Представьте: воскресный день, уральское солнце нежно прячется за грозовыми тучами. По такому случаю вам захотелось порадовать себя экзотическим завтраком. По заветам Антохи МС вы идёте за дозой витаминов, берёте пакетик сушеного манго, но вдруг! Мерзким зелёно-красным пятном вам в глаза бросается надпись «БЕЗ ГМО». Каждый раз при виде такой во мне взрывается буря негодования. Ведь эта надпись не показатель качества продукта, а позор и стыд человечества.
Давайте объясню, о чём я. Энгельс в своё время сформулировал важнейшее определение жизни, которое необходимо помнить каждому: «Жизнь - это форма существования белковых тел, между которыми производится обмен». После этого и экзистенциализм как-то легче переваривать. Но опустим философию и зафиксируем, что основной строительный блок жизни — белки. Они, в свою очередь, состоят из аминокислот, которых всего — 20 штук. Однако если вы имеете все детали от шкафчика из IKEA, но понятия не имеете, как его собирать, вам нужна инструкция. Такой инструкцией по созданию белка является ген.
Что такое гены? Научно — единица наследственной информации, определенная последовательность молекул, которая несёт в себе сообщение о каком-то белке. А также структурно-функциональная единица ДНК, самого сложного слова для произнесения в 5 классе. Последовательность генов называется генетическим кодом. Алфавит жизни чуть посложнее кода из нулей и единиц, поскольку там 4 молекулы, а точнее 5, но об этом позже. Не буду нагружать вас тяжестью элитарных знаний биохимии, просто запомните, что есть 4 буквы — А, Ц, Г, Т, которые в различных сочетаниях кодируют 20 аминокислот. При том делают они это по-триплетно, т.е. по 3 буквы. Например, последовательность АТГ кодирует аминокислоту тирозин, из которой в ходе анаболизма может образоваться дофамин — гормон системы вознаграждения. Это основа кода, а его принцип — комплементарность. То есть в построении двойной цепочки ДНК сохраняется такой порядок: напротив А всегда стоит Т, напротив Ц — Г.
Самое удивительное и прекрасное в том, что генетический код универсален для каждого живого существа на планете Земля.
Это же самый настоящий мировой дух в коде! Помимо ДНК в каждой клетке существует ещё одна молекула, ответственная за то, чтобы у тебя были мамины глазки — РНК. У неё выделяют несколько видов, выполняющих многочисленные функции, но нам важны информационная и транспортная. В их составе вместо Т имеется У, та самая 5-я молекула. Более менее упрощенно мы разобрали все детали, давайте собирать картину.
ДНК — это, как я уже писал, инструкция, которая говорит нам, как построить робота по имени «Человек». Единственная в своём виде, которая хранится в сейфе (ядре клетки), информационная РНК — это ксерокопия ДНК, которая отправляется на завод с деталями (цитоплазма клетки, то есть всё то, что не ядро). Далее за дело берётся сборщик — рибосома, которая буквально усаживается на эту инструкцию, читая её всем телом. К рибосоме подносят детали для белка — аминокислоты — транспортные РНК. Каждая тРНК уникально связывается только с определенной аминокислотой, приносит её к комплексу рибосома-иРНК, а при образовании связи с иРНК отдаёт аминокислоту, которая в ходе химической реакции присоединяется к белковой цепи, растущей на рибосоме. И вся эта идеальная мануфактура без капиталиста работает, пока рибосома не пройдет по всей цепочке иРНК. Точность в этом сложном процессе обеспечивает тот самый принцип комплементарности.
Вкратце, примерно это и является основой синтеза любой ядерной формы жизни. У бактерий всё немного проще, но суть та же. Каждая характеристика, каждая уникальная особенность организма зависит от того набора белков, который он может синтезировать. Но живые организмы изменчивы, генетический код не стабилен, он меняется под влиянием мутаций, которые возникают спонтанно при нетипичном расхождении хромосом или вызываются ультрафиолетом, алкоголем и прочими мутагенами. Не будем долго останавливаться на них, просто знайте, что эта последовательность букв может меняться, как и строчки кода. Чаще всего эти изменения не задевают конечную программу, иногда ухудшают и очень редко улучшают.
Мутации — это основной материал для невероятного биоразнообразия, которое мы наблюдаем.
Человек какое-то время довольствовался плодами биоразнообразия, но потом смекнул, что природа не торопится создавать для него исключительно питательные, удобные и вкусные продукты. Поэтому появилось земледелие и селекция. Началась первобытная генная инженерия без знания о генах. При селекции человек, в ходе отбора наиболее подходящих организмов, проводит цепочку последовательных скрещиваний, получая новый сорт организмов и улучшая те свойства, которые ему нужны в конкретный момент: наиболее дружелюбный волк или самая большая кукуруза. Вот, с помощью нехитрого изменения температуры у некоторых растений можно вызывать полиплоидию — увеличение нормального числа хромосом. Берём известный нам сорт пшеницы, у которого набор хромосом, скажем, равен 7, из него получаем 14-ти хромосомную или даже 28-хромосомную! В три раза больше хромосом и это всё та же нормальная пшеница. Ничего толком не изменится. Но зачем тогда вообще так делать? Всё просто и логично. Существующая в организмах ДНК плотно упакована в хромосомы, которые располагаются в ядрах клеток. Количество клеток у организма — величина не то чтобы постоянная, а плавающая около некой моды. К примеру, у человека — 100 триллионов. Это число приблизительное, но дающее понимание: чем больше хромосом, тем больше ядра, а чем больше ядра, тем больше клетки. Соответственно, в львиной доле случаев полиплоидные организмы обладают гигантизмом! Вот и весь секрет этих «ненатурально огромных помидор». Никто не качает их стероидами, успокойте бабушку, всё это происходит в природе и без участия человека, только медленно. Кроме гигантизма полиплоидные организмы, в сущности, ничем не отличаются от нормальных собратьев. Но иногда в селекции для получения таких полиплоидов используются ядовитые и токсичные вещества, типа колхицина, что является опасным как минимум для самих фермеров.
