Что общего между рыбками и котами, от кого получила имя овечка Долли, зачем свиньям экологичные экскременты и каких генномодифицированных животных скоро можно будет употреблять в пищу, расскажет новая статья проекта Популярный университет.
В 12 тысячелетии до н.э. люди принялись одомашнивать животных. Процесс селективного размножения, когда организмы с желаемыми признаками (и, следовательно, с желаемыми генами) принудительно скрещивают, предшествовал современной концепции генетической модификации, или ГМ-технологии. Вместо полуслепых манипуляций с целыми геномами и их частями, сегодня ученые могут точечно изменять выборочные гены.
Во имя науки
Первое генетически модифицированное животное появилось в 1974 году. Беатрис Минц и Рудольф Яниш ввели ДНК-содержащий SV 40 вирус в эмбрион мыши и показали, что желаемые чужеродные гены присутствовали в каждой клетке новорожденного. В норме полиомавирусом SV 40 болеют обезьяны. То, что у людей, подвергшихся воздействию SV40, может развиться временная инфекция, было задокументировано в 1960-х годах. Его обнаружили в образцах американских работников зоопарков и индийских сотрудников MonkeyExport. Однако количества вируса в образцах были столь малы, что его даже не признали инфекцией человека. В эксперименте же Минц и Яниш использовали «пустой» вирус, в который упаковывали желаемые чужеродные ДНК. «Заражая» эмбриональные клетки мышей, такой вирус вел себя как полагается — вводил свое ДНК в пораженные клетки. Но только ДНК была не вирусная, а разработанный учеными вектор.
Помимо того, в 1974 году было показано, что в центре Млечного Пути находится компактный радиоисточник Стрелец А* ; в Афарской котловине Эфиопии была обнаружена Люси — останки Australopithecus afarensis возрастом в 3,2 миллиона лет; и был изобретен кубик Рубика.
Первый ГМ скот появился в 1985 году. Прямой микроинъекцией чужеродную ДНК ввели в ряд терминально дифференцированных клеток, а также в эмбрионы нескольких видов, включая кроликов, овец, свиней, морского ежа, Candida elegans, Xenopus, Drosophila и мышей. Мышам, например, вводили ДНК из двух частей: промотора металлотионеина-1 мыши и гормона роста человека. У полученных трансгенных мышей наблюдали высокий уровень гормона и усиление роста. К тому же, чужеродную ДНК наследовали потомки трансгенных подопытных.
Первым млекопитающим, пережившим перенос целого ядра из соматической клетки в яйцеклетку стала овечка Долли в 1996 году. Донором для пересадки ядра в овечью яйцеклетку послужила клетка молочной железы. Йан Уилмут — сотрудник Рослинского института в Шотландии и один из создателей овечки — прокомментировал выбор донора: «Долли происходит из клетки молочной железы, и мы не могли придумать более впечатляющую пару желез, чем у Долли Партон». Клеточное ядро донора транспортировали в яйцеклетку одной овцы, а вынашивала полученный эмбрион другая. Так что технически, у Долли было три матери — две овечки и одна Долли Партон.
Долли Партон — американская певица, автор песен, мультиинструменталист, продюсер, актриса, писательница и бизнесвумэн.
Первым коммерциализированным ГМ-животным стала GloFish, рыбка-зебра с флуоресцентным геном белка GFP. В природе белок GFP (зеленый флуоресцентный белок) принадлежит медузе Aequorea victoria и светится в темноте под ультрафиолетовым светом. В настоящее время он широко применяется в качестве метки-репортера в биологических лабораториях. Рыбка была выпущена на рынок США в 2003 году.
В 2009 в Nature опубликовали статью о пяти флуоресцентных мармозетках (Callitrix jacchus). Сами по себе мармозетки — привлекательные модельные организмы: беременность обезьянок длится 4,5 месяца, половозрелыми они становятся к 12, а одна самка дает жизнь 40-80 детенышам. Микроинъекцию лентивируса с геном флуоресцентного белка eGFP делали не в пронуклеус, а в перивителлиновое пространство. Это заполненное жидкостью пространство между зародышем и яйцевой оболочкой. Оплодотворенную зиготу обрабатывали раствором сахарозы. Осмотическое давление заставляло зиготу сжаться, и перивителлиновое пространство увелиться. После, ввести пипетку с ДНК eGFP не составляло труда.
