Наука 2018-01-07 12:57 Олег Фея
  ▪  

ГМО: слово з трьох букв

Як науковці модифікують геном живих істот, і чому ГМО не варто боятися

29 листопада в науковому журналі Nature опубліковані результати дослідження щодо створення синтетичного мікроорганізму. Ще у 2014-му науковці модифікували бактерію кишкової палички Escherichia coli, у ДНК якої до чотирьох природних «букв» генетичного коду, нуклеотидів, додали ще дві, створені генетиками. Бактерії могли передавати їх через ділення своїм нащадкам, та для практичної користі потрібно, щоб вони могли синтезувати амінокислоти й білки. І от цього року мета досягнута. 4 млрд років еволюції живі організми використовували чотири нуклеотиди, але не минуло й 70 років із відкриття молекули ДНК, як генні інженери розширили генетичний «алфавіт» природи. 8 листопада в тому самому журналі було описано успішне лікування хлопчика, якому пересадили 80% шкіри, що була вирощена за допомогою генетично модифікованих клітин. Місяцем раніше у Верховній Раді України зареєстрували два законопроекти: № 7210 про обов’яз­кове маркування продуктів із генетично модифікованими організмами та № 7186 про посилення контролю за обігом ГМО. І це на додачу до законопроекту № 4968 про мораторій на будь-яке використання ГМ-продукції, окрім наукових цілей.

Нещодавно мені на очі потрапила етикетка біологічно активних добавок, на якій гордовито написано: «Містить ДНК». За словами виробника, «ДНК засвоюється передусім ушкодженими клітинами, активує механізми природного відновлення, підвищує життєвий тонус організму». А сама БАД «рекомендована як додаткове джерело ДНК». Із таким самим успіхом можна рекомендувати будь-який продукт рослинного чи тваринного походження. Не кажучи вже про абсолютно неправильне з погляду біології описання дії ДНК на клітини.

Генна терапія, тобто генетична модифікація клітин людей або тварин із метою лікування генетичних хвороб, успішно себе зарекомендувала у медичній практиці

Навряд чи виробники такі необізнані в біології (хоча хтозна). Найімовірніше, вони розраховують на слабкі знання покупців їхньої продукції. Ще менше, ніж етикетка «містить ДНК», може інформувати хіба «не містить ГМО». Адже в певному сенсі всі ми генетично модифіковані організми.
Опитування показують, що люди часто не розуміють ні що таке ГМО, ні що таке ДНК, хоча в шкільній програмі цій молекулі приділяється чимало часу. Візьмімо, наприклад, відоме опитування від Університету Оклахоми: 82% його учасників висловилися за маркування продуктів із ГМО, а 80% уже хотіли промаркувати й ДНК. І цим незнанням користуються законотворці в популістських цілях та задля лобіювання інтересів агропромислового бізнесу.

Молекула ДНК — основа передачі спадкової інформації будь-якого живого організму. Сумарну кількість усіх цих молекул у ньому називають геномом. В організмів із клітинними ядрами (до яких належать люди, тварини, рослини, гриби) геном складається з молекул ДНК — хромосом. Геном людей представлений 22 нестатевими хромосомами та двома статевими — Х та Y. Більшість клітин містить по парі нестатевих хромосом, пару X-хромосом, якщо йдеться про жінок, і по одній Х та Y, якщо про чоловіків. Кожна молекула ДНК — це два закручені по спіралі ланцюжки, що складаються з великої кількості нуклеотидів: аденіну (А), гуаніну (G), тиміну (T) й цитозину (C). Гени ж — це ділянки ДНК, що задають певний принцип кодування білків. Найчастіше приводиться аналогія кулінарної книжки. Книжка — це геном, а гени — то рецепти, які містять інструкції, як «готувати» білки.

Читайте також: Органіка – не хімія

У ДНК постійно виникають мутації. Наприклад, один із нуклеотидів може бути випадково замінений на інший. Мутації виникають і під дією зовнішніх чинників, як-от вплив радіації, хімічних речовин, так і самі собою, абсолютно випадково. Якби не постійні мутації, нас із вами не існувало б, адже вони двигун еволюції. У деякому сенсі всі ми генетично модифіковані організми, які вижили внаслідок суворого еволюційного відбору. Генні інженери просто роблять ці мутації керованими й змінюють гени так, як їм хочеться. Однак їхню діяльність суспільство сприймає з насторогою.

