Отредактированная еда. Может ли генная инженерия сделать её полезнее?

В Японии начали продавать помидоры с отредактированным геномом. Они придутся по вкусу людям с гипертонией: в плодах содержится в пять раз больше гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая ответственна за снижение артериального давления и замедление сердечного ритма, чем в обычных томатах.

Примечательно, что это не трансгенные (или генно-модифицированные) помидоры, а именно генетически отредактированные. АиФ объясняет, в чём разница, и задаётся вопросом, а нельзя ли таким способом улучшить полезные свойства и других растений, которые мы употребляем в пищу. 

Экономист Елена Ларина: владеть миром будут ГМО-люди Подробнее

Нобелевка за «генетические ножницы»

Год назад Нобелевская премия по химии была присуждена за разработку метода редактирования генома, известного как CRISPR/Cas9. Лауреатами стали француженка Эммануэль Шарпантье и американка Дженнифер Дудна. Их открытие называют одним из самых важных в области генной инженерии. 

В 2012 году исследовательницы предположили, что механизм CRISPR/Cas9 можно применить для запрограммированного редактирования генов. Чтобы объяснить суть метода, Нобелевский комитет использовал образ «генетических ножниц»: разрезая молекулу ДНК в определённом месте, учёные вносят изменения в геном с достаточно высокой точностью. 

С того момента, как Шарпантье и Дудна опубликовали свою работу, на эту тему уже проведены тысячи лабораторных экспериментов по всему миру. Например, агротехники смогли вывести сельхозкультуры, которые благодаря геномному редактированию выдерживают засуху и вредителей. Сообщение о новых японских помидорах — из той же области исследований. Учёные взяли популярный в стране сорт, «отключили» в ДНК растения определённые гены и получили плоды с повышенным содержанием полезной для человека гамма-аминомасляной кислоты. Это соединение снижает артериальное давление и замедляет сердечный ритм. 

Стоит отметить, что в большинстве стран мира такие помидоры на прилавки бы не попали: законодательства очень строго регламентируют получение и продажу продукции, полученной методом геномного редактирования. Процедура очень долгая и сложная. Но в Японии с этим проще. В конце 2020 года компания, решившая заняться производством генно-отредактированных томатов, запросила на это разрешение, а в сентябре 2021-го они уже поступили в магазины.

Ребёнок на заказ. В Китае родились первые дети с отредактированным геномом Подробнее

Лишних следов не остаётся 

Люди с древних времён улучшают свойства культивируемых ими растений. Традиционно это делается с помощью селекции (отбора) и скрещивания видов. По сути, это тоже является вмешательством в геном, только опосредованным. А метод CRISPR/Cas позволяет вмешиваться в него напрямую. 

И у него есть преимущества по сравнению с другим широко применяемым методом генной модификации, против которого давно уже протестует определённая часть общественности, опасаясь риска для здоровья и побочных эффектов. В чём же разница между генно-модифицированными организмами (ГМО) и генетически отредактированными? 

Под ГМО сейчас понимаются такие организмы, в чьи ДНК были перенесены участки чужеродного генома — либо искусственно созданные, либо выделенные из другого биологического объекта. Так можно улучшать свойства растений и даже животных. Но при этом в геном попадает посторонний генетический материал, что и вызывает обеспокоенность: в самом деле, можно предположить, что, обеспечивая ожидаемое полезное свойство, чужой ген одновременно с этим вызовет и нежданное вредное. И хотя многочисленные исследования привели учёных к выводу, что ГМО не более опасны, чем, к примеру, традиционные методы селекции, общественное мнение изменить трудно. 

Что до технологии геномного редактирования, она подобного беспокойства вызывать не должна: при ней не происходит привнесения чужеродного генетического материала, и в геноме не остаётся лишних следов, кроме той мутации, которая и нужна учёным. Они меняют ДНК напрямую, удаляя конкретные гены или их последовательности, «включая» их или наоборот «выключая». 

Мутанты XXI века. Приведёт ли научный прогресс к появлению людей-монстров? Подробнее

Чипсы станут менее вредными

В принципе, отредактировать таким образом можно любой организм. За годы применения в лабораториях технологии CRISPR/Cas (активно её используют с 2012 года) модификации подверглись десятки видов высших растений. Это рис, томат, кукуруза, картофель, соя, ячмень, огурец, кофе, лён и многие другие. 

«Сейчас это направление сельскохозяйственной биотехнологии очень бурно развивается, — говорит старший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Сергей Медведев. — Например, получен картофель с низким содержанием определённых сахаров, из которых при жарке образуется токсичное вещество акриламид. А это важно при производстве картофельных чипсов и картошки фри. Теперь эти продукты, сделанные из модифицированного картофеля, будут чуть менее вредными для организма.

Другой пример — шампиньоны. Они чернеют на срезе и теряют товарный вид. В Пенсильванском университете были получены модифицированные грибы: у них „выключен“ фермент, отвечающий за потемнение на воздухе. Подобные эксперименты проводятся на многих культурных растениях. Подход позволяет относительно быстро (по сравнению с классической селекцией) менять их отдельные признаки — скажем, устойчивость к засухе, бактериям или вирусам и пр. Это поможет сократить использование химикатов на полях, а следовательно, будет полезно для потребителя». 

А реально ли с помощью геномного редактирования усилить полезные свойства растений, как это было сделано с теми же помидорами в Японии? Все мы знаем, что черника, допустим, полезна для глаз, а орехи — для улучшения памяти и деятельности мозга вообще. Почему бы не сделать их ещё более эффективными и полезными? Почему бы не увеличить с помощью CRISPR/Cas содержание витамина С в болгарском перце или лизина — в гречневой крупе?

«В синтезе полезных веществ в растительной клетке участвует, как правило, множество ферментов. Там происходит целая цепочка превращений, поэтому управлять этим сложно, — объясняет Сергей Медведев. — Всё зависит от конкретного случая, но думаю, иногда это можно сделать. Прежде всего необходимо детально изучить сами цепочки превращений веществ и понять, какие именно гены (и белки) принимают в этом участие. Если найти конкретный белок, кодируемый геном и ограничивающий выработку нужного нам вещества, то, управляя работой этого гена, можно добиться определённых успехов.

Важное замечание. У растения, которое мы хотим модифицировать, должен быть хорошо изучен геном. И оно должно быть пригодно для искусственного культивирования, поэтому метод годится не для всех растений. Та же черника, как и многие другие ягоды, растущие в лесу, для этой цели не подойдёт».