесь в истории возникает небольшая дыра, и непонятно, почему рыба у стран с выходом к морю, попадая в магазины, не привела к массовым отравлениям. И только на рынке города Ухань (это очень далеко от моря) начала проявлять свои смертоносные свойства. По утверждению автора теории, в каждом китайце в латентном состоянии уже живет коронавирус! [Глобальные эпидемии: что нам грозит? https://otr-online.ru/programmy/ segodnya-v-rossii/globalnye-epidemii-chto-nam-grozit-41387. html] Этот вирус из китайцев заразил бактерию и встроил в нее свою РНК [Deepwater Horizon и COVID-19: «Никакими патогенными свойствами бактерия “Синтия” не отличается». https://realnoevremya.ru/articles/172228-razoblachenie-teoriizagovorapro-koronavirus], и вот уже вместе они спровоцировали текущую пандемию.

Терье Траавик (Terje Traavik) – норвежский политик и биотехнолог [Terje Traavik https://www.wikidata.org/wiki/Q22442736], бывший профессор университета города Тромсе [Страница Траавика на facebook https://www.facebook.com/terjeingemar. traavik]. В 1998 году профессор Траавик инициировал создание некоммерческого фонда GenOk (https://genok.com/) и на следующие несколько лет занял в нем один из ведущих постов. По заявлению, которое можно найти на сайте фонда, GenOk был создан для наблюдения за биологической и экологической безопасностью современных технологий. Фонд неоднократно и на протяжении многих лет становился объектом критики среди ученых за нагнетание паники и публикацию непроверенных данных [Hva er det de driver med oppe i Tromso? https://www.dagbladet.no/kultur/hva-er-detdedriver-med-oppe-i-tromso/63956186] [“Parallel science” of NGO advocacy groups: How post-modernism encourages pseudo-science / July 15, 2014 by GLP Digital / https:// geneticliteracyproject.org/2014/07/15/parallel-science-of-ngoadvocacygroups-how-post-modernism-encourages-pseudoscience/] [Concerning dispute over ethical norms of scientific conduct – Anthra and a Norwegian Competence Centre (Case 2013/59). https://www.forskningsetikk.no/en/about-us/ourcommitteesand-commission/nent/statements/concerningdisputeover-ethical-norms-of-scientific-conduct–anthraanda-norwegian-competence-centre-case-201359/]. Несмотря на это, во многом из-за деятельности фонда GenOk, сегодня Норвегия считается одной из самых ГМО-фобных стран мира [How Norway Became an Anti-GMO Powerhouse / October 14, 2016 Oystein Heggdal / Food and Farm Discussion Lab / http:// fafdl.org/blog/2016/10/14/how-norway-became-an-anti-gmopowerhouse/]. Наверное, самая громкая история, с которой связан фонд, произошла в 2002 году и стоила многих человеческих жизней. Во время голода в Замбии, ставшего следствием большого неурожая, команда фонда отправилась прямо на место событий. И смогла убедить людей в правительстве Замбии, что ГМ-кукуруза из США, поставляемая как гуманитарная помощь в рамках Всемирной продовольственной программы (World Food Programme (WFP) – крупнейшая в мире гуманитарная организация, обеспечивающая ежегодно около 4 млн тонн продуктов питания. Лауреат Нобелевской премии мира (2020). https://www.wfp.org/), неизучена и опасна. [Helen M Samatebele. Overview of the Current Food Security Crisis in Zambia. Food Security in Southern Africa. Causes and Responses from the Region, Mar 2003, Pretoria, South Africa. p. 89–108. Ffhal-00793124f. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal00793124]. Правительство не пропустило груз через границу, а в результате продовольствия оказалось недостаточно для того, чтобы помочь всем нуждающимся. В 2004 году профессор Траавик оказался в эпицентре нового скандала, обвинив ГМ-кукурузу в смертях нескольких десятков фермеров на Филиппинах [Peczon, Benigno. «In 2001, President Arroyo issued a National Biotechnology Policy:“(The Philippines) shall promote the safe and responsible use of modern biotechnology and its products as one of several means to achieve and sustain food security, equitable access to health services, sustainable and safe environment, and industry development.” In April 2002, the Department of Agriculture released Administrative Order No. 8, which provided rules and regulations for the importation and release into the environment of…» Selected Essays on Science and Technology for Securing a Better Philippines 1 (2008): 298. [18] Sykdomsutbrudd av genmodifisert mais? https://forskning. no/om-forskning-bioteknologi-forskningsformidling/ sykdomsutbrudd-av-genmodifisert-mais/1050644]. В его публичном заявлении говорилось, что сотрудники фонда GenOk выявили в крови местных жителей антитела к ботулотоксину, который производит выращиваемый в этих местах ГМ-сорт кукурузы для защиты от насекомых (таким образом, данный сорт не требует использования пестицидов для его выращивания). Версия отравления фермеров ботулотоксином не получила поддержки ни официальными представителями здравоохранительных служб Филиппин, ни выехавшими на место независимыми медицинскими специалистами. А 14 ученых официально и публично потребовали от Траавика опубликовать результаты, на базе которых было сделано его заявление. После непродолжительной паузы доктор Траавик отказался это сделать. За прошедшие с тех пор годы публикация так и не появилась.

И первый вопрос: почему в группе, которая получала к рациону обычную сою, только три крысы, а в остальных по 6? Ведь 3 – это слишком мало[327], чтобы можно было сделать какие-либо уверенные выводы, используя инструменты статистики. На втором шаге эксперимента количество крыс становится еще меньше – потомство дали не все:

• 4 крысы (из 6) из первой группы,

• все 3 крысы из второй группы,

• 4 (из 6) из третьей группы.

Это настолько маленькие выборки, что их результаты могли просто укладываться в рамки случайности. В противном случае, если бы мы доверяли выборкам такого размера, стоило бы задать вопрос: были ли крысы из первой и третьей группы достаточно здоровы изначально? Почему по 30 % крыс из этих групп не смогли забеременеть, в то время как из второй группы забеременели все 100 % крыс?

Второй вопрос звучит так: почему в статье нет данных о полном составе рационов в группах? Хотя упоминается, что рацион контрольной группы содержал меньше белка и имел меньшую энергетическую ценность, а это уже должно было повлиять на результат. Кстати, измерить и оценить нельзя даже то количество пищи, что получало каждое животное – ведь они имели свободный доступ к кормушкам, когда жили вместе. Короче, вопросов намного больше, чем ответов. Однако СМИ и различные консервативные организации статью подхватили мгновенно. Сама Ермакова постоянно подогревала интерес к своей работе, заявляя о все новых экспериментах: сначала с соевой мукой, потом с соевыми бобами, потом с различными комбинациями… Но все это оставалось лишь на уровне слухов и заявлений для журналистов, работ в рецензируемых научных журналах так и не появлялось.

Научное сообщество посчитало необходимым вмешаться в происходящее и попросило Ирину Владимировну рассказать о ее исследовании и ответить на конкретные вопросы. Соблазн заполучить публикацию в престижном журнале Nature Biotechnology был слишком велик, и в 2007 году вышла статья[328], содержащая пояснительную записку Ермаковой о ее исследованиях и выводах. Вот только вышла она в сопровождении комментариев от экспертов в области. И здесь начинается самая интересная часть этой истории!

4.2. Изобретая велосипед

На вопрос о том, откуда была получена ГМ-соя, автор ссылается на нидерландского поставщика Archer Daniels Midland (ADM). Однако эксперты отмечают, что данная компания никогда не занималась продажей чистых ГМ-сортов сои. Единственное, что они могли продать московской лаборатории, – это смесь из разных сортов сои, среди которых мог присутствовать и ГМ-сорт {Marshall, A. GM soybeans and health safety – a controversy reexamined. Nat Biotechnol 25, 981–987 (2007). https://doi.org/10.1038/nbt0907–981}. Выходит, крысам из экспериментальной группы могли давать только такую смесь, в которой было также некоторое (неизвестное) количество ГМ-сои (мы знаем, что ГМ-соя там все-таки была, так как в исходной работе это проверяли лабораторными методами, которые могут показать присутствие в образце целевого гена {Ermakova I. Influence of genetically modified soya on the birth-weight and survival of rat pups / По материалам симпозиума NAGS, 10 октября 2005 года / https://www.semanticscholar.org/paper/Influence-of-genetically-modified-soya-on-the-and-Ermakova/cbd198ecf6c628ca112984c7744e8ffaa0010f56}). Соя для второй группы крыс тоже была смесью нескольких сортов, среди которых ГМ-сорта не присутствовало (по заявлению автора). Но мы не можем судить, были ли две эти смеси эквивалентны по своим питательным свойствам и энергетической ценности.

