В том, что такое ГМО, геномная инженерия и как она может повлиять на жизнь человека и общества в будущем, специальному проекту "Социальный навигатор" помог разобраться заведующий лабораторией геномной инженерии Московского физико-технического института Павел Волчков.
Константин Ермолаев специально для проекта "Социальный навигатор"
Мы часто видим надпись "Не содержит ГМО" на продуктах в магазинах. Для некоторых она стала своеобразным знаком качества. Однако что это такое — генетически модифицированный организм — и как происходят эти изменения? Давайте разбираться.
По образу и подобию
Термин "генетически модифицированный организм" подразумевает, что геном того или иного объекта был изменен. Как и для чего его меняют? Возьмем, к примеру, пшеницу. У вас есть определенный сорт, который обладает хорошей урожайностью, вкусовыми качествами, неприхотливостью к условиям окружающей среды — в общем, хорош во всем, кроме одного: он подвержен вирусу, который может уничтожить весь урожай.
Вы знаете, что существует другой вид этого растения, дикий, неказистый, неурожайный, но устойчивый к данному заболеванию. Выход в данной ситуации один: перенести ген, который отвечает за устойчивость к вирусу, и желательно только его, ибо все остальное вам не нужно, от дикого растения к вашему сорту.
Есть несколько вариантов того, как это можно сделать. Первый — классическая селекция, которой человечество пользовалось на протяжении веков. Второй — воспользоваться геномной инженерией и с помощью высоких технологий перенести этот ген. Стоит отметить, что результат в обоих случаях будет один, только времени на первый потрачено будет значительно больше.
"В первом случае вы начнете их скрещивать, потом выкрещивать назад, так как вам нужен только один ген, та минорная модификация. Ради этого вы должны проделать длинный путь в 10-15 скрещиваний. И 15 лет подряд вы будете это делать, если это однолетнее растение, а если двулетнее, то 30, вместо того чтобы взять и поменять этот один ген", — рассказал Павел Волчков.
Что и как редактировать
Сегодня ученые научились сопоставлять информацию о тех или иных признаках организма с его генами.
"Когда у нас есть достаточное количество данных, мы можем сказать, что за конкретный признак (например, цвет глаз) отвечают конкретные гены и их аллельные [альтернативные] варианты", — рассказал Павел Волчков.
Другими словами, ученые понимают, какой участок цепочки ДНК (последовательность нуклеотидов) отвечает за нужный признак или предрасположенность к болезни.
Процесс замещения или изменения гена происходит с помощью CRISPR/Cas9 — новой технологии редактирования геномов высших организмов, базирующейся на иммунной системе бактерий. С помощью специализированных Cas-белков бактерии уничтожают инфекции, которые пытаются их заразить.
Если говорить проще, то CRISPR/Cas9 — это высокоточный молекулярный скальпель. Его задача — найти и вырезать ненужную или мутантную последовательность нуклеотидов. ДНК от этого не погибнет, а восстановится по здоровой копии из парной хромосомы за счет естественного процесса восстановления ДНК.
Если парной хромосомы нет, одновременно с Cas9 можно внести в клетку участок правильного гена, который станет примером для развития организма в дальнейшем. CRISPR/Cas9 программируется таким образом, чтобы он мог взаимодействовать только с больным участком, что обеспечивает его высокую точность.
А что если…
На данную технологию возлагаются большие надежды, ведь с ее помощью можно будет предотвращать генетические, онкологические, сердечно-сосудистые и другие заболевания.
В 2017 году с помощью технологии CRISPR/Cas9 впервые был отредактирован эмбрион человека. Его избавили от дефектного гена, приводящего к развитию тяжелого заболевания — гипертрофической кардиомиопатии.
Противники геномной инженерии считают, что если человечество начнет активно редактировать свой геном, то потеряет гениев. В частности, в пример приводили Стивена Хокинга: если бы его геном изменили, стал бы он тогда гением?
"Современные разрешенные технологии, которыми пользуется медицина, позволяют на стадии экстракорпорального оплодотворения выбирать эмбрион без мутаций. То есть сейчас мы не используем редактирование, но можем использовать селекцию. Это отчасти некая медицинская евгеника: из трех-четырех эмбрионов выбрать тот, что без мутации. В случае Стивена Хокинга скорее бы выбрали не его", — отмечает Павел Волчков.
