МИФЫ И РЕАЛЬНОСТИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Р.Саляев,
директор Сибирского института физиологии
и биохимии растений СО РАН,
член-корреспондент РАН

В последние годы, больше чем когда-либо, в широкой прессе постоянно присутствует тема генной инженерии. При этом гораздо реже говорится о той пользе, что может принести эта наука страждущему человечеству в борьбе с болезнями, генетическими уродствами, в создании растений и животных с новыми полезными свойствами. Больше — о страшных последствиях.

Жизнь, я думаю, постепенно все расставит на свои места.

А пока... Активно тиражируется, выражаясь современным ужасным языком, новый "хит" — теперь уже о клонировании Иисуса Христа. Это, конечно, кощунство, на которое идут ради дешевой популярности.

В мою задачу не входит рассмотрение вопросов теизма, это отдельная тема. Отмечу только, что 2000 лет Христианской веры не случайны, как не случайно и то, что миллионы людей верят в Христа, как в символ высокой нравственности и касаться этой темы с позиций овечки Долли — в высшей степени безнравственно.

Так что же может генная инженерия сегодня?

Самая близкая и наиболее гуманная задача — борьба с болезнями и производство продовольствия. Недавно в телевизионной передаче шла речь о недостатке в стране отечественного генно-инженерного инсулина, который каждодневно нужен многим и многим больным. В России есть генно-инженерные технологии его получения. Однако широкое производство инсулина пока не налажено.

Имеются и другие генно-инженерные технологии создания новых медицинских и ветеринарных препаратов. Взять хотя бы производство генно-инженерных вакцин против опасных заболеваний: бешенства, туберкулеза, гепатита и других инфекций.

В последнее время появились новые возможности в получении "съедобных" вакцин на основе трансгенных растений. Направление чрезвычайно интересное, требующее содружества медиков, молекулярных биологов и генных инженеров растений.

По трансгенным растениям в мире достигнуты большие успехи. Они во многом связаны с тем, что проблема получения организма из клетки, группы клеток или незрелого зародыша у растений сейчас не представляет большого труда. Клеточные технологии, культура тканей и создание регенерантов широко применяются в современной науке.

Всероссийский симпозиум, проведенный в 1999 г. в Сибирском институте физиологии и биохимии растений по проблеме "Изучение генома и генетическая трансформация растений", показал, что в научных учреждениях Москвы, Санкт-Петербурга, Саратова, Уфы, Казани, Новосибирска, Иркутска, Владивостока ведется активная работа в области генной инженерии растений, достигнуты результаты, которые могут стать основой для создания форм растений с новыми полезными свойствами.

Хочу поделиться теми данными, которые получены в нашем институте в течение последних 5--7 лет в изучении генома растений и создания новых трансгенных форм.

Совершенно неожиданным результатом при изучении митохондриального генома оказалось обнаружение неслучайных гомологий фрагментов митохондриальных ДНК с ДНК опасных вирусов.

Так степень гомологии фрагментов митохондриальной ДНК кукурузы к вирусу гепатита А достигает 89 процентов. По отношению к вирусу гриппа В (Сингапур) степень гомологии составляет 89,5 процентов. С несколько меньшими значениями гомологии найдены участки, гомологичные ДНК флебовируса Пунта Торо, ретровируса птиц. Лаборатория генной инженерии нашего института, где были выполнены работы, пока не нашла объяснения результатам. Случайность ли это? И как сложилась такая нуклеотидная последовательность в митохондриальной ДНК растений — неясно.

От медиков я когда-то слышал крылатое выражение: "Вирус — это взбесившийся ген". Может быть фрагменты митохондриальных ДНК (а может быть и других ДНК), выщепившись в процессе эволюции, дали начало вирусам? Или, наоборот, в процессе той же эволюции встроились каким-то путем в геном митохондрий? Кто знает?

Перейдем к трансгенным растениям.

В СИФИБРе в последние годы получен целый ряд трансгенных растений путем переноса в их геном генов ugt, acp, acb, accc и других, выделенных из различных растительных объектов.