Некорректным эксперты также считают решение исследовательницы содержать крыс в клетках по три, без возможности контролировать точное потребление пищи и соевых добавок каждой самкой. В одной клетке, например, могла оказаться крысиная эгоистка, которая каждый раз съедала большую часть пищи сама. То есть в группе, получавшей в качестве добавки к основному рациону ГМ- или обычную сою, могли оказаться животные, которые сои даже попробовать не успели. В стандартном эксперименте такого типа каждое животное помещается отдельно, а количество потребленной им пищи строго учитывается.

Перейдем к самцам, о которых из статьи {Ermakova I. Influence of genetically modified soya on the birth-weight and survival of rat pups / По материалам симпозиума NAGS, 10 октября 2005 года / https://www.semanticscholar.org/paper/Influence-of-genetically-modified-soya-on-the-and-Ermakova/cbd198ecf6c628ca112984c7744e8ffaa0010f56} нам известно очень мало. Сказано лишь, что самок из всех групп оплодотворяли два самца, которых поочередно помещали в каждую клетку к самкам: сначала на три дня первого самца, потом на три дня второго. Все, что мы знаем о самцах из оригинала статьи: они были одного возраста и их не кормили соей. Но если самец жил с самками трое суток, а самки имели свободный доступ к сое, то как можно гарантировать, что самцы никогда не пробовали сои? В том числе ГМ-сои? Что если вообще все смерти детенышей во всех группах – следствие того, что их папы, а не мамы, когда-то попробовали ГМ-сою? Эксперты задают и еще один вопрос: что если самцы, как более сильные и крупные, в дни зачатия имели доступ к сое и съедали большую ее часть, мало что оставляя самкам?

В ответ на вопрос, сколько всего животных участвовало в эксперименте, исследовательница отвечает, что было 48 самок, которые использовались в пяти разных экспериментах {Marshall, A. GM soybeans and health safety – a controversy reexamined. Nat Biotechnol 25, 981–987 (2007). https://doi.org/10.1038/nbt0907–981}, причем в каждом эксперименте соевая добавка была разная – например, в первом давали целую сою, во втором разведенный в воде порошок сои. Однако среди опубликованного можно найти только одну статью (ее мы и разбираем выше). Даже на официальном сайте Ермаковой[329] в полном перечне ее работ[330] есть только эта статья. И в ней говорится, напомню, всего об 11 самках, которые участвовали в эксперименте. Но представим, что где-то существуют и остальные данные по всем пяти экспериментам. Тогда разделим 48 на 5 – в каждом эксперименте получится около 10 самок или меньше (примерно сходится с первым известным числом 11). Далее учитываем, что в каждом эксперименте самок делили на три группы: 10/3. То есть в каждый раз в каждой группе потомство приносили около трех самок (что все еще не дает нам возможности использовать методы статистического анализа из-за слишком маленьких выборок). Далее автор объединяет результаты пяти различных экспериментов, в каждом из которых использовались разные пищевые добавки (где-то соевая мука, где-то размоченные бобы, где-то какой-то корм с примешанной соей), количество добавок при этом невозможно было учитывать из-за самого дизайна эксперимента. А затем делает выводы о вреде ГМ-сои. Больше того, вывод автора касается всей технологии генетической модификации: «Каким бы ни был механизм негативного влияния ГМ-растений на животных и их потомство, вывод может быть однозначным: использование ГМО в качестве продуктов питания является преждевременным»[331]. Напоминает историю Пуштаи и ГМ-картофеля.

Еще одно замечание экспертов основывается на стандартах токсикологических исследований в вопросах репродукции, согласно которым, в каждой из исследуемых групп должно быть как минимум 20–25 животных {Marshall, A. GM soybeans and health safety – a controversy reexamined. Nat Biotechnol 25, 981–987 (2007). https://doi.org/10.1038/nbt0907–981}. То есть в экспериментах Ермаковой при выбранном ею дизайне потребовалось бы минимум в 6–7 раз больше животных. Также нужно учесть, что каждая самка приносила разное количество детенышей, а значит, крысенок, у которого еще 10 братьев и сестер, получит от мамы ухода, внимания и, главное, молока, меньше, чем крысенок, у которого только 6 братьев и сестер, а это очень влияет на выживаемость. Поэтому для исследований такого рода принято уравнивать количество детенышей у всех самок, а также балансировать потомство по полу. Например, оставлять у каждой матери по 4 девочки и 4 мальчика.

Лабораторная линия крыс Wistar, которую выбрала Ермакова для своего исследования, хорошо изучена. Для нее установлены все возможные референсные значения. В том числе и нормальный уровень выживаемости детенышей. Он составляет выше 99 % на всем протяжении периода лактации[332]. То есть в норме погибает не более 1 % детенышей. Но даже в контрольных группах у Ермаковой эти значения доходили до 9 % – это очень высокий уровень смертности. Что может указывать на проблемы питания или содержания всех животных. Важно тут отметить, что саму оценку смертности необходимо производить не в произвольный день. Существует несколько стандартных методик для выбора дней, когда производят оценку смертности и показатели размера/веса и других параметров потомства. Например, для линии Wistar оценку выживаемости можно производить на 0, 4 и 21-й день {Aoyama, H. et al. A two generational reproductive toxicology study of 2,4‑dichlorophenol in rats. J. Toxicol. Sci. 30, 59–78 (2005). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16641544/}. Поэтому, чтобы делать выводы об отклонениях в развитии, необходимо проводить измерения именно в соответствующие контрольные точки. Но этого сделано в экспериментах Ермаковой не было. А потому мы не можем сравнивать вес и параметры самок в период беременности с референсными, и делать о них выводы соответственно.

Почему при наличии продуманных и проработанных стандартов дизайна экспериментов такого типа был выбран самостоятельно придуманный подход? Почему вместо обычного тестирования скоростного велосипеда новой конструкции автор предпочла разработать свой велосипед с квадратными приставными колесиками и штурвалом от самолета?

Перечислять все претензии к исследованию можно еще очень долго. В своих комментариях журналу Nature Biotechnology Ермакова также описывает, что ее группа выявила проблемы с репродуктивными органами, физиологическими параметрами и поведением детенышей, матери которых получали ГМ-сою. Однако никаких объективных данных в защиту этих утверждений предаставлено не было. А ведь к моменту, когда происходит эта история, во вселенной международной науки уже существует множество более качественных работ, где также оценивалось влияние ГМ-сои на репродуктивные процессы, иммунную систему и различные физиологические параметры потомства и их матерей, у мышей и крыс[333]. И ни одна из этих работ не показала негативного влияния ГМ-сои на лабораторных животных.

На вопрос журнала о том, почему по итогам работы есть только заявления в прессе, но до сих пор нет опубликованной статьи в рецензируемом журнале, Ермакова не дает ответа {Ермакова И.В. Генетически модифицированная соя приводит к снижению веса и увеличению смертности крысят первого поколения. Предварительные исследования. Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН / (Журнал «ЭкосИнформ», № 1, стр. 4–10). http://eco-irinaermakova.narod.ru/art/art14.html – это по факту русскоязычный вариант статьи.}. Мы можем только предполагать возможные причины. Среди которых у меня вертится в голове вопрос: нет ли здесь попытки скрыть факт не этичного или даже жестокого обращения с лабораторными животными?