Завдання цих інженерів полягає в тому, щоб ізолювати ген, який їх цікавить, додати його в молекулу нуклеїнової кислоти (вектор), яка перенесе ген у ДНК модифікованого організму, і відібрати успішні результати модифікації. Усі інструменти генних інженерів були вже створені природою. Для того щоб розрізати ДНК у потрібному місці, вони використовують ферменти рестриктази. Найпопулярніші — EcoRI та EcoK — виділені з тієї ж кишкової палички. Ферменти лігази здатні «зшивати» частини ДНК. Деякі з них науковці запозичили у вірусів, наприклад, бактеріофага T4, який уражає кишкову паличку.

Читайте також: ГМОфобія

Інша технологія, що стрімко набирає популярності, — CRISPR/Cas9. CRISPR/Cas входить до системи імунітету майже всіх архей і багатьох бактерій. Вона складається із CRISPR-касети та генів cas. CRISPR-касета — це ділянка з майже паліндромних повторів із 24–48 пар нуклеотидів, що розділені спейсерами — унікальними послідовностями практично такої самої довжини. Спейсери такі самі, як і ділянки вірусів, що загрожують або колись загрожували бактеріям і археям. Вони ніби відбитки пальців злочинців, що збираються поліцейським відділком — системою імунітету. Гени cas відповідають за додавання нових спейсерів і реакцію на небезпеку. Заснований на CRISPR імунітет формується так: бактерія зустрічається з новим вірусом, білки, створені генами cas, розрізають вірусну ДНК і додають нові спейсери в CRISPR-касету, «базу даних поліцейського відділку». 

