Прирученное оружие бактерий
Технологию CRISPR называют «генетическими ножницами». Она позволяет с большой четкостью разрезать необходимое место в ДНК и вносить в нее изменения. Механизм имеет природное происхождение. Его используют некоторые виды бактерий, чтобы бороться с вирусами. Эта система – часть их иммунной защиты: с помощью специальной молекулы, гидовой РНК, и белка Cas9 они рассекают ДНК вируса-агрессора и тем самым его обезоруживают.
Эммануэль Шарпентье из Института инфекционной биологии Общества Макса Планка в Берлине и Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли воссоздали этот природный процесс в лаборатории и упростили его. В октябре 2020 года они получили Нобелевскую премию по химии – всего через 8 лет после открытия.
Alexander Heinl / dpa / Globallookpress
Если прямо сейчас устроить выборы супергероя, который бы мог спасти мир, то многие ученые проголосовали бы именно за CRISPR. Возможности технологии действительно широки: от решения проблемы голода до борьбы с неизлечимыми болезнями.
Растения с суперспособностями
Лаборатории по всему миру уже гремят новостями о разработанных на основе CRISPR растениях, которые способны на большее, чем их предшественники. Например, какао, устойчивое к вирусу деформации побегов – болезни, погубившей значительную часть урожая в Западной Африке в 2019 году. Или бананы, невосприимчивые к грибку Fusarium TR4, который грозит уничтожить целые плантации в Латинской Америке. Зерна кофе, изначально не содержащие кофеина. Особо ароматные помидоры с превышением содержания антиоксиданта ликопина в два раза по сравнению с обычными плодами. Кукуруза, способная обильно плодоносить даже в засуху. Шампиньоны, не становящиеся коричневыми из-за долгого хранения. Пшеница с пониженным содержанием глютена, которую могут употреблять и люди с целиакией - непереносимостью этого белка.
Среди перспективных «суперсил» – устойчивость к паразитам, нетребовательность к удобрениям, более богатый минеральный состав.
На практике создание таких «суперрастений» может занять годы. «Сначала нужно понять, какой ген улучшить, чтобы получить желаемое преимущество. Это занимает от 2 до 10 лет, – говорит Лоран Гентцбиттель, молекулярный генетик, глава цифровой сельскохозяйственной лаборатории университета «Сколтех». – Затем идет работа по редактированию генома и проверке получившегося организма: передалась ли нужная черта и не появилось ли что-то ненужное. Процесс может быть быстрым (2 года) или не очень (до 4 лет)». На третьей стадии (еще 2-3 года) новый признак внедряется в коммерческие сорта растений.
В отличие от ГМО, CRISPR во многих случаях меняет геном без применения инородного генетического материала. В таком случае, по словам Гентцбиттеля, невозможно увидеть разницу между растением, которое получили через CRISPR, и результатом обычной селекции. С помощью нового метода можно убирать определенный генетический материал либо привносить новый. Новые гены могут быть для растения «родными» либо взятыми от других видов – как в случае трансгенных организмов (ГМО).
CRISPR – очень точный инструмент. Возможны отдельные нежелательные модификации, но их можно минимизировать. Например, обязать компании, которые занимаются CRISPR технологиями, заново определять геномную последовательность получившегося продукта, чтобы в итоге получались только необходимые мутации.
Лоран Гентцбиттель
Глава цифровой сельскохозяйственной лаборатории университета «Сколтех»
Шансы и риски
Для противников ГМО это не слишком сильные аргументы. Кое-кто из неправительственных организаций, выступающих против разработки и продажи генномодифицированных продуктов, уже объявил, что CRISPR – это своего рода ГМО 2.0. То есть то же самое, но под другим названием. «Эти методы более точны, чем старые, но они все равно могут промахиваться и иметь нежелательные эффекты, Когда вы меняете генетику живых существ, они не всегда ведут себя так, как вы ожидаете», – заявляет биолог и эколог Майкл Хансен, ведущий научный консультант в Consumer Reports, американской организации по защите прав потребителей.