Вот отсюда, из такого качества статьи растут ноги у первого, по популярности мифа о ГМО: потребление ГМ-продуктов вызывает бесплодие и проблемы с репродуктивной системой. Теперь у вас достаточно информации, чтобы сделать свои выводы о том, насколько этому утверждению стоит доверять.

4.3. В дополнение

Еще одна история о ГМО, у истоков которой можно обнаружить следы ОАГБ, освещалась в СМИ примерно в то же время, что и эксперимент Ермаковой. Но проверки временем не выдержала, сейчас шум вокруг нее не столько подзабыт, сколько вытеснен из медиапространства историей, которую мы разбирали в этой главе. Но ознакомиться с ней может быть полезно, особенно в контексте этой главы.

«ГМО и хомячки. Капля воды на раскаленный камень». Руслана Радчук. Наука. Троицкий вариант[334]. 22.06.2010. № 56. с. 10https://trv-science.ru/2010/06/gmo-i-xomyachki-kaplya-vody-na-raskalennyj-kamen.

Давайте честно признаемся: есть научные статьи и похуже статьи Сералини. Более того, есть исследования безопасности ГМО, которые ничем не лучше исследования Сералини. Но я раньше не видела ни одного настолько глобального научного разбора, которому бы подверглась подобная работа.

Молекулярный генетик и популяризатор наукиРуслана Радчук[335]

Давайте честно признаемся: вы точно устали читать здесь кучу подробностей о том, как одни люди делали некачественные исследования, а другие люди их до бесконечности проверяли и опровергали. А я в ответ честно признаюсь, что точно устала разбирать очередную такую работу. Но нам всем придется еще немного потерпеть и еще ненадолго собрать волю в кулак. Как Земля стоит на трех китах[336], так все современное анти-ГМО-движение стоит на трех именах – Пуштаи, Ермакова, Сералини.

И эта последняя из трех историй встает самой живой картинкой перед глазами у каждого, кто хоть раз пробовал разобраться в теме ГМО самостоятельно. Так что пропустить ее мы просто не имеем права. И примечательна она еще кое-чем.

5.1. Только по секрету

По сравнению с тем, что развернулось на международной арене в сентябре 2012 года, все остальные скандалы вокруг ГМО кажутся играми в песочнице. И слово «арена» здесь не просто так – происходящее было продумано и отрепетировано в духе лучших номеров цирка Du Soleil. В один день все мировые СМИ буквально взорвались одной новостью: французские ученые убедительно доказали связь ГМО и рака! Статья сопровождалась крайне наглядной иллюстрацией крысы, находящейся в ужасающем состоянии – все ее тело будто целиком состояло из опухолей. Журналисты наукоориентированных изданий бросились за комментариями к ученым. Но те могли только развести руками: в этот момент они еще в глаза не видели никакой публикации! То есть часть СМИ узнали о ней даже до того, как появился официальный пресс-релиз! И тут начинается самое интересное.

События развивались стремительно. Почти сразу стало известно, что некоторым крупным новостным изданиям некая группа ученых предложила подписать бумагу, согласно которой они станут обладателями сенсационной эксклюзивной информации, но им категорически запрещено сообщать об этом кому-либо до даты публикации статьи в журнале и официальной пресс-конференции. Кроме того, по условиям этого документа, журналистам запрещено было запрашивать уточняющую информацию из любых внешних источников, включая комментарии каких-либо ученых. Именно поэтому «оставшиеся за бортом» сенсации журналисты других изданий получили лишь удивление в ответ, когда в первые часы кинулись за комментариями к представителям научного сообщества[337]. Этот ход был очень хорошо продуман авторами исследования, он позволял им выиграть время. По мнению освещавших эти события обозревателей, такая заминка в получении любых критических отзывов со стороны научного сообщества развязывала руки общественным организациям и активистам, выступавшим против технологий генной модификации. Выигранное время они потратили с пользой, попытавшись «сфальсифицировать общественные дебаты»[338]. Создавалось впечатление, что сами анти-ГМО-организации были готовы к происходящему и их действия были хорошо скоординированы[339]. Да, спектакль шел как по нотам.

5.2. Много шума из… чего?

Скажу сразу, что статью, вышедшую в журнале Food and Chemical Toxicology[340] отозвали в считаные недели после выхода. Журнал захлестнули письма ученых, требующих переоценить их процесс рецензирования[341]. Научное сообщество потребовало от авторов предоставить полные данные их исследований и получило… твердый отказ. Но, как и в предыдущих историях, джинна обратно в бутылку было уже не загнать – общество выбрало нового героя.

Этим героем стал Жиль-Эрик Сералини, французский молекулярный биолог, политик и активист. За 13 лет до описанных в этой главе событий Сералини основал «Комитет исследований и независимой информации по генной инженерии»[342] – организацию, занявшую активную позицию против любых ГМ-технологий. Кроме того, на протяжении нескольких лет Сералини вместе с группой единомышленников занимались тем, что пересчитывали данные за разными компаниями, которые те предоставляли государственным органам[343]. И, на самом деле, это хороший и правильный подход, так и надо. Для этого сейчас многие государства и общественные организации продвигают идею открытых данных – каждый желающий должен иметь возможность перепроверить все, что он хочет перепроверить. Я полностью разделяю этот подход, открытые данные – это здорово, изучать их самостоятельно – еще более здорово. Но у группы Сералини был интересный подход с использованием неких нестандартных методик анализа данных, поэтому результаты у них всегда получались противоположными выводам, которые на этих же данных делали другие ученые[344]. И всегда у них выходило, что ГМО опасны. Так что, пусть дальше мы и будем рассуждать, качественным или нет с точки зрения построения эксперимента было роковое исследование Сералини 2012 года, одно можно сказать с уверенностью – беспристрастным оно точно не было. Что, кстати, уже является крупным нарушением: ученые обязаны указывать, если выполняемая ими научная работа становится источником конфликта интересов. И в статье написано о его отсутствии![345] Но по факту такой конфликт был – ведь исследователи были тесно связаны с «Комитетом», заинтересованной в запрете ГМО организацией.

До того, как мы начнем говорить про само исследование, нужно обсудить еще кое-что. А именно фотографии, которые разошлись по Сети уже в первые часы скандала. На них руки человека в халате держат перед камерой облысевшую, покрытую опухолями, находящуюся просто в ужасном состоянии крысу. И это тоже часть продуманной игры на манипуляцию сознанием читателя. Чтобы раскусить эту игру, достаточно поискать в Google фото использованной в работе Сералини линии лабораторных крыс в престарелом возрасте. Крыса с этой картинки никогда не ела ГМО, но ее внешний вид очень похож на вид крысы с иллюстраций о работе Сералини в популярных источниках. Так что с ней не так?

С ней все так. Ведь это крыса линии Спрэг—Доули (Sprague—Dawley), одной из старейших лабораторных линий. Ученые очень любят использовать этих крыс в исследованиях, так как они живут дольше своих собратьев, отлично размножаются и при этом имеют сильный материнский инстинкт, что положительно влияет на выживаемость потомства. На этих крысах принято изучать процессы старения и дегенеративные заболевания, развитие которых часто связано с возрастом, метаболические и кардиоваскулярные заболевания, а еще, что главное, развитие онкологических заболеваний[346]. Дело в том, что в этой линии при ее выведении почти 100 лет назад случайно закрепили мутацию, из-за которой с очень высокой вероятностью могут возникать спонтанные эндокринные опухоли. Так, из 100 крыс, что доживут до своего второго дня рождения, более 80 будут иметь опухоли[347]. Просто потому что к этому у них есть генетические предпосылки. Забегая вперед скажу, что крысе на фото тоже более двух лет, как и всем крысам к моменту окончания двухгодичного эксперимента Сералини (к двум годам стоит добавить, что лаборатория приобрела крыс в возрасте 5 недель, а до начала эксперимента они прошли почти месяц акклиматизации)[348]. Кстати, если посмотреть на фото из самой статьи, то на крайней справа картинке изображена крыса, которая не получала ГМ-корма. И ее внешний вид ничем не отличается от вида тех, в чьем рационе ГМО было. Но на выдернутом из контекста фото, сопровождающем все первые публикации в СМИ, вы не могли увидеть этого сравнения или прочесть про особенности линии. Перед читателем представала лишь жуткая картинка одинокой, больной, страдающей крысы, которая, несомненно, ела ГМО. Что ж, такой ход отлично сработал – эти опухоли и спустя 10 лет после всей этой истории будоражат сознание людей. Оставив в стороне мою критику Сералини как ученого, я не могу не признать его талант ньюсмейкера и организатора. Снимаю шляпу.