В 2011 впервые появился флуоресцентный хищник — eGFP-трангенные котики. Коты восприимчивы к СПИДу так же, как и человек. В довесок к гену eGFP вектор содержал ген фактора рестрикции, чтобы проверить потенциал генной терапии ВИЧ.
Во имя экологии
В 2001 году были разработаны первые свиньи с экологичными какашками. Как и всем живым существам, свиньям необходим фосфор из пищи. Этот элемент важен для формирования костей, зубов и клеточных стенок, в различных функциях клеток и органов. Чтобы восполнить потребность в элементе, свиней кормят зерновыми, включая ячмень. Но соединения фосфора этих растений не усваиваются без фермента фитазы, которого у свиней нет. Большинство фермеров используют фермент в качестве пищевой добавки, однако проглоченная фитаза не 100% эффективна, и значительное количество фосфора направляется в отходы свиньи. Эти отходы, в свою очередь, могут попасть в реки и озера, что убивает обитателей водоемов и провоцирует «цветение» водорослей . Экологичные энвиропиги были созданы из обычной йоркширской свиньи путем микроинъекции в пронуклеус. Ген appA бактерии Escherichia coli — кишечного симбионта человека и животных, поставляющего витамин К — под управлением промотора PSP мыши. Фитаза у таких свиней синтезируется в слюнной железе.
Во имя желудка
Первым ГМ животным, одобренным для употребления в пищу, стал лосось AquAdvantage в 2015 году. Ген гормона роста у атлантического лосося (Salmo salar) был заменен таким же геном из тихоокеанского лосося чинук. Этот ген позволяет ГМ лососю расти круглый год, а не только весной и летом. Целью модификаций было увеличение скорости роста рыбы без ущерба для ее конечного размера или других качеств. 95% этих лососей стерильны, чтобы предотвратить возможность распространения их генов за пределы рыбных ферм.Тесты на стабильность модифицированной конструкции ДНК не выявили дополнительных мутационных эффектов во время интеграции и показали стабильность через множество поколений. На одобрение агенством FDA лососю потребовалось 26 лет.
На стадии исследований и испытаний находятся ГМ-коровы с молоком, богатым белками бета-казеин и каппа-казеин. ГМ-козы с молоком, содержащим лизоцим – фермент, разрушающий клеточные стенки бактерий и содержащийся в слезах, слюне и молоке человека. ГМ-курицы, блокирующие вирусную полимеразу птичьего гриппа и, следовательно, препятствующие распространению вируса. ГМ-свиньи, резистентные к классической чуме свиней. ГМ-свиньи, богатые omega-3 жирными кислотами. И не только. Впрочем, широкого рынка из этих проектов пока никто не достиг.
Во имя человека
Одним из первых ГМ-людей стал 44-летний Брайан Мадо — пациент с синдромом Хантера. Биотехнологическая компания Sangamo Therapeutics при помощи ZFN-технологии заставила его организм производить небольшое количество важнейшего фермента — идуронат-2-сульфатазу. 34-летняя Виктория Грей, страдающая от серповидно-клеточной анемии и китайские близняшки Лулу и Нана с ВИЧ-положительным отцом стали первыми CRISPR-Cas модифицированными людьми.
Финал
Многие ГМ-сельхоз животные вносят вклад в здоровье человека, производя непищевые продукты, такие как фармацевтические препараты, вакцины, органы или ткани (для ксенотрансплантации или в качестве моделей заболеваний человека). Оценка безопасности пищевых продуктов значительно сложнее. Продукты должны пройти молекулярную характеристику введенного гена, его потенциальные непреднамеренные эффекты и безопасность. Несмотря на то, что ГМ-культуры уже неоднократно были признаны безопасными для человека, животные же намного, намного сложнее растений.
Помимо оправданных молекулярных тестов ГМ-животных продуктов, есть и другие препятствия — нестабильность экономического дохода от ГМ-продуктов, государственная политика, вероятность ГМ-животных сбежать в дикую природу, опасность зоонозов и общественное мнение. Тем не менее, индустрия генной модификации — это будущее, к которому нам стоит стремиться, оценивая все риски и стараясь как можно лучше их избежать.