Многие фермеры, выращивающие органические культуры, считают, что генетически модифицированные культуры представляют угрозу для здоровья человека. Это не так просто.
Профессор Калифорнийского университета в Беркли стоит в передней части зала и произносит речь о потенциале генной инженерии. Ее аудитория, полная сторонников органического земледелия, слушает с беспокойством. Она замечает, как мужчина встает со своего места и идет к передней части комнаты. В замешательстве говорящая делает паузу на полуслове, наблюдая, как он наклоняется, тянется к шнуру питания и отключает проектор. В комнате темнеет и наступает тишина. Вот вам и выслушивание чужих идей.
Многие сторонники органических продуктов утверждают, что генетически модифицированные культуры вредны для здоровья человека, окружающей среды и фермеров, которые с ними работают. Сторонники биотехнологии возражают, что генетически модифицированные культуры безопасны, сокращают использование инсектицидов и позволяют фермерам в развивающихся странах производить достаточно продуктов питания, чтобы прокормить себя и свои семьи.
Теперь идет выбор сторон относительно того, является ли новая технология редактирования генов CRISPR просто «ГМО 2.0» или новым полезным инструментом для ускорения процесса селекции растений. В июле Суд Европейского Союза постановил, что культуры, полученные с помощью CRISPR, будут классифицироваться как генно-инженерные. Тем временем в Соединенных Штатах система регулирования проводит различие между генной инженерией и конкретным использованием редактирования генома.
Я занимаюсь молекулярной биологией растений и ценю огромный потенциал технологий CRISPR и генной инженерии. Но я не думаю, что это противопоставляет меня целям органического сельского хозяйства. Фактически, биотехнология может помочь в достижении этих целей. И хотя перефразирование аргументов о генной инженерии кажется контрпродуктивным, редактирование генома может привлечь обе стороны к здоровому разговору. Чтобы понять почему, стоит разобраться в различиях между редактированием генома с помощью CRISPR и генной инженерией.
В чем разница между генной инженерией, CRISPR и мутационной селекцией?
Противники утверждают, что CRISPR - это хитрый способ заставить общественность есть генетически модифицированные продукты. Заманчиво бросить CRISPR и генную инженерию в одно ведро. Но даже «генная инженерия» и «CRISPR» слишком широки, чтобы передать то, что происходит на генетическом уровне, так что давайте посмотрим поближе.
В одном из видов генной инженерии ген из неродственного организма может быть введен в геном растения. Например, большая часть баклажанов, выращиваемых в Бангладеш, содержит ген обычной бактерии. Этот ген производит белок под названием Bt, вредный для насекомых. Поместив этот ген в ДНК баклажана, само растение становится смертельным для насекомых, питающихся баклажанами, и снижает потребность в инсектицидах. Bt безопасен для человека. Это похоже на то, как от шоколада собак тошнит, но он не действует на нас.
Заманчиво бросить CRISPR и генную инженерию в одно ведро. Но даже «генная инженерия» и «CRISPR» слишком широки, чтобы передать то, что происходит на генетическом уровне.
Другой тип генной инженерии может переместить ген из одной разновидности вида растения в другую разновидность того же вида. Например, исследователи определили ген в диких яблонях, который делает их устойчивыми к бактериальному ожогу. Они переместили этот ген в яблоко «Гала Галакси», чтобы сделать его устойчивым к болезням. Однако этот новый сорт яблок не поступил в продажу.
Ученые не могут указать, где в геноме вставляется ген с помощью традиционной генной инженерии, хотя они используют секвенирование ДНК, чтобы определить место постфактум.
CRISPR, напротив, является инструментом точности.
Подобно использованию функции «найти» в текстовом процессоре для быстрого перехода к слову или фразе, молекулярный механизм CRISPR находит определенное место в геноме. Он разрезает обе нити ДНК в этом месте. Поскольку разрезанная ДНК представляет собой проблему для клетки, она быстро направляет ремонтную бригаду, чтобы исправить разрыв. Есть два пути восстановления ДНК. В одном, который я называю «CRISPR для модификации», можно вставить новый ген, чтобы соединить обрезанные концы вместе, как вставить новое предложение в текстовый процессор.
В «CRISPR для мутации» команда по восстановлению клеток пытается снова склеить разрезанные нити ДНК. Ученые могут приказать этой ремонтной бригаде изменить несколько единиц ДНК или пар оснований (As, Ts, Cs и Gs) в месте разреза, создав небольшое изменение ДНК, называемое мутацией. Этот метод можно использовать для настройки поведения гена внутри растения. Его также можно использовать для подавления генов внутри растения, которые, например, наносят ущерб выживанию растения, например, ген, повышающий восприимчивость к грибковым инфекциям.
В генной инженерии новый ген добавляется в случайное место в геноме растения. CRISPR для модификации также позволяет добавить новый ген к растению, но нацеливает новый ген на определенное место. CRISPR для мутации не добавляет новую ДНК. Скорее, он вносит небольшие изменения в ДНК в определенном месте. Мутационная селекция использует химические вещества или излучение (молнии), чтобы вызвать несколько небольших мутаций в геномах семян. Полученные растения проверяют на полезные мутации, приводящие к желаемым признакам. Ребекка Макелпранг, CC BY-SA
CRISPR для мутации больше похож на мутационную селекцию, чем на генную инженерию. Он создает такие же конечные продукты, как и мутационное размножение, но устраняет случайность. Он не вводит новую ДНК. Это контролируемый и предсказуемый метод создания новых полезных сортов растений, способных противостоять болезням или выдерживать неблагоприятные условия окружающей среды.