5.3. Погружаемся в детали

Итак, в своем эксперименте Сералини с коллегами рассматривали влияние потребления ГМ-кукурузы сорта NK603 (производства компании «Монсанто») на здоровье и поведение крыс. Эксперимент продлился два года и проводился на 200 лабораторных животных. И пока это звучит очень здорово – не идет ни в какое сравнение по длительности и количеству испытуемых с работой Ермаковой и уж тем более с работой Пуштаи. Выводы же получались такие: самки крыс, которые питались ГМ-кукурузой, умирали в 2–3 раза чаще самок из контрольной группы, чаще страдали от опухолей молочных желез, баланс их половых гормонов был нарушен. Самцы, получавшие ГМ-кукурузу, чаще самцов из контрольной группы страдали от некроза печени и гиперемии (излишка крови в сосудах), имели больше опухолей и большие проблемы с почками. Одним из объяснений этих изменений авторы предлагали рассматривать именно экспрессию добавленного в кукурузу гена (вторым вариантом из предложенных было влияние гербицида, об этом мы также поговорим дальше).

А теперь погрузимся в детали. Действительно, животных было 200: 100 самцов и 100 самок (оценка проводилась для первых и вторых по отдельности). Каждую сотню разбили на группы:

• 10 крыс получали обычный рацион, содержащий 11 % ГМ-кукурузы;

• 10 – обычный рацион, содержащий 22 % ГМ-кукурузы;

• 10 – обычный рацион, содержащий 33 % ГМ-кукурузы;

• 10 – обычный рацион, содержащий 11 % ГМ-кукурузы, а еще в воду этой группе добавляли гербицид «Раундап» (также производства компании «Монсанто». Модификация кукурузы сорта NK603 как раз помогает кукурузе быть устойчивой к «Раундапу», в то время когда сорняки вокруг нее от его использования гибнут);

• 10 – обычный рацион, содержащий 22 % ГМ-кукурузы, + «Раундап» в воде;

• 10 – обычный рацион, содержащий 33 % ГМ-кукурузы, + «Раундап» в воде;

• 10 – обычный рацион + «Раундап» в воде в очень низкой концентрации;

• 10 – обычный рацион + «Раундап» в воде в более высокой концентрации;

• 10 – обычный рацион + «Раундап» в воде в еще более высокой концентрации;

• и, наконец, последние 10 получали обычный рацион и имели доступ к обычной чистой питьевой воде.

Итого 10 групп по 10 крыс (для каждого пола). И теперь это не выглядит такой уж большой выборкой. А фраза «в этой группе погибло на 10 % больше животных» будет означать, например, что в одной группе погибло 2 крысы, в то время как в другой группе погибла только 1. Хотя на самом деле оба этих числа находятся просто в рамках погрешности.

Но все еще не так плохо, если у исследователей заранее есть гипотеза, которую они хотели бы проверить. Например, найти ответ на вопрос: влияет ли потребление ГМ-кукурузы на уровень сахара в крови? Однако авторы измеряли около 90 различных параметров! Сравнивали более 30 разных показателей крови, 16 показателей для мочи, замеряли уровень различных гормонов, замеряли и изучали гистологические образцы множества разных органов… Проводили даже сравнение поведения![349] Смахивает на попытку найти хоть что-нибудь. В главе о работе Пуштаи мы разбирали, насколько высока вероятность принять случайность за находку, если проводить сравнение лишь по 5 параметрам. И говорили о том, что в таких случаях просто необходимо устанавливать более строгий порог для уровня значимости. Здесь же речь идет о группах всего по 10 животных в каждой и сравнении по 90 параметрам. В таком случае как раз не найти хоть что-нибудь было бы очень странно. Если у вас дома есть чайный сервиз, попробуйте поставить такой опыт самостоятельно. Сравните хотя бы по 10 параметрам каждую чашку с остальными. Даже если ваш сервиз выпущен на одном заводе и все чашки относятся к одной партии, где никаких различий быть не должно, что-то да обязательно найдется.

Важно также обсудить, как учитывалась смертность крыс для формирования выводов о повышенной смертности в какой-либо группе. В статье (и это установленная практика) постоянно упоминается, что по правилам этичного обращения с лабораторными животными до окончания эксперимента гуманным способом усыпляли тех крыс, чье состояние здоровья могло снижать их качество жизни. Критериями для оценки являлись: потеря 25 % массы тела, увеличение опухолей до размеров, превышающих 25 % от общей массы тела, кровотечения или ухудшение психического состояния (прострация). Выжившими считались все крысы, оставшиеся в живых в момент окончания эксперимента[350]. К этому моменту крысам было 26 месяцев (2 года эксперимента + период адаптации и возраст, в котором их получили из питомника). И здесь стоит задать вопрос: чему эквивалентен этот возраст и чего мы вообще ожидаем от животного, которое его достигло? По данным сравнительных исследований[351], для крыс линии Спрэг—Доули в возрасте 20–21 месяца наступает порог 90 %-ной выживаемости (а средняя продолжительность жизни для них 29–30 месяцев). Это значит, что после 21 месяца количество проблем со здоровьем у этих крыс будет ожидаемо расти. Переведем эту ситуацию на человека, чтобы лучше понимать, что происходит в исследовании: по данным ВОЗ на 2019 год, ожидаемая продолжительность здоровой жизни чуть менее 64 лет, при этом средняя продолжительность человеческой жизни чуть более 73 лет[352]. Это значит, что в среднем человек проживет намного больше 64 лет, хотя с каждым годом вероятность смерти от естественных причин будет становиться выше, а качество жизни может становиться ниже. Иными словами (и утрируя), для крыс в возрасте 26 месяцев мы ожидаем примерно такое же состояние здоровья, какое будет у человека к 68 годам. Однако человек со своими болячками продолжает жить и доживает в среднем до 70 с лишним лет. Крысы же такой возможности не имели – при ухудшении состояния здоровья их усыпляли и считали в общем показателе смертности (а позднее авторы даже сознаются, что опухоли просто оценивали по массе, а не по их стадии[353]. То есть животных усыпляли до наступления последних стадий развития рака. Пока они еще были в том состоянии, в котором могли прожить довольно долго). Но это неверный подход, особенно для таких маленьких выборок, ведь мы как бы искусственно увеличиваем число смертей в ситуации, где каждый «плюс один» это не погрешность, а весомые 10 %. Для получения более чистого результата (насколько он возможен при таком малом количестве животных в каждой группе) следовало сократить длительность эксперимента, например, до 20 месяцев, когда мы ожидаем, что данные крысы не должны испытывать проблем со здоровьем, связанных с естественным процессом старения.

История с этим исследованием – это во многом наглядная демонстрация того, как серьезно на самом деле регулирующие и отвечающие за здоровье населения организации в XXI веке относятся к любым потенциальным свидетельствам опасности пищевых продуктов. Одним из первых отреагировало Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA): «Многочисленные проблемы, связанные с дизайном и методологией исследования означают, что нельзя сделать никаких выводов о возникновении опухолей у тестируемых крыс»[354]. Также управление запросило у авторов разъяснения относительно целей исследования, использованного экспериментального протокола и методики статистического анализа. В ответ авторы опубликовали еще одну статью, где обещали представить ответы на критику[355]. Но ответы вышли довольно странные: например, на претензию, что использованный протокол не подходит для оценки опухолей, авторы отвечают, что их исследование и не было направлено на исследование возникновения опухолей, а лишь на оценку токсикологических параметров. Но погодите, а как же выводы оригинальной статьи, где про эти опухоли было четко написано?

