Сайты партнеров




GEO приглашает

26 октября в самом сердце Москвы, в доме Пашкова, журнал Forbes отметил 100-летний юбилей. Мероприятие стало финальным в череде торжеств, посвященных юбилею легендарного бизнес-издания по всему миру


GEO рекомендует

В расписании авиакомпании Lufthansa на лето 2018 появилось пять новых маршрутов. Они свяжут Франкфурт с Глазго, Кишиневом, Санторини и Меноркой, а Фуншал на Мадейре с Мюнхеном. Билеты уже в продаже


Пожизненное заключение

Как не дать генно-модифицированным организмам сбежать в дикую природу, придумали американские биологи
текст: Ольга Добровидова
Mindscape studio Shutterstock

Правительственная комиссия на этой неделе поддержала законопроект о запрете на выращивание в РФ генетически модифицированных животных и растений. Но в глобальных масштабах этого чертика назад в табакерку уже никак не спрячешь: слишком уж удобно оказалось заставлять другие организмы вести себя так, как нужно нам.

Редакция влиятельного научного журнала «Нейчер» в свежем номере задается вопросом: если поход ГМО из лаборатории в окружающую среду не остановить, можно ли хотя бы «посадить их на поводок», чтобы не ушли дальше, чем нужно? Похоже, что можно. 

Группы Джорджа Черча из Гарвардского университета и Фаррена Айзекса из Йеля (США), судя по всему, как раз такой поводок и придумали: в новых статьях в «Нейчер» исследователи пишут, что им удалось отредактировать геном кишечной палочки E. coli так, чтобы она не могла обходиться без искусственных аминокислот, в природе не встречающихся. Встроив в обмен веществ бактерии такой «поводок», ученые создали естественный генетический барьер для ее распространения за пределы контролируемой человеком среды — то есть в случае необходимости этот поводок быстро превращается в удавку.

В отличие от разнообразных страхов, не подтверждаемых научными исследованиями, бесконтрольное попадание как самих ГМО, так и их неординарного генетического материала в дикую природу — по-настоящему серьезный вопрос. Хотя и здесь риски зачастую сильно преувеличиваются, реальная жизнь всегда неизмеримо сложнее пробирки, и просчитать все экологические последствия такого «побега» крайне трудно или вовсе невозможно. Поэтому ученые давно работают над встраиваемыми «механизмами самоуничтожения», которые позволяли бы контролировать этот процесс.

Профессор Массачусетского технологического института (MIT) и эксперт по синтетической биологии Кеннет Ойе, которого GEO попросил прокомментировать новые исследования, рассказывает, что раньше эти «рубильники» были довольно примитивными. Как правило, расчет был на то, что они сделают модифицированный организм менее успешным по сравнению с естественными конкурентами, и со временем «Дарвин победит», поясняет Ойе.

«Но живые организмы мутируют, они меняются, и крайне вероятно, что такие простые особенности организма, которые мешают ему выживать, эволюция как раз отбросит в первую очередь. Кроме того, мы пока не очень понимали, как помешать организмам, даже довольно не похожим, передавать друг другу генетический материал», — говорит специалист MIT.

Фаррен Айзекс, ведущий автор одной из двух статей, когда-то работал в лаборатории Черча, и сейчас обе группы хоть и ведут независимые исследования, но все равно поддерживают тесную связь и используют общий, довольно красивый подход. Свои E. coli ученые называют GRO, «геномически перекодированные организмы» — так подчеркивается, что, в отличие от ГМО, где манипуляции обычно происходят на уровне одного гена, здесь ведется куда более тонкая и масштабная работа.

Все 20 аминокислот, из которых живые организмы на Земле строят свои белки, в ДНК и РНК «записываются» 64 кодонами — трехбуквенными сочетаниями из нуклеотидов. Черч и Айзекс, используя немного разные методы, по сути, переопределили один из 64 кодонов во всем геноме E. coli — один из так называемых стоп-кодонов, который обычно сигнализирует об окончании синтеза белка.

У инновационной кишечной палочки он вместо этого стал давать команду взять в качестве следующего «кирпичика» для белка синтетическую аминокислоту. Пока эта аминокислота доступна (то есть пока ею E. coli снабжает человек), бактерии ничего не мешает жить припеваючи и размножаться, но зато без нее она существовать больше не может.