Упущенная возможность - уроки генной инженерии
Большинство коммерциализированных генно-инженерных признаков придают кукурузе, сое или хлопку устойчивость к гербицидам или насекомым. Однако существует множество других искусственных культур. В то время как некоторые из них выращиваются в полевых условиях, большинство из них почти забыты в темных углах исследовательских лабораторий из-за непомерно высоких затрат на преодоление нормативных барьеров. Если нормативный климат и общественное мнение позволят это, культуры с такими ценными свойствами, как эти, могут быть получены с помощью CRISPR и станут обычным явлением в наших почвах и на наших столах.
Например, мой советник из Калифорнийского университета в Беркли вместе с коллегами разработал гипоаллергенный сорт пшеницы. Семена этой пшеницы хранятся в конвертах в подвале нашего здания, нетронутые годами. Помидор, который использует ген сладкого перца для защиты от бактериального заболевания, устраняя необходимость в применении пестицидов на основе меди, изо всех сил пытался получить финансирование для продвижения вперед. Морковь, маниока, салат, картофель и многое другое были разработаны для повышения питательной ценности. Эти сорта демонстрируют творческий подход и опыт исследователей в создании новых полезных свойств. Почему же тогда я не могу купить хлеб из гипоаллергенной пшеницы в продуктовом магазине?
Ослабление хватки большого сельского хозяйства
С CRISPR затраты на исследования и разработки намного ниже благодаря его точности и предсказуемости. Первые признаки указывают на то, что использование CRISPR для мутации не будет сталкиваться с такими же нормативными препятствиями и расходами, как в США. растения, которые в противном случае могли бы быть выведены с помощью традиционных методов селекции», если они выведены с использованием утвержденных лабораторных процедур.
Если EPA и FDA последуют их примеру и введут разумные и менее затратные правила, CRISPR может избежать доминирующей финансовой хватки крупных семенных компаний. Ученые, небольшие компании и исследователи из неправительственных организаций могут увидеть, как тяжелая работа и интеллектуальный капитал приносят полезные продукты с отредактированным геномом, которые не навсегда отправляются в подвалы исследовательских зданий.
Общая основа: CRISPR для устойчивого развития
За шесть лет с тех пор, как возможности редактирования генома CRISPR были раскрыты, ученые, стартапы и признанные корпорации объявили о выпуске новых сельскохозяйственных продуктов, в которых используется эта технология. Некоторые из них сосредоточены на свойствах для здоровья потребителей, таких как пшеница с низким содержанием глютена или без глютена для людей с глютеновой болезнью. Другие, такие как грибы, которые не темнеют, могут уменьшить количество пищевых отходов.
Затяжная засуха в Калифорнии продемонстрировала важность сортов сельскохозяйственных культур, которые эффективно используют воду. Кукуруза с более высоким урожаем в условиях засухи уже была получена с использованием CRISPR, и использование CRISPR для повышения засухоустойчивости других культур - лишь вопрос времени. Помидоры, устойчивые к мучнистой росе, могут сэкономить миллиарды долларов и отказаться от опрыскивания фунгицидами. Растение помидора, которое рано цветет и плодоносит, можно использовать в северных широтах с длинным днем и более коротким вегетационным периодом, что станет более важным по мере изменения климата.
Правила установлены, но решение окончательное?
В 2016 и 2017 годах Национальный совет США по органическим стандартам (NOSB) проголосовал за исключение всех культур с отредактированным геномом из органической сертификации.
Но, на мой взгляд, им следует передумать.
Некоторые производители органических продуктов, с которыми я беседовал, согласны с этим. «Я вижу обстоятельства, при которых это может быть полезно для сокращения процесса, который для традиционной селекции может занять много поколений растений», - сказал Том Уилли, почетный органический фермер из Калифорнии. Нарушение естественных экосистем является серьезной проблемой для сельского хозяйства, сказал мне Уилли, и хотя эта проблема не может быть полностью решена с помощью редактирования генома, оно может дать возможность «возникнуть в геномы диких предков сельскохозяйственных культур, чтобы восстановить генетический материал»., который был утерян тысячелетиями селекции ради высокой урожайности.
Селекционеры успешно использовали традиционную селекцию для восстановления такого разнообразия, но «в свете безотлагательности, связанной с изменением климата, мы могли бы разумно использовать CRISPR для ускорения такой работы», - заключил Уилли.
Билл Трейси, селекционер органической кукурузы и профессор Университета Висконсин-Мэдисон, сказал: «Многие изменения, вызванные CRISPR, которые могут произойти в природе, могут принести пользу всем фермерам.«Но NOSB уже проголосовал по этому вопросу, и правила вряд ли изменятся без значительного давления. «Вопрос в том, какая социальная активность может повлиять на это», - заключила Трейси.
Люди, участвующие во всех дискуссиях о биотехнологии, хотят максимизировать результаты для человека и окружающей среды. Совместное решение проблем органическими (и традиционными) производителями, специалистами по устойчивому сельскому хозяйству, биотехнологами и политиками приведет к большему прогрессу, чем отдельные группы, действующие в одиночку и игнорирующие друг друга. Препятствия для этого могут показаться большими, но они созданы нами самими. Будем надеяться, что больше людей наберутся смелости, чтобы снова включить проектор и позволить беседе продолжиться.