По этой логике, продукты, созданные по технологии CRISPR, несут в себе все те же риски, что и традиционные ГМО. Среди них – возможное появление в пищевой цепочке новых аллергенов и токсинов, накопление в измененных продуктах тяжелых металлов, потенциальный перенос инородных генов в другие культурные и дикие растения из-за перекрестного загрязнения. У правозащитников вызывает беспокойство и то, что измененные гены могут влиять на здоровье людей, например, вызывать снижение чувствительности к антибиотикам.
В то же время большое исследование, которое в 2016 году провела Национальная академия наук США, показало, что эти опасения беспочвенны.
Ученые не выявили различий между обычными и генномодифицированными продуктами как в части воздействия на окружающую среду, так и с точки зрения влияния на здоровье людей. В работе при этом уточняется, что судить об абсолютной безопасности тех или иных продуктов невозможно.
Настороженная реакция людей на новые продукты нормальна, продолжает ученый. До 18 века в Европе не ели картофель, хотя он был завезен туда за три века до этого. А американские индейцы потребляли его тысячелетиями. «Понятие риска всегда относительно, - замечает Лоран Гентцбиттель. - Например, у меня аллергия на бананы. Для меня очень рискованно есть бананы, потому что сразу после этого у меня возникнет ангионевротический отек [аллергическая реакция, выражающаяся в сильном отеке губ, век, щек и слизистой рта – прим. ред.] Поэтому, строго говоря, нет продуктов с нулевым риском».
Генная инженерия на прилавках
Конечно, разговоры о «дивном новом мире» сельского хозяйства могут остаться лишь разговорами, если новым технологиям не дадут зеленый свет в правительствах по всему миру. Некоторые из них уже делают шаги к тому, чтобы встроить технологию CRISPR в правовое поле.
Наиболее либеральны в этом плане США. До 2011 года национальное министерство сельского хозяйства тестировало каждый новый продукт с генетическими модификациями. Но позже некоторые производители смогли избежать испытаний – в случаях, если идентичный продукт уже был допущен на рынок. К 2019 году по упрощенной процедуре прошли 85 видов растений. А в 2020 году чиновники пошли еще дальше и разрешили еще несколько категорий генетически измененных организмов: как трансгенных (ГМО), так и созданных по технологии CRISPR. Новые правила должны вступить в силу в апреле 2021 года.
Логика такая: если в конечном продукте не содержится генов, привнесенных извне, то такое растение может в теории получиться и путем естественных мутаций. Так рассуждают в Австралии, Канаде, Японии, Израиле, Аргентине и Бразилии. В США продукты без инородных генов не получают маркировки «bioengineered» (подвергнутые биоинженерии), которую используют для ГМО.
Евросоюз, наоборот, придерживается очень жесткой позиции. Чиновники и законодатели считают, что применение CRISPR рискованно для окружающей среды. В июле 2018 года Европейский суд постановил, что продукты, генетически измененные с помощью CRISPR, относятся к ГМО. «Это значит, что в Евросоюзе любые продукты с переписанной ДНК нужно сертифицировать и маркировать по тому же принципу, что и ГМО», - отмечает юрист Вадим Артемьев, партнер в юридической фирме «Юстерс».
В этом ряду энтузиастов и скептиков Россия скорее тяготеет к последним. Федеральный закон № 86-ФЗ от 05 июля 1996 года, который регулирует сферу генной инженерии, остается консервативным.
Этот закон запрещает выращивание и разведение генно-инженерно-модифицированных растений и животных на территории России. Импортеры же обязаны проходить регистрацию, причем по итогам проверок ввоз такой продукции может быть запрещен.