На вопрос об отсутствии многих данных, на которых авторы строят свои выводы, новая статья обещает некоторые данные «представить в следующих работах», а другие данные призывает считать нерелевантными, поэтому авторы просто отказывают в их представлении[356].

На предъявленные претензии к использованным статистическим методам авторы и вовсе отвечают, что статистика не «говорит правды, а лишь помогает интерпретировать результаты»[357]. Давайте последуем их совету! – откликнулись ученые. Например, основываясь ровно на тех же опубликованных данных исследования Сералини, биолог и популяризатор науки Александр Панчин делает следующий вывод: «ГМО увеличивает продолжительность жизни самцов крыс»[358]: «В некоторых группах крыс, которые ели ГМО, смертность достигала 10 % для самцов, то есть была в три раза ниже, чем в контроле. […] Группами с 10 %-ной смертностью были группы крыс самцов, которые получали 22 % и 33 % ГМО кукурузы в корме, а также группа самцов, которые не получали ГМО, но получали максимальную концентрацию гербицида R в воде». Вот что получается, если интерпретировать статистику так, как хотелось бы любому автору. Обвиняя статистику в искажении «реальных данных», в какой-то момент авторы сами признают, что все это «не позволяет делать какие-либо выводы о смертности, связанной или не связанной с потреблением ГМ-корма (или “Раундапа”)»[359]. Но обратила ли общественность внимание на эту невнятную попытку дать задний ход?

Заключение по итогам рассмотрения статьи и предоставленных позднее данных таково: авторы делают выводы на основании исследования, качество которого это сделать не позволяет[360]. При таком дизайне исследования, в частности, невозможно сделать выводы о разнице в частоте возникновения опухолей в разных группах. Принимая во внимание оценки государств-членов и ответы авторов на критику, EFSA считает, что данное исследование имеет недостаточное научное качество для переоценки безопасности (как ГМ-кукурузы, так и вещества «Раундап»).

Но давайте все-таки скажем это еще раз: да, статья не дает повода пересматривать предыдущие выводы регуляторов, но работа за ней и не настолько плоха, чтобы просто выбросить ее в корзину. Перед нами обычная проходная статья, которая в нормальной ситуации могла бы просто лечь одним из кирпичиков для будущего большого и качественного метаанализа. Проблема вообще не в статье, а в способе ее продвижения и подачи. В манипуляции мнением читателя путем публикации шокирующих фотографий, в заинтересованности сторон в определенных выводах, в продуманной кампании, направленной против ГМО в целом. Так не делается наука. Так не работают ученые. Так работают специалисты по пиару и продвижению. И отдадим им здесь должное, все получилось на высочайшем уровне. Спустя 10 лет крысы Сералини надежно встают перед глазами потребителя, старательного выбирающего на полке продукт с маркировкой «не содержит ГМО».

5.4. В дополнение

Для полного погружения в историю советую прочесть:

• Мнимые угрозы ГМО / Наука. Троицкий вариант[361]. 06.11.2012. № 116. с. 6. Руслана Радчук, https://trv-science.ru/2012/11/mnimye-ugrozy-gmo/ – хроники расследования и реакции публики вокруг публикации.

• Сералини, ГМО и крысы: финальный аккорд. Наука. Троицкий вариант. 11.12.2012. № 118. с. 13. Руслана Радчук, https://trv-science.ru/2012/12/seralini-gmo-i-krysy-finalnyjj-akkord.

У трех рассказанных выше историй много общего. В них соединились недоверие авторов к технологии и желание личной славы, которую можно легко заработать, сыграв на страхах общества. Четвертая история в этой книге отличается от них очень сильно. Судить о мотивах другого человека занятие неблагодарное, но все же предположу, что героем последней истории не в последнюю очередь двигало желание если не помочь человечеству, то как минимум сделать весомый положительный вклад в имидж технологии генетического редактирования.

Имя героя четвертой истории Хэ Цзянькуй[362], и весь мир узнал его 26 ноября 2018 года. Но мы начнем эту историю издалека.

6.1. Уроки самообороны от братьев наших самых меньших. И о том, как мы их выучили

Перед вами, дорогой читатель, офис шерифа. В его городке царит образцовый порядок. Он, как Крутой Уокер[363], поймает и обезвредит любого преступника. Но что бы он делал без своего секретаря! Он и весь учет ведет, и ориентировки по папкам раскладывает, и для архива все бумаги у него в порядке. Его функции больше никто выполнить не способен, без него – мрак, хаос и полная безнаказанность. Совершенно незаменимая личность!

В этом городе правопорядок превыше всего. Здесь не задержат невиновного, даже если он сильно похож на преступника. А вот преступникам тут не поздоровится. Вот такую чудесную систему выстроили… бактерии и археи!

Эта маленькая глава посвящена молекулярным ножницам – системе бактериального иммунитета, легшей в основу технологии CRISPR/Cas, которая 10 лет назад покорила ученых всего мира[364]. Миллиарды лет бактерии использовали ее для борьбы с проникающими в них врагами. А потом как обычно – ученые что-то заметили, много лет пытались понять, что именно они заметили, потом осознали и успешно поставили себе на вооружение.

Охранный механизм бактерий после некоторых доработок оказался чрезвычайно удобен для вырезания ненужных или испорченных фрагментов ДНК (иногда РНК) прямо внутри живой клетки(!), а при некоторой его доработке и вставки на место разреза нужной ученым последовательности.

Как же это все происходит у бактерий и архей? Вернемся к аналогии. Офис шерифа – это набор последовательно идущих генов, расположенных, как правило, на хромосоме бактерии. С этого блока генов читаются:

• шерифы – белки Cas9. Они находят преступника и уничтожают его[365];

• секретарь – лидерная последовательность. Находится рядом с генами cas-белков. С нее начинается архив, за который она отвечает;

• архив – собрание личных дел преступников, лежащих в одинаковых папках «Дело № _». Все папки с записями вместе называются CRISPR-кассетами,

• сами записи – информация о преступниках, которые когда-либо попадались в лапы шерифов – спейсеры. Это кусочки генов, вырезанные из геномов ранее нападавших на бактерию вирусов;

• папки «Дело № _» – повторяющиеся блоки, повторы. У разных организмов их длина может отличаться. Обычно в таком повторе по 24–48 генетических букв. Они разделяют между собой записи о преступниках.

Каждый день секретарь (лидерная последовательность) перебирает в архиве папки с делами, изготавливая копию фотографии каждого преступника (считывает последовательности CRISPR-кассет – кусочки генов, некогда пойманных и побежденных вирусов в РНК). Делает это последовательно: начинает с промотора лидерной последовательности и далее идет по порядку. Перед началом рабочего дня каждый шериф (белок Cas9) получит по такой копии (той самой РНК, она будет называться направляющей) и отправится на патрулирование улиц – территории клетки. У каждого шерифа свое задание – именно порученного ему преступника он теперь и будет выслеживать.

Представим теперь, что в бактерию проникнет вирус-преступник, братья-близнецы которого уже попадались однажды патрульным. То есть оставили в базе свои фото перед трагической гибелью. Так что наш нарушитель рискует встретиться с рыскающими по клетке шерифами-Cas9, у которых есть ориентировка на всю его преступную семейку.

Разные Cas9 будут подлетать к злодею и прикладывать к нему фото – свою направляющую РНК, изготовленную по фрагменту ДНК(РНК) ранее уничтоженного вируса. Нет в нарушителе такого фрагмента? Этот шериф убегает дальше. Есть подобный? Руки вверх! Шериф выхватывает острые ножницы и уверенным движением кромсает нарушителя пополам! Ну а перед тем, как останки нарушителя будут окончательно уничтожены другими механизмами клетки, от него отрежут кусочек (сделают фото) и принесут к секретарю – лидерной последовательности. Далее эту «фотографию» только что убитого нарушителя добавят в архив. Архив увеличится, шерифы станут более информированы, а записи будут переданы вместе с архивом следующим поколениям бактерии.