По его словам, в случае с редактированием генома в идеальных условиях, скорее всего, был бы Стивен Хокинг, но без его синдрома.
"При редактировании генома не происходит той самой селекции, когда вы говорите "этому жить, а вот этому — умереть", вы просто убираете болезнь", — подчеркнул заведующий лабораторией.
Пенициллин XXI века
Многие болезни XXI века, например онкологические, сердечно-сосудистые, психические, получили такое распространения из-за того, что человек стал жить намного дольше. Раньше человек просто умирал, не доживая до них, от инфекций или голода.
"Смерть запрограммирована в нашем геноме. В этом есть большой смысл. Чем меньше срок жизни среднего индивидуума, тем быстрее популяция эволюционирует", — отметил Павел Волчков.
Другими словами, современные технологии, медицина, да и в целом качество жизни затормаживают нашу эволюцию. Человечество научилось бороться с множеством заболеваний, обеспечивать себя достаточным количеством еды и обезопасило от множества природных явлений. Благодаря этому мы стали жить дольше, но наш организм на это не рассчитан. Напоминает ситуацию с техникой из магазина электроники. Мы можем купить, к примеру, телевизор, у которого гарантия будет около 2 лет, а дальше никто не гарантирует бесперебойную работу. То же самое и с человеком. С определенного возраста в организме некоторые процессы начинают постепенно выключаться.
"В силу того, что наш эволюционный процесс уперся, мы с помощью геномной инженерии можем попробовать себя изменить. Это, возможно, не сделает нас бессмертными, но качество жизни поднять может, как минимум уменьшить риски возникновения заболеваний, например, онкологических, сердечно-сосудистых и так далее", — подчеркнул эксперт.
По словам Павла Волчкова, ученые сегодня уже могут предотвратить некоторые онкологические заболевания в зародыше. Однако технологию необходимо протестировать на животных, чтобы убедиться, что это не приводит ни к чему плохому.
В хозяйстве все пригодится
Ученые лаборатории геномной инженерии МФТИ работают над созданием животных, резистентных к вирусам птичьего гриппа и африканской чумой свиней. Помимо того что из-за данных вирусов страна несет огромные экономические убытки, существует угроза жизни человека. И если АЧС — больше российская проблема, то вирус птичьего гриппа — глобальная.
Если вирус африканской чумы попадает в популяцию наших свиней, то за семь-девять дней он уничтожит ее всю.
"Представьте, что вирус проникает на ферму, где находятся несколько десятков, а то и сотен тысяч животных. Более того, по законодательству в радиусе 30 километров будут уничтожены все животные. Для Белгородской области, одной из самых больших по концентрации свиньи в России, да и в мире, это будет очень обременительно. Придется уничтожить пару миллионов свиней. Это приведет к огромным экономическим убыткам", — отмечает эксперт.
По его словам, ровно та же проблема и с птичьим гриппом, с одним лишь нюансом: эта болезнь еще гипотетически опасна для человека. Вирус птичьего гриппа имеет довольно большую вероятность перехода на человека и тех же свиней, что может привести не просто к эпидемии, а к пандемии.
"Этим летом был карантин в Московской области. Всю птицу уничтожили — многомиллиардные убытки и вероятность заражения для человека. У нас, конечно, последнее происходит редко, а вот в Китае это проблема", — рассказал Павел Волчков.
А представьте, что в птичник с миллионом голов попадают вирусы птичьего и человеческого гриппа. На выходе получится страшная смесь. Можно провести аналогию с испанкой, которая в 1918 году, по разным оценкам, унесла жизни от 50 до 200 миллионов человек.
Геномная инженерия — технология будущего
Для того чтобы редактирование генома стало такой же обыденностью, как сейчас смартфон, необходимо выработать универсальные технологии и способы. Это также является одним из главных направлений работы лаборатории Павла Волчкова.
"Надо понимать, что CRISPR/Cas9 — это один инструмент. Вы же не делаете машину с помощью одной лишь отвертки? А в данном случае CRISPR/Cas9 — это отвертка. Есть еще и другие инструменты. В идеале по образу и подобию Генри Форда мы пытаемся собрать конвейер, где CRISPR/Cas9 занимает важное, но не единственное место", — рассказал эксперт.