Вадим Артемьев
Партнер в юридической фирме «Юстерс»
Рассмотрение заявки на регистрацию длится 30 дней, а после принятия решения еще 15 дней дается на внесение продукции в Сводный государственный реестр генно-инженерно-модифицированных организмов (ГМО). Далеко не все желающие проходят этот путь.
Сейчас в реестре ГМО 177 продуктов – в основном соя и кукуруза, а также ферментные препараты, применяемые в пищевой промышленности. Однако Вадим Артемьев все же не исключает, что скоро в этом списке появятся и продукты, созданные по методу CRISPR. «Присвоение Нобелевской премии даст еще более мощный импульс развитию этой технологии. Это вынудит все страны, в том числе и Россию, совершенствовать законодательство в части регулирования оборота новой продукции и организмов, полученных с применением этой технологии», - заключает эксперт.
Россия в гонке генных технологий
В России в 2019 году приняли Федеральную программу развития генетических технологий. Согласно документу, до 2027 года планируется потратить более 127 млрд рублей на генетические инновации в сельском хозяйстве, медицине и микробиологии.
Есть планы создать генетически измененные разновидности растений, которые будут устойчивы к вредителям, дольше храниться и обладать большей пищевой ценностью. Ставку сделают на пшеницу, картофель, сахарную свеклу и ячмень. При этом в тексте программы упоминается, что речь идет о технологиях направленного изменения собственных генов живого организма без внесения чужеродных генов.
Эксперименты уже начались. В 2019 году подмосковная агрокомпания «ДокаДжин» создала на основе метода CRISPR линию картофеля, устойчивого к Y-вирусу, атака которого приводит к большим потерям урожая.
Направлений, по которым можно «улучшить» растения, много, но ожидать «эффекта волшебной палочки» не стоит. Повысить устойчивость культур к холодному климату? В принципе, CRISPR на это способен, но ограниченно. Растения, которые не нужно много удобрять и опрыскивать инсектицидами? Потенциально это может сэкономить деньги и сделать агроиндустрию более «зеленой», но опять-таки, «CRISPR вряд ли сможет распутать весь клубок взаимоотношений растений с их патогенами и вредителями», – отмечает Лоран Гентцбиттель.
Слово за фермерами
Пока большинство растений, усовершенствованных с помощью редактирования генов, не выходят за пределы лабораторий. Но уже скоро они появятся на рынке. Например, в августе 2020 года американская компания Yield10 Bioscience получила одобрение властей на CRISPR-модификацию канолы (одного из видов рапса), в которой содержится больше масла. В 2021 году усовершенствованной культурой засеют тестовые поля.
А стартап INARI поставляет семенным компаниям в США новые разновидности пшеницы, кукурузы и сои, которые требуют меньше воды и удобрений. Все они созданы по методу CRISPR. Для этого используют инструменты машинного обучения: компьютер высчитывает механизмы, с помощью которых гены взаимодействуют друг с другом.
Для фермеров работа с CRISPR-семенами хотя и сулит значительный прирост урожая, вряд ли будет более трудоемкой, чем с обычным сырьем.
Фермеры получают от семенных компаний полный пакет: сами семена, необходимые удобрения, рекомендации по использованию. Можно прогнозировать, что в случае с CRISPR-растениями будет использована такая же схема. Так что вряд ли им потребуются какие-то дополнительные технологии.
Лоран Гентцбиттель
Глава цифровой сельскохозяйственной лаборатории университета «Сколтех»
У российских фермеров ситуация иная. Даже если им разрешат использовать CRISPR-семена, то доступны будут только зарубежные варианты. «Производить такой продукт могут только компании с соответствующими мощностями: кадрами, лабораториями, научным багажом. Запуск такой структуры занимает около 3-4 лет. Плюс расходы на лицензию на коммерческое использование технологии, - говорит Лоран Гентцбиттель. - В России эти ресурсы найдутся у научно-исследовательских институтов. Проблема в том, что они слишком далеки от рынка, поэтому насколько успешными будут их прикладные исследования – вопрос».