Генная инженерия воспользовалась знаниями о селекции, соединила практику с теорией, детально изучила геном и привнесла необходимые признаки напрямую в ДНК. Это невероятно ускоряет процесс и даёт возможность добавлять те признаки, которые не возникли бы спонтанно (как светящиеся растения).
Генная инженерия точно направлена на конкретные характеристики и может изменить их всего за одно поколение, в то время как селекция больше подобна игре в кости.
Методы получения генно-модифицированных организмов разнообразны: от генной пушки до внедрения ДНК через вирусы. Всё зависит от объекта опытов: относительно просто переделать бактерию на производство инсулина, но сложно вырастить трансгенную курицу, несущую яйца с белком, профилактирующим воспаления. Уверен, суть процесса уже интуитивно вполне вам понятна. Мы можем взять ген из одного организма, скажем, ген биолюминесценции у гребневиков и подсадить его в ДНК домашнего растения для бесплатной подсветки веранды по вечерам. Конечно, это сложный процесс, протекающий с участием ферментов рестриктаз, лигаз, существует последовательность действий, а ещё можно про CRISPR\Сas9 рассказать, но это уведёт нас от темы. Главное — понимать, что генная инженерия не создает кардинально что-то «неестественное», она берет природные материалы и механизмы, чтобы создать обновленный организм.
Скучная правда в том, что чаще всего усилия генетиков направлены на создание сортов пшеницы, устойчивой к вредителям вроде насекомых и микроорганизмов, стойкой к климатическим изменениям, содержащей больше питательных веществ и витаминов. Никаких тебе ползучих бананов с кричащим огурцом внутри.
«Искуственно-выращенные» продукты, поступающие на прилавки магазинов, вызывают у покупателей неопределенное чувство волнения. Кажется, что нечто, созданное в лаборатории, таит в себе опасность. Неизвестно, как поведут себя эти самые «гены» внедрённые в растения и животных. Все страхи становятся понятны, когда узнаешь, что только 30% россиян точно знают, что гены есть у всех растений, а не только у ГМО. В отличии от 70% сограждан, мы разобрались, что любая характеристика организма — это белок, а любой белок закодирован в ДНК с помощью 4 букв. Это правило едино для всего живого на Земле. Внимание, вопрос: «Так ли опасны генно-модифицированные организмы?». Имея представления о том, как происходит метаболизм нуклеиновых кислот человека, не трудно догадаться, что даже теоретического вреда ГМО нести не может, поскольку все нуклеиновые кислоты, как и любые полимеры, распадаются до мономеров, до тех самых букв — нуклеотидов, о которых мы говорили, а они одинаковы как у ГМО так и у не ГМО.
Существует, однако, и обоснованная опасность в производстве генно-модифицированных организмов. Она заключается в ударе по биоразнообразию. Некоторые противники ГМО утверждают, что модифицированные растения могут просто вытеснить обычные сорта, а, значит, потенциально весь вид окажется генетически однороден. Это уже представляет реальную угрозу. Из-за подобной ситуации Ирландия в середине 19 века была на грани краха от голода, поскольку вся картошка погибла от одного вируса. Но для предотвращения смешения генов ГМ-культур и не ГМ-культур используются специальные буферные зоны, при посадке культуры разделяют на большие расстояния. А некоторые генно-модифицированные сорта просто создают стерильными. К нашему счастью, у паники перед ГМО существует всё же один плюс — эти организмы изучают и проверяют на безопасность так, как не проверяют культуры, полученные селекцией. Возможное действие трансгенов наблюдают аж в пятом поколении мышей! Поэтому можно быть спокойным, а если вы видите статью, в которой какой-то «генетик» говорит «ГМО опасно, потому что малейшее передвижение 1 гена приведет к неизвестным последствиям!», то он сомнительный генетик, раз не знает, каковы будут последствия.
Благодаря анализу огромного массива исследований на протяжении нескольких десятилетий наука даёт точный и однозначный ответ: есть ГМ продукты не опасней, чем их не ГМ собратьев!
Развитие этой отрасли открывает возможности к получению дешёвой, полезной и вкусной еды, да ещё и в больших количествах. Мы спасены от старых методов защиты урожая, вроде токсичных гербицидов, от которых страдала не только экосистема, но и фермеры. Даже Папа Римский понимает крутость технологии и говорит, что католическая церковь поддерживает исследования и использование ГМО. Но в России с 2016 года запрещено производство генно-модифицированных организмов и продуктов из них. Хотя импорт никто не запретил, что вызывает вопросы ко всем этим крикам про импортозамещение. Что и расстраивает меня, когда прихожу в магазин, вижу надпись на сое «не содержит гмо!» и что-то в моих генах россиянина сразу мутирует...
P.S.
Не верьте мне и прочим журналистам, мы всего-лишь популяризаторы, а не ученые. Поэтому вот вам цифры и данные, против которых трудно спорить.
Как надо следить за производством продуктов: https://www.fda.gov/food/ingredientspackaginglabeling/geplants/ucm461805.htm
https://www.usda.gov/topics/biotechnology/how-federal-government-regulates-biotech-plants
Два огромных исследования о безопасности ГМО: https://www.nap.edu/read/23395/chapter/1
https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3109/07388551.2013.823595?scroll=top&needAccess=true&journalCode=ibty20
О генетическом разнообразии: http://sitn.hms.harvard.edu/flash/2015/challenging-evolution-how-gmos-can-influence-genetic-diversity/