Мы специально работаем с генами, изначально имеющимися в растениях, чтобы заведомо исключить сомнения в пригодности трансгенных растений для употребления в пищу.

В результате введения этих генов появились трансгенные растения пшеницы, картофеля, томата, огурца, сои, гороха, рапса, клубники, осины и некоторых других.

Введение генов производилось либо "обстрелом" тканей из "генной пушки" (конструкция которой разработана в нашем институте), или генетическим вектором на основе агробактериальной плазмиды, имеющей встроенные целевые гены и соответствующие промоторы.

Были выполнены также необходимые контроли за встраиванием целевых и маркерных генов и их экспрессией в трансгенных растениях.

В итоге образован ряд новых трансгенных форм. Вот некоторые из них.

Трансгенная пшеница (2 сорта), обладающая значительно более интенсивным ростом и кущением, предположительно более устойчива к засухе и другим неблагоприятным факторам среды. Продуктивность ее и наследование приобретенных свойств изучаются.

Трансгенный картофель, наблюдения за которым ведутся уже три года. Он стабильно дает урожай на 50--90 процентов выше контроля, приобрел практически полную устойчивость к гербицидам ауксинового ряда и, кроме того, его клубни значительно меньше "чернеют" на срезах за счет снижения активности полифенолоксидазы.

Трансгенный томат (несколько сортов), отличающийся большей кустистостью и урожайностью. В условиях теплицы его урожай — до 46 кг с квадратного метра (в два с лишним раза выше контроля).

Трансгенный огурец (несколько сортов) дает большее количество фертильных цветков и, следовательно, плодов с урожайностью до 21 кг с квадратного метра против 13,7 в контроле.

Имеются трансгенные формы и других растений, многие из которых также обладают рядом полезных хозяйственных признаков.

Получая трансгенную осину, мы предполагали, что путем введения генов ugt и acb удастся изменить в нужную сторону гормональный статус растения, липидный метаболизм, и создать его более быстрорастущие формы. Эти формы можно было бы использовать как основу для создания быстрорастущих древесных плантаций, не уничтожая вырубкой ценнейшие таежные массивы, имеющие планетарное экологическое значение. Кроме того, плантации более выгодны экономически, так как могут создаваться вблизи перерабатывающих предприятий, что устраняет необходимость строительства таежных леспромхозов, длинных путей транспортировки и дает возможность полностью использовать древесное сырье.

Трансгенная осина дала неожиданные результаты. Уже в культуре in vitro, на питательной среде, был заметен более интенсивный ее рост. При высадке в вегетационные сосуды разница с контролем оказалась еще большей.

С введенным геном ugt из кукурузы ее рост был в 2,5 раза больше контрольных растений, а с введенными генами ugt и acb в пять раз превышал контрольные растения.

После переноса растений на опытную плантацию, в природу, разница в росте сохранилась, но не была уже столь разительной. Сейчас растениям четвертый год, и трансгенные существенно обгоняют в росте контрольные. Будущее покажет, насколько перспективны полученные формы.

К настоящему времени в институте получено более 30 трансгенных форм растений, работа над которыми продолжается. Должен сказать, что мы не спешим передавать наши новые формы, даже наиболее перспективные, в производство, поскольку в этом случае нужно решить еще целый ряд дополнительных вопросов о стабильности экспрессии введенных генов, наследовании в поколениях новых полезных признаков, изучить биохимические и физиологические особенности созданных растений.

Новое направление в науке о физиологии трансгенных растений еще только формируется, и я рад сообщить, что в нашем институте такая лаборатория уже создана — она так и называется: лаборатория физиологии трансгенных растений. Всего в институте генной инженерией на сегодняшний день занимаются три лаборатории: физиологии клетки, генной инженерии и физиологии трансгенных растений.

Генная инженерия — это наука сегодняшнего и завтрашнего дня. Уже сейчас в мире трансгенными растениями засеваются десятки миллионов гектаров, создаются новые лекарственные препараты, новые продуценты полезных веществ. Со временем генная инженерия станет все более мощным инструментом для новых достижений в области медицины, ветеринарии, фармакологии, пищевой промышленности и сельском хозяйстве.