Кстати, а могут ли охранники навредить самой бактерии? Ведь есть вероятность, что на бактериальной хромосоме какой-то фрагмент совпадает с портретом врага. Все продумано: Cas-белки режут не все, что им вздумается, но только если рядом с потенциальным совпадением есть специальная последовательность из нескольких нуклеотидов (PAM – Protospacer Adjacent Motif)[366]. Такая последовательность есть у вирусов, но ее нет в геноме самой бактерии. Так что «невиновные» в этом мире закона и порядка полностью в безопасности!

Итак, именно этот метод взяли и поставили себе на службу ученые. Достаточно сконструировать направляющую последовательность так, чтобы она соответствовала фрагменту в геноме редактируемого растения или животного, который мы хотели бы разрезать. А затем ввести уже «настроенную» CRISPR/Cas9-систему в клетки. А еще вместе с системой можно ввести фрагменты ДНК, которые мы хотели бы вставить на место разреза. И вуаля, немного биологической магии, и перед нами ГМО[367].

Звучит все очень круто, но насколько надежен такой метод? Во-первых, нужно вспомнить, что чем короче будет направляющая РНК (портрет преступника, который таскают шерифы), тем больше вероятность того, что подходящих мест в геноме окажется сразу несколько (ведь геном сложных организмов, как правило, состоит из миллиардов пар оснований, так что в нем довольно много повторяющихся фрагментов). Поэтому направляющую последовательность ученые должны очень тщательно заранее продумать. Но и это не дает гарантий, потому что, во-вторых, в оригинале метод CRISPR/Cas9-«ножниц» может сработать и на последовательность, не идеально подходящую под шаблон направляющей РНК. Ошибка в пару букв для него вполне допустима, что устраивает исторически пользующиеся этим методом бактерии, но не устраивает генных инженеров, ведь она может обернуться большими проблемами для отредактированного более сложного организма. Так что в лаборатории используют усовершенствованные методы, в основе которых лежит оригинальный бактериальный[368]. И хотя эти методы действительно очень существенно повышают точность, идеальными их все еще не назвать. А потому риски нежелательных модификаций в редактируемом организме все еще существуют.

Сегодня при помощи описанной системы появляются все новые и новые экспериментальные организмы, а кое-что даже уже можно увидеть на прилавках[369]. Так что особенность истории, которую я сейчас расскажу, вовсе не в самой технологии.

6.2. Близняшки вне закона

Во второй половине ноября 2018 года город Гонконг принимал у себя множество ученых со всего мира. Они собрались на конференцию, чтобы обсудить новые технологии редактирования генов, их перспективы и различные этические проблемы вокруг всего этого. В общем, важное для всей мировой науки, но вполне рядовое в общественном плане мероприятие. Но ровно за день до начала стало понятно, что ему суждено попасть в историю всего человечества.

26 ноября к одному из организаторов конференции пришел молодой китайский ученый[370] и заявил: я создал первых в мире полностью ГМ-людей. Наверняка он сказал это немного другими словами, но их нам с вами не узнать, а главный смысл хорошо укладывается как раз в эту фразу. Итак, по его словам, где-то в Китае (ученый отказался назвать место, время или имена участников) буквально недавно на свет появились малышки-близнецы Лулу и Нана, чьи геномы были отредактированы на стадии эмбрионов, вскоре после искусственного оплодотворения[371].

Тут надо заметить, что редактировать человеческие геномы для лечения опасных генетических заболеваний ученые начали еще за несколько лет до того[372], но речь всегда шла о редактировании генов в конкретных тканях уже взрослых людей. Такие искусственно введенные в геном конкретного органа или ткани мутации не могут передаваться по наследству, ведь они не затрагивают репродуктивные системы человека. Иными словами, такой человек – ГМО лишь отчасти, а его потомство и вовсе будет уже никаким не ГМО, а самым обычным. Еще и исходное заболевание родителя рискует также иметь. Такие манипуляции разрешены законодательствами большинства стран и сегодня все чаще используются уже в почти рядовой медицинской практике[373]. Шокирующим в заявлении профессора Хэ была вовсе не примененная технология, а ее этическая сторона: на свет появились дети, чей организм целиком подвергся генетическому редактированию, а привнесенные в него мутации передадутся и их детям, и детям их детей. И это в корне меняет ситуацию: а имеем ли мы право на такое вмешательство в чужую жизнь? Регулирующие органы большинства стран с той или иной степенью строгости отвечают на этот вопрос «нет». Так, к примеру, редактирование генома человека на эмбриональной стадии не запрещено законодательством США, но на него наложен мораторий. В таких странах, как Китай, Индия и Япония, запрет наименее сильный – он производится не через закон, а через набор руководящих принципов, которые могут быть изменены в конкретных случаях[374]. Во многом это и стало причиной, по которой эксперимент с редактированием эмбрионов был поставлен именно в Китае. Но законно – не равно этично. А понимание этики может варьировать между людьми. Так и сообщество ученых разделилось на два (неравных) лагеря: поддержавших и осудивших автора одиозного эксперимента[375]. Вам уже захотелось примкнуть к одному из них? Погодите. Давайте для начала выложим на стол все карты.

6.3. В лаборатории

Участниками эксперимента выступили 7 семейных пар[376], в которых все потенциальные матери были здоровы, а все потенциальные отцы имели положительный ВИЧ-статус. Однако все мужчины своевременно получали АРВТ (антиретровирусная терапия – комплекс препаратов, способствующий подавлению вируса иммунодефицита в организме) и к моменту оплодотворения шансов передать ВИЧ ребенку не имели. Сам автор эксперимента, по его словам, и не ставил целью получение здоровых детей, это и без него прекрасно умеет делать современная медицинская практика. Его цель была создать детей, которым ВИЧ не мог бы грозить и в будущем. То есть устойчивых к потенциальному заражению[377].

От каждой пары был получен материал – сперма у мужчин и яйцеклетки у женщин. Далее сперма была промыта – из нее удалили семенную жидкость, так как в ней могли быть частицы ВИЧ. На следующем шаге выделенные сперматозоиды были искусственно введены в яйцеклетки вместе со специальными ферментами системы генетического редактирования CRISPR/Cas9[378]. О том, как работает эта система и чего именно хотели добиться ученые, мы поговорим чуть дальше, а пока сосредоточимся на «человеческой» части эксперимента. Всего таким образом были получены 22 оплодотворенные яйцеклетки. В следующие дни эксперимента было установлено, что 16 из них стали жизнеспособными эмбрионами, а генетический анализ показал, что ожидаемые учеными изменения в них произошли.

Два из 16 эмбрионов были подсажены одной из женщин[379] и в ноябре 2018 года на свет появились две здоровые (по заверениям автора исследования) девочки. Заметить стоит, что только в одном из двух эмбрионов искусственно произведенная мутация произошла в обеих хромосомах – отцовской и материнской. Второй эмбрион был отредактирован лишь «наполовину» – одна копия гена осталась неизмененной, а во второй редактирование произошло. Но удалась ли основная цель эксперимента? Действительно ли дети получили пожизненную защиту от ВИЧ?

6.4. Возможно ли иметь пожизненный иммунитет к ВИЧ?

Простой ответ – да. Дело в том, что есть в нашем организме важный для работы иммунной системы белок, который кодируется геном CCR5[380]. Представить его себе проще всего в виде космической станции, например МКС.

