Семена для третьего тысячелетия

На вопросы журнала отвечает академик Российской академии сельскохозяйственных наук, Национальной академии наук Украины и Украинской академии аграрных наук, профессор А. СОЗИНОВ, директор Института агроэкологии и биотехнологии УААН, член редакционного совета журнала "Наука и жизнь".

Беседу ведет специальный корреспондент журнала Р. СВОРЕНЬ.

Корреспондент. Лет десять - пятнадцать назад в прессе можно было заметить всплеск публикаций о молекулярной биологии, они были посвящены становлению генной инженерии, ее первым фантастическим открытиям. Затем периодически появлялись сообщения об успехах этого нового направления, причем об успехах с явной перспективой для медицины и сельского хозяйства. Что происходит сегодня?

А. А. Созинов. Если кратко - события чрезвычайной важности.

Корреспондент. Какие факты, Алексей Алексеевич, стоят за этой вашей оценкой?

А. А. Созинов. Факты и цифры я, конечно, приведу, но чуть позже. Но начну издалека. Представьте себе, что в печати появляются сообщения о некотором замечательном изобретении, радикально меняющем всем нам привычный автомобиль. Ну, скажем, о компактном, легком и дешевом аккумуляторе, который запасает больше энергии, чем полный бак бензина и таким образом делает реальностью нашу давнюю мечту - электромобиль. Специалисты, автолюбители, да и широкая публика проявляют интерес к этой информации, однако не более того - кто его знает, чем все завершится, какое еще будущее у замечательного изобретения. Но вот мировые лидеры автомобилестроения, такие, как "Форд", "Дженерал Моторс", "Фольксваген", "Рено", "Фиат" начинают вкладывать в новшество огромные деньги - миллиарды долларов, и это служит бесспорным доказательством - изобретение будет реализовано в широких масштабах.

Корреспондент. И что же - нарисованная вами картина действительно напоминает то, что сейчас происходит в биотехнологии и, в частности, с генной инженерией? Большой бизнес уже действительно вкладывает в нее большие деньги?

А. А. Созинов. Деньги огромные. Только в 1996 году на научные исследования и разработки в области биотехнологии израсходовано 12,5 миллиарда долларов США, а сегодня миллиарды долларов вкладываются уже в практическое использование в сельском хозяйстве результатов, уже полученных генной инженерией. Масштабы просто поражают.

Корреспондент. Здесь уже без цифр не обойтись...

А. А. Созинов. Пожалуйста. В США и Канаде примерно на четверти всех площадей, отведенных под картофель, используется посадочный материал, сконструированный методами генной инженерии. В этих странах уже чуть ли ни 30 процентов кукурузы высевается семенами, сконструированными путем введения в них очень удачного набора генов. При таких масштабах потребовались не лабораторные, а широкие и всесторонние полевые испытания. Затем было создано уникальное крупное семеноводческое производство. Так что в ряде стран на основе достижений генной инженерии уже, так сказать, крупносерийно выпускаются семена для аграрного производства следующего тысячелетия. В этом есть и некий символический смысл: генная инженерия как бы закладывает семена будущего не только для растениеводства, но и для животноводства, более того - для микробиологической промышленности и медицины.

Корреспондент. Огромный диапазон. А что конкретно выигрывается при выращивании таких, сконструированных человеком растений, в частности названных вами картофеля и кукурузы? Какие их новые качества заставляют делать миллиардные инвестиции в биотехнологию и, видимо, идти на серьезную ломку в сельскохозяйственном производстве?

А. А. Созинов. Прежде всего речь идет о создании условий для перехода сельского хозяйства в XX столетии на принципы устойчивого развития, т. е. для получения нужного количества агропродукции при оптимальных затратах природных ресурсов и минимальном загрязнении окружающей среды. Что касается картофеля, то, думаю, достаточно того, что его новые сорта устойчивы к страшному и хорошо известному на всех континентах вредителю, имя которому - колорадский жук. Это спасает (без ядохимикатов) третью часть урожая, ранее погибавшую, что особенно важно для наших стран, где 90% картофеля выращивается на приусадебных участках. Сегодня здесь нередко бесконтрольно применяются для борьбы с жуком очень токсичные препараты.