Науковці навчилися застосовувати цю схему для редагування генетичної інформації та лікування генетичних хвороб. Для цього створюються кільцеві молекули ДНК (плазміди), у яких є ген cas9 і направляюча РНК, що розпізнає ген, який спричиняє хворобу. Плазміди доставляють у клітини, РНК розпізнає дефектний ген, а cas9 його вирізає. Так як клітини людини складаються з 23 пар ДНК, то розрізана молекула добудовується на основі парної до неї ДНК. Якщо вона неушкоджена, то генетична хвороба виліковується. Науковці Емманюель Шарпентьє, Дженніфер Дудна, Джордж Черч і Фенґ Чжанґ є цілком імовірними кандидатами на Нобелівську премію за розробку цієї технології.
Генна терапія, тобто генетична модифікація клітин людей або тварин із метою лікування генетичних хвороб, успішно себе зарекомендувала у медичній практиці. Наразі її застосовують під час вродженого муковісцидозу, гемофілії, талассемії, серповидно-клітинної анемії, катаракти. Поки що CRISPR лікує ці хвороби в клітинних культурах і у тварин, та інші методи генної терапії рятують і людей. Лише цього року науковцям вдалося за допомогою CRISPR/Cas9 вилікувати від ВІЛ піддослідних мишей, а також уперше успішно відредагувати людський ембріон для терапії гіпертрофічної кардіоміопатії — хвороби, що проявляється в потовщенні стінок лівого або правого шлуночка серця. Найвідоміша її жертва — угорський футболіст Міклош Фехер, який помер просто на гральному полі. Також технологія перспективна для редагування геномів рослин і 
тварин.
У серпні 2017 року в США було схвалено першу генну терапію для лікування раку — гострого лімфобластного лейкозу. У пацієнта збирають T-лімфоцити — клітини, що відповідають за імунітет, і додають у них ген, здатний утворювати нові рецептори задля знищення ракових клітин. У 75% пацієнтів жодних ознак хвороби не спостерігалося щонайменше через шість місяців після терапії.
Як показано вище, генетична модифікація — просто інструмент у руках науковців. Інший інструмент — селекція, та вона не викликає остраху в пересічних людей, проти неї не розробляють законопроекти. На картині італійського художника епохи Відродження Джованні Станкі зображені кавуни, якими вони були в XVII столітті. Не надто апетитно, чи не так? Протягом століть селективного відбору ця культура перетворилися на звичну нам. Селекція працює таким чином: з урожаю тих самих кавунів відбираються найчервоніші або найбільші — залежить від того, за якими параметрами відсортовувати. Їхні кісточки засіюють для наступного врожаю. У деяких кавунах може знову відбутися мутація й вони стануть ще трохи червонішими. За колір цих плодів відповідає пігмент лікопін, який захищає рослини від сонячного світла й протистоїть окисленню. Споживання лікопіну знижує ризик онкологічних хвороб, є профілактикою захворювань зору. Тобто з часів Станкі кавуни стали кориснішими. 
 Селекція — це довго, а її результати непередбачувані. Можливо, мутації не з’являться або з’являться такі, які не відповідають цілям селекційного відбору. Якби ж над кавунами працювали генні інженери, вони встановили б гени, що кодують уміст лікопіну, і змінили б їх. Селекція — то дуже повільна й погано керована генетична модифікація. Інакше кажучи, усі сільськогосподарські культури, отримані селекцією, також ГМО, але зазвичай їх так не називають, і чіпляють на них наліпки «без ГМО».
Не читаючи далі, спробуйте здогадатися, чи є зображений на фотографії бик результатом генетичної модифікації? Через образи, створені масовою культурою, ГМ-організми видаються страхітливими потворами, як-от цей бик. Проте він виведений завдяки селекції ще в XIX столітті як порода Belgian Blue, у нього є мутація в гені, що відповідає за набір м’язової маси. 
 ГМ-організми широко використовуються в сільському господарстві як рослини, стійкі до шкідників, засух або паводків (див. Тиждень, № 46/2017). Також чимало ліків продукуються генно-модифікованими мікроорганізмами, наприклад, необхідний діабетикам інсулін. Заборона або жорсткий контроль за використанням ГМ-продукції відкидає Україну назад у розвитку генетично модифікованих організмів. 
Закон № 7186 про регулювання ГМО внесений групою із 17 депутатів, включаючи Андрія Вадатурського, сина Олексія Вадатурського, власника найбільшого зернотрейдера «Нібулон». Інші співавтори, депутати від фракції БПП Микола Люшняк, Андрій Кіт й Іван Рибак у 2015 році вже висували законопроект про повну заборону використання ГМО. Тоді його не ухвалили, зокрема через обурення наукової спільноти. У пояснювальній записці до того закону зазначалося, що він «сприятиме збереженню здоров’я людини й охороні навколишнього природного середовища», а також що «не можна водночас не враховувати результати незалежних досліджень, які доводять, що ГМО призводять до онкологічних захворювань, безпліддя, алергії, токсикозів, смертності та захворюваності новонароджених, генетичних каліцтв, зменшення чисельності й зникнення багатьох видів тварин і рослин, руйнації біосфери». Наведені цитати демонструють, що автори зовсім не знають, що таке ГМО, і не мають даних про наукові досліди щодо їхньої безпеки. До цього моменту жодна людина не померла через ГМО, а самі продукти, перш ніж вийти на ринок, дуже ретельно перевіряються. У Сполучених Штатах близько чверті коштів, потрібних для розробки й випуску нового сорту ГМ-рослин, спрямовуються на виконання суворих державних регуляцій. Водночас чимало сортів ГМ-рослин, навпаки, менше шкодять довкіллю, ніж отримані «природним», селекційним способом: вони не потребують розпилення пестицидів у повітрі, завдяки чому не гинуть корисні комахи. 
Що ж до «результатів незалежних досліджень», найімовірніше, мається на увазі Жиль-Эрік Сераліні, роботи якого нібито показали підвищений ризик виникнення раку в мишей через вживання ГМ-кукурудзи. Ці дослідження мали численні методологічні помилки. Наприклад, він використовував лінію мишей з і так підвищеним ризиком онкології: вони виведені спеціально для дослідження раку. Після того як статтю жорстко розкритикували інші науковці, її було відкликано з журналу Food and Chemical Toxicology.
У новому варіанті законопроекту депутати врахували попередні помилки й не сипали фразами, які показують глибину їхнього невігластва в темі. І тепер не йдеться про повну заборону, а тільки про підсилену регуляцію, зокрема, про кримінальну відповідальність за невиконання вимог. Це майже унеможливлює в найближчому майбутньому комерційне використання ГМО та грає на руку пов’язаному з «традиційною» агропромисловістю бізнесу.