Блуждающие гены

Селекцией человек занимался с давних пор – изменял размер и внешний вид животных и растений, выводил новые породы и сорта. Но до появления трансгенеза на это уходили многие годы. Сегодня процесс создания организма с новыми свойствами занимает гораздо меньше времени. Об этом рассказал в Дни науки аспирант Института цитологии и генетики СО РАН Иван БУРКОВ.

Трансгенез – процесс введения чужеродного гена (трансгена) в живой организм. Он приобретает новое свойство, которое может передавать потомству. По сути, это та же селекция, ничем не отличающаяся от методов, созданных самой природой и человеком при отборе лучших растений и животных из урожая и потомства. Разница лишь во времени получения желаемого результата.

С возникновением метода трансгенеза появилась возможность улучшать свойства животных, мясо которых употребляется в пищу. Например, усиливать защитные функции их организма от различных заболеваний, улучшать вкусовые качества или увеличивать мышечный вес. Сегодня, если необходимо, чтобы животное или растение обладало каким-то признаком и могло передавать его по наследству, можно встроить в его геном новый ген. Разумеется, это не означает, что для повышения морозоустойчивости помидора используется ген белого медведя – область подобных взаимодействий сильно ограничена.

Одним из первых трансгенных организмов в истории генетики была кишечная палочка – излюбленный объект исследования наряду с мушками-дрозофилами. В 1970-х годах генетикам удалось встроить в эту палочку ген инсулина человека – важнейший белок, используемый для лечения диабета. До этого инсулин выделяли из поджелудочной железы свиней. Он был дорогой и не особенно эффективный. После успешного введения этого гена кишечной палочке она стала производить инсулин в больших количествах – так впервые появилась уникальная технология, ставшая начальным этапом большой работы с трансгенными организмами во всем мире.

Почему встроить ген в чужой геном так непросто? Любой организм сопротивляется чужеродному материалу и отторгает чужие гены, либо выбрасывая их вовсе, либо лишая необходимых свойств. В результате многолетней работы группы зарубежных ученых у кишечной палочки было удалено почти 15% генома. К счастью, это не отразилось на ее жизнеспособности, а геном стал стабильным и предсказуемым.

В 1982 году много шума наделала статья об успехе генетика, встроившего мыши ген гормона роста человека. Для обложки журнала рядом с ученым были сфотографированы две мыши – обычная и гигантская. Генетики всего мира кинулись выводить новые породы скота. Но сделать из коровы подобие мясистого мамонта не удалось. Иван Бурков предполагает, что в процессе селекции человек так долго отбирал самых крупных животных, увеличивая массу последующих поколений, что дальше уже некуда.

Основные три метода получения трансгенных животных – использование генетически модифицированных эмбриональных стволовых клеток, интрацитоплазматическая инъекция модифицированных сперматозоидов (ИКСИ) и, наиболее популярный, – прямая микроинъекция модифицированной генетической конструкции. В первом случае ученые выделяют из эмбриона животного стволовые клетки, внедряют в них новый ген и пересаживают полученную конструкцию суррогатной матери. Если эксперимент прошел удачно, то родится трансгенное животное. Во втором случае модифицируется не эмбрион, а сперматозоид, с помощью которого затем производится искусственное оплодотворение и внедрение генетической конструкции в матку суррогатной матери. В третьем – с помощью очень тонкой иглы в ядро оплодотворенной яйцеклетки внедряется генетическая конструкция, которая затем переносится в организм реципиента. Этот процесс полностью соответствует методу искусственного оплодотворения, который сегодня широко используется в медицинской практике для лечения бесплодия, с той лишь разницей, что человеческий сперматозоид не модифицируют.

Сегодня человек использует трансгенные технологии для изучения функций различных генов, моделирования заболеваний, получения лекарств, для сельскохозяйственных и пищевых нужд, улучшения внешнего вида животного или растения («для красоты»). К последнему можно отнести выведение новых пород собак, кошек, аквариумных рыбок или сорта роз без шипов с крупными яркими бутонами. Иван Бурков продемонстрировал фотографии животных, содержащих в тканях кожных покровов «зеленый белок», который светится в ультрафиолетовых лучах. Он был взят от медузы и встроен в геном кролика, двух обезьян и нескольких свиней.

Поскольку появление различных заболеваний у человека сопровождается мутацией его генов, подробные исследования этих изменений позволяют определить вероятность возникновения у пациента той или иной болезни (предрасположенность). Этими исследованиями занимается целая лаборатория в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, где совместно с Центром новых медицинских технологий ученые составляют генетический паспорт пациентов, с каждым годом расшифровывая все большее количество человеческих генов.

Прорыв ожидает медицину в случае успеха исследований в области ксенотрансплантации – пересадки органов животного человеку. Трансплантация органов от человека к человеку – большая проблема, поскольку пациентов, нуждающихся в пересадке, в сотни раз больше, чем подходящих им органов. Если ученым удастся решить проблему отторжения органов животного и модифицировать их таким образом, чтобы они работали в человеческом организме, это станет настоящей революцией в области трансплантации во всем мире.

Работы в области генетических исследований иногда выглядят неожиданно. К примеру, Иван Бурков в совершенстве освоил технику доения мышей – в их молочных железах выделяется ценный белок Г-КСФ (гранулоцит колониестимулирующего фактора человека). Ученые всего мира сегодня пытаются разработать технологию получения этого вещества, вызывающего у человека повышенную выработку стволовых клеток из костного мозга. Оно эффективно в лечении онкологических заболеваний и защите организма от инфекций.

Аббревиатура ГМО у многих сегодня вызывает недоверие. Миф о вреде растительных и животных продуктов с измененными генами активно поддерживают производители, указывающие на своих упаковках: «Не содержит ГМО». Однако что это может означать на деле? Либо рекламный ход, успокаивающий покупателя: продукт не содержит чего-то опасного и неизвестного. Либо… здесь нужно подумать: к каким методам обычно прибегают в сельском хозяйстве и животноводстве, чтобы защитить свою продукцию от вредителей, болезней, увеличить вес скота или урожайность? Верно, к разнообразным химическим препаратам. Если растение или животное не модифицировано с помощью встроенного гена, значит, его удалось вырастить и сохранить с помощью других средств, о которых на упаковке ничего не сказано. Среди доводов за ГМО – возможность частичного или полного отказа от химических препаратов, улучшенные качества продуктов, новые методы получения лекарств, ксенотрансплантанты. Выступающие против утверждают, что нет доказательств безвредности ГМО. Правда, доказательств их вреда тоже не обнаружено.

В настоящее время в разных странах разрешено к применению более 120 видов трансгенных растений. В России прошли полный цикл исследований 17 видов генетически модифицированных культур, среди которых – кукуруза, картофель, рис, сахарная свекла. ГМО содержат более 30% видов чая и кофе, а в продукции, импортированной в Россию, – около 80%. «Больше всего ученым нравится «забавляться» с такими продуктами, как соя, кукуруза, пшеница, свекла, картофель, клубника и хлопок», – предостерегает нас Гринпис. Так что будьте бдительны, господа, – не ешьте хлопок!

Мария ШКОЛЬНИК