Тоже подумали про «Парк юрского периода»? Там генетически модифицированные динозавры, по книге, как будто бы не могли синтезировать одну из 20 естественных аминокислот, лизин, и без постоянного вмешательства людей могли умереть. Сам этот сценарий, конечно, нереалистичен (на самом деле лизин — одна из незаменимых аминокислот, то есть синтезировать ее не может вообще ни одно животное: все, включая человека, просто получают лизин из пищи), но вот бессмертные слова о том, что жизнь всегда найдет выход, здесь трудно не вспомнить.

На это Черч и Айзекс на пресс-конференции ответили так: пока их исследования показывают, что для этого жизни, во всяком случае, придется изрядно повозиться.

Теоретически «сбежать с поводка» бактерия может тремя способами: позаимствовав нужный для генетический материал у «диких» товарищей (это называется горизонтальным переносом генов), найдя в окружающей среде какое-нибудь другое соединение, которым можно заменить дефицитное, и через удачную случайную мутацию. Ни один из трех способов в лабораторных испытаниях не сработал.

На данный момент вероятность того, что жизнь все-таки найдет выход, ученые оценивают где-то в один шанс из триллиона. Но обе группы уже работают над тем, чтобы еще больше усложнить свои подопытные организмы — вместо одного кодона из 64 возможных переписать семь, что еще сильнее усложнит жизни задачу. Кеннет Ойе отмечает, что его коллеги «верят в то, что здесь надо «перебдеть» — они стараются внести как можно больше изменений так, чтобы никакая точечная мутация не могла бы отключить всю систему».

«Эти товарищи как бы говорят нам: да, мы вообще-то «Парк юрского периода» тоже смотрели и поэтому не полагаемся только на одно изменение», — смеется Ойе.

Вместе с тем, профессор MIT не уверен, что в безопасность таких «странных», все более и более чужих организмов легко поверит общество — здесь потребуется огромное количество просветительской работы, чтобы не усилить недоверие к новым биотехнологиям. Об этом же пишут редакторы «Нейчер»: по их словам, важно будет не отмахиваться от опасений и вопросов, какими иррациональными они ни казались бы ученым. 

До «защищенных» ГМ-растений в полях и на полках магазинов пока еще далеко — это гораздо более сложные организмы. Но в перспективе непреодолимых методических препятствий на этом пути Черч и Айзекс не видят. В первую очередь их результатами заинтересуются компании, которые уже сегодня используют бактерии, например, в производстве пластиков, но потом подобные микроорганизмы смогут найти себе применение в производстве лекарств, ликвидации последствий нефтеразливов и даже в производстве молочных продуктов. По оценкам ученых, такие модификации мало повлияют на продуктивность этих микроскопических наемных работников.

Оба ученых подчеркивают, что, даже несмотря на впечатляющие лабораторные результаты, в обозримом будущем никто не торопится выпускать «переписанные» бактерии на волю для, так сказать, натурных экспериментов. На первых этапах использование таких организмов все равно будет проходить только в строго изолированных условиях с соблюдением всех традиционных требований биобезопасности. Кроме того, параллельно с усложнением придуманного ими генетического барьера ученые планируют и еще более масштабные испытания его надежности. Наконец, если дело действительно дойдет до сельхозкультур, нужно будет подтвердить, что синтетические аминокислоты, к которым они будут «прикованы», безопасны для человека.

Интересно, что — помимо биологических рисков — новая методика может помочь снизить и риски экономические: в будущем с ее помощью компании смогут защитить свою интеллектуальную собственность от конкурентов, навсегда «привязав» запатентованный организм к секретному химическому соединению. Если дело дойдет до, скажем, кукурузы или рапса, то фермерам не придется доказывать, что ее интеллектуальную собственность на их поля занесло каким-то ветром — случайно она там просто не выживет. В идеале, по словам ученых, такая универсальная защита от «побега» в окружающую среду будет полезна абсолютно у всех организмов, доработанных человечеством под собственные нужды.

Самое поразительное в этих исследованиях то, что, по сути, перед нами абсолютно новые живые организмы: «не просто новый вид, но что-то вроде нового царства», по словам Джорджа Черча, «не динозавры из прошлого, а, скорее, динозавры с Марса» (это слова Кеннета Ойе). Чем больше изменений будет у них в геноме, чем сильнее будет их зависимость от синтетических ресурсов, тем дальше и дальше они будут от «оригинала». Так что охота на инопланетную жизнь, возможно, только что стала чуть-чуть менее интересным занятием: зачем искать готовую, если можно сделать самим?

22.01.2015