Корреспондент. Давайте напомним читателям, что такое генная инженерия, что она делает и каким образом...

А. А. Созинов. Сейчас уже в школе подробно знакомятся с главным "чертежом", который хранится в клетках растений, бактерий, животных. Это чрезвычайно длинная (в масштабах микромира, разумеется), свитая в двойную спираль нитевидная молекула ДНК, в которой путем чередования небольших атомных групп (их - десятки миллионов) закодировано все, что нужно для построения другого такого же растения, бактерии или животного. Всю эту огромную информацию называют геномом организма, а отдельные участки "большого чертежа" - генами. Каждый ген содержит подробную запись о какой-либо белковой конструкции, а именно белковые молекулы определяют особенности строения и метаболизма любого растения или животного.

Основные направления исследований - в генной инженерии: 1 - картирование хромосомы или нити ДНК, то есть определение последовательности генов и структуры каждого из них, а следовательно, и продукта, который кодируется данным геном; 2 - создание трансгенных организмов - в нужном месте разрезают ДНК и вставляют в нее новый ген из ДНК другого организма; когда такие реконструированные ДНК попадут на свое место, например в клетки растения, то эти клетки вместе со "своими" белками будут нарабатывать и "новый" белок - прочитанный с нового, вшитого гена. В итоге у организма с новым белком появляются новые качества. Таким же способом - реконструкцией участков ДНК - можно формировать нужные характеристики животных или бактерий, например, превратить их в своего рода биохимический реактор, заставить выпускать вещества, которые защищают растения от болезней и вредителей или являются ценными лекарственными препаратами.

Надеюсь, из сказанного никто не сделает вывод, что ДНК рассматривают в микроскоп, разрезают каким-либо инструментом и вклеивают новые гены чем-то вроде клея "Момент". В действительности приходится иметь дело с объектами практически невидимыми. Разрез ДНК, вшивание новых генов делаются очень тонкими биохимическими методами, с помощью точно подобранных химических реакций, их ход и результаты контролируются специальными физическими приборами. Вся эта виртуозная молекулярная хирургия тщательно отработана. Особенно ускорилась работа после открытия так называемой полимеразной цепной реакции, позволяющей быстро размножать любой ген или просто фрагмент ДНК.

Наряду со словосочетанием "генная инженерия" часто используют несколько более широкий термин "биотехнология" и более специальный "ДНК-технология". А организмы с реконструированными ДНК принято называть "трансгенными" или "модифицированными".

Корреспондент. К чувству гордости за науку, за то, что она осваивает столь тонкие и эффективные методы, примешивается, честно говоря, и серьезная тревога. Мы вмешиваемся в дело Творца, реконструируем мир живого, где все столь сложно переплетено и связано. Не опасно ли это? Не ждут ли нас непредсказуемые печальные результаты?

А. А. Созинов. Ваш вопрос не нов. И есть два разных ответа. Первый - оптимистичный: ситуация под контролем, неприятностей не будет. В дела Творца человек начал вмешиваться давно. Вся селекционная работа, химические удобрения, применение лекарств, машины, ядерная энергия - все это вмешательство в дела природы, желание человека получить больше, чем выпало ему при сотворении мира. Генная инженерия - это, по сути дела, та же селекция, но целенаправленная и быстрая, без ожидания случайных изменений в ДНК. Это лишь еще один шаг вперед, требующий, как все предыдущие, высокой квалификации и тщательного контроля. С другой стороны, проблемы, порождаемые успехами биотехнологии, действительно дают повод серьезно задуматься. И насторожиться.

Корреспондент. О каких конкретно проблемах идет речь?

А. А. Созинов. Прежде чем ответить, позвольте, как было обещано, привести несколько цифр и фактов, они как бы мазками нарисуют картину нынешних событий и успехов в генной инженерии.

Немало новых трансгенных (то есть с "вшитыми" новыми генами) сельскохозяйственных культур вырабатывают вещества, токсичные для насекомых - вредителей и возбудителей болезней. Уже одно это спасает 30-50 процентов урожая.