Теперь представим небольшой космический шаттл, который доставляет астронавтов на борт МКС, – это ВИЧ. Если все пройдет по плану, то автоматика шаттла опознает место расположения стыковочного узла на МКС и сможет к нему успешно пристыковаться. Шлюзы откроются, а астронавты переберутся на борт станции. В мире молекул в роли шаттла – вирус, а в роли МКС – лейкоциты, клетки иммунной системы. В роли шлюза на станции – рецептор CD4 на поверхности лейкоцита. К рецептору при помощи специального вирусного гликопротеина gp120 надежно прицепляется вирус иммунодефицита[381]. Это немного похоже на то, как действует роботизированная рука, корректируя стыковку шаттла со станцией. Но в этот момент «шлюзы заперты» – просто так в клетку не проникнуть. Однако когда стыковка уже завершена, форма «руки» – гликопротеина – изменяется. Теперь она может «ухватиться» за еще один важный рецептор на поверхности клетки – CCR5. После такой надежной стыковки пора приступать ко взлому шлюза – ведь наш шаттл только притворяется доставкой нового экипажа и свежих фруктов, а на самом деле в его кабине притаились коварные космические пираты. За взлом отвечает еще один вирусный белок – gp41. Он проникает в мембрану клетки и изменяет ее так, что она начинает сливаться с мембраной вируса. После чего вирус оказывается внутри клетки. Его капсид (вирусная белковая оболочка) раскрывается, и в клетку проникает РНК – информационная молекула ВИЧ. Следом в дело вступает еще один компонент, который коварный вирус контрабандой притащил с собой – обратная транскриптаза. Этот фермент позволяет по РНК вируса синтезировать ДНК. А уже ДНК далее встроится в ДНК клетки человека и заставит ее следовать своим инструкциям. Так происходит процесс заражения[382].

Как видно, он состоит из нескольких последовательных этапов. И мы можем попробовать нарушить каждый из них, чтобы предотвратить заражение. Например, часть современных антиретровирусных препаратов (АРВТ) направлены на блокировку работы обратной транскриптазы. Без нее, даже проникнув внутрь клетки, вирус остается совершенно беспомощным, ведь он не имеет возможности размножаться. Он оказывается обезоружен и заточен в клетке, и это заточение будет для него пожизненным, если пациент не прекратит принимать препараты[383]. Но можно применить и иную тактику.

Помните тот самый рецептор CCR5, без которого не пройдет «стыковка»? А что если изменить его так, чтобы вирус больше не мог использовать его для своих целей?

В процессе эволюции у некоторых людей произошла любопытная мутация в гене CCR5, который кодирует рецептор CCR5. Из гена «выпало» 32 буквы, поэтому на его основе стал собираться немного измененный рецептор, который вирус иммунодефицита не умеет использовать в своих целях. Так что люди с такой мутацией (CCR5-Δ32) почти не подвержены заражению ВИЧ[384].

Причем интересная штука – эта мутация встречается у каждого 10-го потомка европейцев, но ее почти невозможно встретить у потомков людей из Азии, Африки или Ближнего Востока. Нет ее и у коренных американцев. Из географических и исторических предпосылок следует, что такая мутация могла возникнуть около 700 лет назад. Но ведь ВИЧ намного, намного моложе! Значит, что-то еще способствовало тому, что эта мутация закрепилась в популяции. Ученые предположили, что «виной всему» эпидемии, бушевавшие с ужасающей периодичностью в средневековой Европе. Но противостоять какой именно болезни помогало наличие такой мутации? На роль «инструмента отбора» рассматривали и оспу, и геморрагическую лихорадку, от которых погибали целые города. Но, кажется, в итоге все-таки ученые сошлись на кандидатуре бубонной чумы. И даже конкретно на пандемии чумы под названием «черная смерть», которая между 1347 и 1350 годами унесла миллионы жизней[385].

Гомозиготные по мутации CCR5-Δ32 люди (кому достались две мутантные копии – от мамы и от папы) устойчивы к заражению самыми распространенными формами ВИЧ. Гетерозиготные (у которых только одна мутантная копия от одного из родителей) – такой защиты, похоже, не имеют. Но показано, что заболевание у них может развиваться медленнее, чем у носителей обеих копий нормального CCR5 гена[386].

Такую мутацию и планировал внести в эмбрионы Хэ Цзянькуй (но из позднее опубликованных сведений видно, что в итоге получилось немного иначе[387]). По его словам, одна из девочек теперь полностью защищена от заражения ВИЧ (гомозиготна по двум измененным аллелям CCR5), а вторая получила хоть какое-то преимущество (она гетерозиготна)[388].

Но значит ли это, что иметь такую мутацию хорошо и всем нам она нужна? Нет. Например, по некоторым данным, эта защищающая от ВИЧ мутация может увеличивать восприимчивость организма к лихорадке Западного Нила[389], или повышать риски развития сахарного диабета 1-го типа[390]. После такого уверенно налетать на ген CCR5 с ножницами уже не кажется такой хорошей идеей.

6.5. Соучастники или жертвы?

С технической частью эксперимента разобрались. Пора переходить к этической. Во-первых, заявление появилось ровно накануне международного саммита, посвященного редактированию генома человека[391]. Довольно сложно представить это совпадением, а не целенаправленным действием, мотивы которого, впрочем, могут быть различны. Хотел ли Хэ Цзянькуй повлиять на ход этого саммита и решений по его итогам? Или же им двигала жажда личной славы? При этом ни первое, ни второе не исключает наличия одновременно и вполне благородных мотивов поступка – желания помочь людям. Во-вторых, меня, как и большинство ученых, высказавших свою позицию, смущает отсутствие научной публикации его результатов. Долгое время существовало лишь словесное заявление для СМИ, текст доклада для того самого саммита под названием «Редактирование гена CCR5 в мышиных, обезьяньих и человеческих эмбрионах с использованием технологии CRISPR-Cas9»[392] да несколько видео на YouTube-канале лаборатории[393]. Серьезная наука так не делается – привести такое опрометчивое поведение может к очень опасным для всех последствиям. Вспомнить хотя бы главу об Арпаде Пуштаи, его заявлении для телевидения и последствиях для всей генетической инженерии на следующие 30 лет. Неужели такие последствия ждут и технологии редактирования человека, которые могли бы принципиально изменить качество жизни людей с серьезными генетическими заболеваниями? Таких последствий опасаются и специалисты. Законодательство разных стран, и так в большинстве случаев довольно строгое в отношении исследований, связанных с редактированием человека, может обрасти еще большим числом тормозов[394]. Даже сегодня, спустя несколько лет, публикации так и не появилось, однако оснований считать всю работу лишь выдумкой у научного сообщества тоже нет. Не так давно появились статьи с выдержками из так и не опубликованной работы ученого, которая должна была называться «Рождение близнецов после редактирования генома для устойчивости к ВИЧ»[395]. Разбиравшие ее эксперты считают, что некоторые места в работе попросту противоречат друг другу[396].

Полагаю, что в этом месте у читателя уже сложилось определенное отношение к данной истории. Но подождите еще немного. Помните, что в парах, которые принимали участие в эксперименте, отец был носителем ВИЧ, а мать была здорова? На пресс-конференции во время саммита профессора Хэ спросили, почему выбор был именно таков? Ведь риски заболевания у ребенка значительно выше, если заражена именно мать, а не отец? И ответа на этот вопрос не было дано[397]. Поищем его самостоятельно. В видео[398] на своем канале профессор Хэ делает упор на то, как рад был отец появлению дочерей, ведь ранее он даже и не надеялся стать отцом – вспомогательные репродуктивные технологии в Китае недоступны для людей с ВИЧ (кстати, из этого факта специалисты, занимающиеся расследованием этого случая, делают предположение, что образец крови, полученный от настоящего отца, был тайно заменен на чужой, от ВИЧ-отрицательного человека; только так можно было получить разрешение на проведение процедуры[399]). Далее профессор с убедительной интонацией рассказывает о том, какой дискриминации подвергаются люди с ВИЧ в обществе, говорит, что таких как Марк (имя отца девочек) работодатели увольняют, медики отказывают им в медицинской помощи. С его слов, будущие отец и мать не могли позволить себе принести своих детей в такой жестокий мир. Звучит очень убедительно. Возможно, столь же убедительно, как звучало это и для всех потенциальных отцов, принявших участие в исследовании.