ДНК-технологии резко изменили у ряда культурных растений чувствительность к гербицидам. Это позволяет в несколько раз уменьшить количество гербицидов при борьбе с сорняками и, значит, ослабить химическую нагрузку на окружающую среду. Хлопчатник, рапс, соя, кукуруза, сахарная свекла, устойчивые к гербицидам, которыми обрабатывают поля, чтобы уничтожить сорняки, уже высеваются в США и Канаде на миллионах гектаров.

Ряд трансгенных культур во много раз эффективнее, чем исходные, извлекают из почвы фосфор и азот. Это позволит резко уменьшить количество вносимых в почву удобрений, которые, как известно, смываются дождями и становятся настоящей бедой для водоемов.

Подсчитано, что американские фермеры только за счет экономии гербицидов и удобрений будут ежегодно получать от трансгенных культур дополнительный доход в 4-5 миллиардов долларов.

Из семечек модифицированного подсолнуха получают масло, по вкусу и составу близкое к оливковому. В практику входят трансгенные сорта гороха, сои, злаков с улучшенным составом белков.

Получены трансгенные томаты, пригодные для длительного хранения. Это облегчает дальнюю транспортировку и может избавить от зимнего выращивания томатов в теплицах. созданы трансгенные томаты без зернышек, на подходе другие бескосточковые овощи и фрукты, в частности вишня, черешня, цитрусовые, а также арбуз без семян.

Биотехнология становится приоритетной областью для крупнейших транснациональных химических и фармацевтических концернов, таких, как "Дюпон", "Рон-Пуленк", "Монсанто". Они, в частности, во всем мире покупают сельскохозяйственные фирмы, прежде всего семеноводческие, планируя взять в свои руки широкое внедрение в практику трансгенных растений и животных. Происходит слияние крупных компаний для концентрации усилий по разработке биотехнологий. Так, в этом году объединилась "Хосум продакс корпорейн" с "Монсанто", сумма ежегодных продаж продуктов которых составляет 96 миллиардов долларов.

В компании "Монсанто" создан банк из более 50000 "сконструированных" ею трансгенных растений.

Уже выбраны направления, продвигаясь по которым ДНК-технологии позволят резко увеличить мясную продуктивность крупного рогатого скота, кур, рыбы. В ближайшее время генная инженерия создаст сорта растений, устойчивые к засухе, низким температурам, повышенной засоленности или кислотности почв. Генная инженерия нашла возможность повысить содержание витамина С в ряде плодовых и овощных культур. Считается, что в натуральных продуктах он повышает иммунитет более эффективно, чем синтетический. В США созданы сорта чеснока, устойчивые к вирусу желтой карликовости, который снижает урожай на 30-50 процентов.

Нынешнее интенсивное земледелие дает высокие результаты (например, 5-7 тонн зерновых с гектара вместо нормальных когда-то 1-2 тонн), но создает при этом огромную нагрузку на окружающую среду. Вот один из признаков такой нагрузки: на каждую дополнительную калорию, запасенную выращенным растением, приходится тратить 10, так сказать, внешних калорий, в частности из топлива, сожженного при обработке земли, транспортировках, производстве и внесении удобрений. Одна из задач биотехнологии - снизить эти затраты, что даст и экологический, и экономический эффект. Для многих модифицированных растений затраты энергии на одну "растительную" калорию уже снижены в 2-3 раза, в частности, за счет снижения потерь от вредителей и болезней и за счет упрощения борьбы с сорняками. Консультативная группа Всемирного банка считает, что в 2000 году фермеры приобретут продукты биотехнологии на 10 миллиардов долларов.

США, Австрия, Германия и Австралия создали биотехнологическую компанию для внедрения в различных регионах мира трансгенных сортов хлопка, устойчивых к вредителям и болезням. Уже внедряется 5 новых сортов.

Во Франции построен крупный специализированный комплекс для разработки и тиражирования посадочного материала трансгенных овощей. В 1998 году в Китае 100 тысяч гектаров было засеяно модифицированным хлопчатником.

Планируется, что в 2000 году в США половина всех посевов кукурузы будет проводиться трансгенными семенами, устойчивыми к вредителям и болезням. Широкое испытание новых сортов показало, что они дадут фермеру дополнительный доход - 120 долларов с гектара.