Некоторые эксперты полагают, что супружеские пары находились под давлением, когда давали согласие на участие, и не понимали до конца, что сама технология редактирования не настолько надежна, чтобы исключить непредвиденные последствия для детей[400]. Кстати, само согласие они давали в форме[401] с заголовком «Программа развития вакцины против СПИДа»[402]. И такая программа действительно существует, только это совершенно иная программа, никак не связанная с данным исследованием[403]. Это также наводит на мысли о том, насколько люди понимали, что именно им предлагают сделать. Могли ли они полагать, что эмбрионам просто сделают «защищающую прививку»?

На этом месте просто обязан возникнуть вопрос: почему при таком количестве этических вопросов эксперименты вообще согласовали? Ведь наука XXI века делается не в гараже на верстаке, а тут речь и вовсе об ЭКО – процедуре сложной, дорогостоящей, требующей медицинского и лабораторного оборудования, высококвалифицированного персонала. Да и в конце концов, кто-то же должен был и роды принять. В общем, все это могло происходить только в специализированной клинике, где план эксперимента обязан был пройти экспертизу у специалистов по этике. И такая клиника действительно указана в документах к исследованию. Вот только эта указанная в реестре клинических испытаний Китая как давшая этическое одобрение работе Хэ клиника 27 ноября опубликовала пресс-релиз, в котором говорится, что никакого одобрения она не давала. Представители клиники поставили под сомнение подписи на форме одобрения и заявили, что больничный комитет по медицинской этике никогда не проводил совещаний, связанных с исследованиями лаборатории профессора Хэ[404]. То есть документы были попросту подделаны? Среди авторов так и не опубликованной официально статьи нет имен врачей или акушеров. Можно предположить, что таким способом Хэ также пытался защитить анонимность пациентов. Но можно и задать вопрос, а знали ли медики, что ведут необычную беременность или принимают необычные роды? Забегая вперед скажу, что история эта закончилась тюремным заключением для главных авторов исследования. Но кто же в этой истории остальные ее герои – состоявшиеся и несостоявшиеся родители, медики и лаборанты? Соучастники, понимающие все детали происходящего, или обманутые жертвы скрытых мотивов главного героя?

6.6. И что дальше?

Китайская академия наук выступила с заявлением, осуждающим работу Хэ, а Генетическое общество Китая и Китайское общество исследований стволовых клеток совместно выступили с заявлением, в котором говорится, что эксперимент «нарушает международно признанные этические принципы, регулирующие эксперименты на людях, и закон о правах человека»[405]. К этим же выводам пришло и мировое сообщество, и законодательные власти Китая: за «незаконную медицинскую практику» Хэ Цзянкуй и два его соавтора – Чжан Ренли из медицинского учреждения в провинции Гуандун и Цинь Цзиньчжоу из медицинского учреждения в Шэньчжэне – были осуждены на тюремные сроки (3 года, 2 года и полтора соответственно) с выплатой крупных денежных штрафов[406]. Ну а что же с самыми главными героями этой истории – с самими детьми?

Тут вопросов еще больше. Мы по-прежнему не знаем, кто они и где их искать. По некоторым данным можно сделать вывод, что спустя некоторое время на свет мог появиться еще один отредактированный ребенок от еще одной пары родителей, но о нем информации нет совсем никакой[407]. Исследователи со всего мира тщательно исследуют все доступные материалы об эксперименте и пытаются строить хоть какие-то прогнозы из попыток повторить его результаты «в пробирке». То и дело на свет появляются новые статьи с новыми сенсационными выводами: одни исследователи повторили работу на мышах и сделали предположение, что введенная девочкам мутация могла также положительно повлиять на работу мозга – улучшить память и способность нейронов быстрее создавать новые связи (это чрезвычайно важно, например, для восстановления функций мозга после полученных травм или инсультов)[408]; другие исследовали реестр смертей, содержащий более 400 000 записей о судьбах британцев и их генетических маркерах, и установили, что гомозиготные носители мутации CCR5-Δ32 имеют повышенные риски смертности от всех причин аж на 21 %[409]. Связано ли это именно с мутацией, а не с иными сопутствующими факторами? Означает ли это повышение таких рисков для одной из малышек? Неизвестно. Какие-то выводы подсказывают исследователям и работы на примере искусственного введения других мутаций. Они дают нам основания полагать, что такое редактирование может приводить к хромосомным аберрациям – значимым перестройкам в хромосомах, удалению незапланированных участков хромосом[410]. Ладно. Ответов все еще намного меньше, чем вопросов. Как на поле этики, так и на поле биологии.

Вся эта история вскрыла немалые проблемы с уже существующим законодательством. После скандала правительство КНР захлестнул тяжелый процесс саморефлексии: по всей стране проводились семинары с исследователями и официальными лицами. Их главной темой был вопрос, какие факторы позволили Хэ проводить свои эксперименты и что можно сделать, чтобы этого больше не повторилось. И ответ был таков: путаница из-за существования многочисленных этических руководств для различных областей исследований и несоответствия между их правилами. Вот так комментирует произошедшее Сяомей Чжай (Xiaomei Zhai), специалист по биоэтике Китайской академии медицинских наук в Пекине: исследования Хэ с использованием процедуры редактирования генома контролировались министерством науки и технологий, но затем он имплантировал эмбрионы с отредактированным геномом женщинам – а это уже процедура, которая контролируется министерством здравоохранения. В итоге было попросту неясно, какой орган отвечал за регулирование работы Хэ. И эта неразбериха в регулировании как бы «пригласила» Хэ провести данное исследование именно в Китае[411].

В начале 2022 года вышла директива от китайского Государственного Совета, которая пытается регулировать работу исследовательских учреждений в этой области[412]. Однако сами исследователи настроены скептически: биоэтик Цзин-Бао Ни (Jing-Bao Nie) из Университета Отаго в Данидине, Новая Зеландия, считает, что документ типичен для многих официальных заявлений, он «полон очень возвышенных принципов, фраз и заявлений, но часто расплывчатых слов». А еще, по его мнению, задача китайских властей заключалась не в том, чтобы разработать новые правила, а в том, чтобы обеспечить их соблюдение.

Последнее нам может показать только время. А пока мы можем наблюдать, что буквально недавно, когда я уже заканчивала писать эту книгу, Китай официально расширил контроль над использованием генетических данных жителей страны, в том числе для научных исследований[413]. Теперь китайским организациям запрещают собирать определенные типы генетической информации и делиться генетическими ресурсами с иностранными группами. А это не может не повлиять на мировую науку – ученые не смогут загружать важные (анонимизированные) данные в общедоступные хранилища и работать над ними совместно со своими иностранными коллегами. Слишком строгие требования так же плохи, как и их отсутствие или несоблюдение.

Аркади Наварро (Arcadi Navarro), генетик из Университета Помпеу Фабра в Барселоне, Испания, рассказывает[414], что многие страны контролируют, как можно обмениваться данными ДНК своих граждан, но большинство развитых стран содействуют обмену данными для исследований. В странах с низким уровнем дохода и странах с уязвимыми этническими меньшинствами, наоборот, встречаются строгие правила обмена данными, аналогичные китайским. Все это выглядит совсем плохо в свете уже известных историй эксплуатации уйгуров в Китае[415].

Ну что, вот теперь вы готовы сделать свои выводы в этой истории, располагая теми же сведениями, что есть на руках у экспертов сегодня? Мне было бы интересно услышать их. В конце этой книги вы найдете адреса, как связаться со мной. Напишите мне, и мы обязательно обсудим эту действительно горячую и сложную тему.

6.7. В дополнение

Просто о сложном:

• CRISPR/Cas. https://biomolecula.ru/articles/prosto-o-slozhnom-crispr-cas

• CRISPR/Cas9 как помощник в борьбе с ВИЧ. https://biomolecula.ru/articles/crispr-cas9-kak-pomoshchnik-v-borbe-s-vich

• CRISPR-системы: иммунизация прокариот. https://biomolecula.ru/articles/crispr-sistemy-immunizatsiia-prokariot

• Что такое CRISPR/Cas9 и как эта технология изменит медицину. https://nplus1.ru/material/2016/02/02/crisprfaq

• Редактирование генома с CRISPR/Cas9. https://postnauka.ru/faq/59807