Компания "Монсанто " провела эксперименты на больших площадях и показала, что новые трансгенные сорта сои позволяют на 90 процентов ослабить эрозию почвы. Планируется, что в 2001 году в США и Аргентине будут выращиваться только трансгенные сорта хлопка.

Практические успехи генной инженерии способствовали важнейшим фундаментальным исследованиям, прежде всего созданию подробных генетических карт ДНК многих животных и растений.

Лекарственные препараты, полученные методами генной инженерии, к 2000 году будут выпускаться в США на 50 миллиардов долларов.

Создаются трансгенные животные, в молоке которых содержится человеческий альбумин, способствующий снижению кровяного давления. В год требуется 440 тонн такого альбумина, сейчас затрачивается на это 1,5 миллиарда долларов, а одна трансгенная корова будет производить 80 килограммов альбумина в год.

Идет последняя фаза испытаний нового американского препарата - антитромбина, полученного из молока трансгенных животных. Считается, что он произведет революцию в предупреждении инфарктов.

Американские добровольцы успешно испытали на себе вакцину, полученную из геноинженерного картофеля. Вакцина повышает иммунитет к заболеваниям желудочно-кишечного тракта, а возможно, и к холере.

Методами генной инженерии получен картофель с полным набором белков человеческого материнского молока. В частности, в одном клубне содержится 7 граммов В-казеина, в 30 раз больше, чем в чашке материнского молока. Такой картофель должен поднимать иммунитет у людей любого возраста.

В Канаде с помощью ДНК-технологий создан уникальный "химический реактор" - трансгенная коза, которая может ежедневно производить дефицитные белки человека на сумму 20 тысяч долларов. Запланировано в короткий срок иметь 1000 таких коз.

В Англии число опытов по генетической инженерии животных возросло с 40 тысяч до 300 тысяч в год.

В Канаде разработан метод выделения из спермы отдельно мужских и женских половых клеток. Это позволит в нужной пропорции формировать молочное (коровы) и мясное (быки) стадо.

Можно было бы продолжить этот список сообщений из научной печати, но думается, уже ясно, что мы вступили в новую эпоху взаимоотношений с аграрной сферой. Она может принести нам не только немыслимые ранее возможности целенаправленного конструирования растений и животных, возможности получения натуральных продуктов, химических компонентов и лекарств. Не менее важно то, что сумма биотехнологий позволит резко ослабить прессинг аграрного производства на окружающую среду, которую мы уже давно нещадно эксплуатируем, стараясь не думать о будущем.

Корреспондент. И все же на фоне этих абсолютно заслуженных высоких оценок хотелось бы более подробно узнать о возможных негативных последствиях нынешней, если можно так сказать, генетической активности. И о том, что делается, чтобы таких негативных последствий не было.

А. А. Созинов. Возможные негативные последствия нынешней "генетической революции" активно обсуждаются, в их числе есть очень опасные и не очень. Так, например, в принципе возможна несанкционированная передача добытой устойчивости к гербицидам от культурных растений к сорнякам. Из-за этого просто пропадет возможность снижать дозу гербицидов, ослабить нагрузку на природу. Устойчивые к вредителям новые растения могут "между делом" подавлять популяции полезных насекомых, например пчел. От этого надо защититься уже при конструировании и испытаниях новых сортов. Так называемые Bt-белки, которые синтезируются генами, перенесенными из бактерий в растения, могут при высокой их концентрации плохо влиять на здоровье человека. Конструкторы новых растений обязаны гарантировать низкое содержание этих белков в будущих пищевых продуктах. Это относится и к незапланированным вариантам растений, опасным для обитателей почвы. Если ослабить контроль при разработке и испытаниях, то могут появиться растения, пищевое использование которых в сыром виде может стимулировать появление так называемых медленных инфекций (заболеваний с длительным скрытым периодом). Выявлены серьезные опасности, связанные с клонированием животных (многотиражным копированием одного какого-то образца), - оно создает хороший фон для распространения инфекций. Одним словом, в генной инженерии, как и в любой области высоких технологий, в принципе может проявиться немало негативных побочных явлений. Здесь нас должна защитить ответственность ученых перед обществом. Они должны предвидеть опасность, всесторонне испытать свои творения и гарантировать их абсолютную надежность.

Нужно добавить, что в некоторых европейских странах сразу же возникло сопротивление трансгенным творениям, не столько на деловой, сколько на религиозной или этической основе. В значительной мере поэтому в области использования биотехнологий Европа заметно отставала от США и Канады. Сейчас, правда, сопротивление заметно уменьшилось, и отставание начало сокращаться.

Корреспондент. Что же в итоге могло бы успокоить пессимистов? И что поддерживает спокойствие оптимистов?

А. А. Созинов. В целом ситуация очень напоминает сложившуюся в ядерной энергетике. Во-первых, мы не можем отказаться от того, что предлагает генная инженерия, - она слишком многое дает, помогает решить сложнейшие проблемы человечества (пища, лекарства, экология). Во-вторых, генная инженерия - дело очень сложное, тонкое и дорогое. Сделать здесь что-либо, как и в ядерной промышленности, могут лишь мощные, богато оснащенные научные центры с профессионалами высочайшей квалификации. Эти центры должны находиться под международным научным контролем, который, в частности, предостережет их от непроизвольных трагических ошибок.

Мировое сообщество чувствует свою ответственность за то, что происходит в сфере биотехнологий, об этом говорит принятая ЮНЕСКО в конце 1997 года "Всеобщая декларация о геноме человека и правах человека". Любое дело, разумеется, можно довести до абсурда, до опасной черты или до преступления. Но человечество до сих пор умело пользоваться достижениями науки и не допускать опасного развития событий. Можно не сомневаться, что столь много обещающие человеку достижения генной инженерии в этом смысле не станут исключением.

Алексей Алексеевич Созинов главной целью своей активности сделал использование новейших достижений биологии в сельскохозяйственной практике.

Ученый готовится ввести с помощью микрошприца чужую ДНК в раститель ную клетку.

В фибробласт (клетку соединительной ткани мыши) вводят чужие гены. Диаметр иглы шприца - тысячная доля миллиметра.
Агробактерии, облепив растительную клетку, передают ей свою ДНК (снято под электронным микроскопом).

На аэрофотоснимке показаны поля, засаженные обычным картофелем вперемежку с трансгенным, которому пересажен ген выработки инсектицида. Светлые квадратики - поля обычного картофеля, объеденные колорадским жуком, темные квадратики - оставшийся целым трансгенный картофель.

Несколько лет назад американские генетики пересадили добавочный ген гормона роста мышам. На снимке - мышь, вырабатывающая добавочную дозу гормона роста в сравнении со своей обычной соплеменницей. Эти опыты уже привели к практическим результатам: ген гормона роста человека пересадили бактериям, они исправно вырабатывают гормон, нужный как лекарство некоторым детям с дефицитом этого вещества. Гормон роста коров, также вырабатываемый теперь бактериями, применяют для повышения удойности коров.

Другие записи

10.06.2016. Разведение овец путем пересадки клеточных ядер
Перевод с английского Nature, 1996, V. 380, N 6569, p. 24-25ОвцыУченые давно стараются понять, как осуществляется генетический контроль за эмбриональным развитием у млекопитающих. Было проведено множество…
10.06.2016. Расшифрована 21 хромосома
Цепочка ДНКУченые сделали огромный шаг на пути к пониманию механизмов возникновения и лечения таких заболеваний, как синдром Дауна, эпилепсия, болезни Герига и Альцгеймера. Этим шагом явилась расшифровка…
10.06.2016. Найден "ген склероза"
Ген, ответственный за ослабление памяти у людей преклонного возраста, удалось недавно обнаружить исследователям из лондонского института Вольфсона, сообщает ВВС. Специалисты убеждены, что лекарственное…
10.06.2016. Найден ген старения
Старение обусловлено не одним, а многими сложными процессами, протекающими в организме. Поэтому найти один-единственный ген, от которого зависит старение, вряд ли удастся — скорее это будет несколько генов.…
10.06.2016. Микробы и растения: молекулярный диалог в андеграунде
Мы многое не умеем или не можем делать в одиночку – достаточно вспомнить пустой холодильник или гору белья во время отсутствия жены, чтобы понять, что одинокое существование не дает возможности полностью…