ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ
КАК ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ
Фундаментальная биология обогатилась за последние годы множеством
новых прогрессивных технологий. Идет настоящая
биотехнологическая, генноинженерная революция, в основе которой
лежат методы трансгенеза, то есть переноса в геном растений и
животных чужих генов. Люди, в основном далекие от науки,
относятся к трансгенезу с большим подозрением. А трансгенные
растения многие принимают буквально в штыки, устраивая шумные
показательные демонстрации, протестующие против самой идеи и
полученных результатов. Есть ли какие-то основания для подобного
отношения к новым технологиям генной инженерии — об этом наш
корреспондент Людмила ЮДИНА беседует c кандидатом биологических
наук Еленой ДЕЙНЕКО (лаборатория гетерозиса растений Института
цитологии и генетики СО РАН).
— Елена Викторовна, как специалист, вплотную занимающейся
проблемой, объясните, чем так пугают трансгенные растения?
— Думаю, прежде всего своей необычностью. На самом деле, с их
помощью и при участии решаются и будут решаться в будущем великое
множество проблем. Это технологии будущего. Методами генной
инженерии значительно расширяется спектр признаков у растений,
появляются характеристики, которые обычными, традиционными
методами не создашь.
Пугает и то, что в геном трансгенного растения попадают гены
вируса человека, каких-то микроорганизмов, отдаленных видов
растений. Ведь мы выбираем нужный материал из других
гетерологических систем, которые не скрещиваются, не
взаимодействуют друг с другом. Нарушаются как бы естественные
барьеры.
— То есть, в природе ничего подобного не встретишь?
— Отнюдь! И в природе подобное встречается, и необычным при этом
не называется. Например, вирус герпеса, заражая человека,
интегрирует в него свою ДНК. И она прекрасно приживается, может
существовать там очень долго, и при благоприятных условиях
(простуда) вновь индуцировать новые вирусные частицы, вызывая
герпес.
Хочу подчеркнуть — генная инженерия ничего абсолютно нового,
того, чего нет в природе, не изобретает. Да, генетики создают
нечто оригинальное, можно сказать, уникальное, но используя уже
наработанный материал, реальные конструкции. И ставят их на
службу целенаправленно, решая конкретные задачи.
— Какие, например?
— Улучшение признаков у растений — устойчивость к вирусам,
насекомым-вредителям, к гербицидам. Вот сейчас стремительно
наступает колорадский жук. Проблема! Сибирь только начинает
входить в зону, где он размножается, и надо постараться
остановить его. Ведь там, где он буйствует, настоящая катастрофа:
один-два дня, и уничтожены все посевы. Требуется индуцировать
устойчивость к колорадскому жуку.
В решении этой задачи специалисты использовали разные подходы, но
«крутились» вокруг одного феномена, природного явления. Есть вид
патогенных бактерий (Бациллус турингиенсис — Bacillus
thuringiensis), которые способны синтезировать вещество
дельта-токсин. Он применяется как биопрепарат для опыления
картофеля против колорадского жука. Ген дельта-токсина можно
клонировать (т.е. выделить) из этих бактерий.
Генные инженеры использовали аналогичный подход. Только они
«научили» растения синтезировать его, в результате чего отпадает
необходимость наносить дельта-токсин на растение искусственным
способом. Причем, когда растение опыляется препаратом, то берутся
более сильные концентрации. И, процесс, скажем так,
неконтролируем, прицельности достичь трудно. Какая-то часть
вещества попадает в почву, в окружающую среду.
А когда в самом растении действует ген, отвечающий за синтез
дельта-токсина, он нарабатывает препарата столько, сколько
требуется, в значительно меньших количествах, но достаточных для
того, чтобы блокировать путь развития личинки жука. Личинка не
превращается в куколку, численность популяции постепенно
сокращается.
Генный подход в данном случае основан на выработке индукции
устойчивости к колорадскому жуку.
— В скором времени вы готовитесь защищать докторскую диссертацию
в области трансгенеза. На чем делаете акцент?
— Поскольку я представляю Институт цитологии и генетики, акцент
сделан на изучение фундаментальных проблем, на два главных
аспекта. Предстояло разобраться, что происходит с теми
трансгенами, которые мы синтезируем в пробирке и внедряем в
собственные гены растений. В задачу моей группы входило
исследовать, как чужеродный ген будет при этом вести себя, как
его примут соседи, станет ли новый ген, трансген, своим, будет ли
наследоваться, сохраняться в поколениях и т.д.
И второе. Поскольку встраивание чужеродного гена в растительный
геном происходит не по заданной программе, случайным образом, то
мы не можем определить точное место, куда он попал.
— Случайным образом — это как?
— Стреляем ДНК, а ДНК, как известно, длинная цепочка генов. Куда
и что попадает — заранее сказать нельзя. Мы можем попасть в
собственный ген, что и происходит при мутагенезе. В нашем случае
тоже может случиться нарушение генов. В результате получаем
ТДНК-индуцированные мутации. Правда, они происходят не так часто.
Если, скажем, создаются трансгенные растения для коммерческих
целей, такие мутации сразу отсеиваются, не принимаются во
внимание.
Для исследователей такие изменения, возникающие под действием
чужеродного гена, просто настоящий клондайк. Мы их сразу берем на
вооружение, изолируем, начинаем изучать самым подробнейшим
образом. А происходят, надо заметить, вещи совершенно
удивительные. Трансгены, которые мы переносим из пробирки в
растение, начинают вести свою деятельность, взаимодействовать
(или нет) с соседними участками, осуществляя разного рода
превращения. Какие? Вот об этом я и говорю в своей диссертации.
— Что-то неожиданное, любопытное удалось выявить?
— Каждый результат интересен. Должна заметить, что все
исследования в данном направлении привлекают в мире самое
пристальное внимание. Сами трансгенные растения служат
своеобразными моделями, «полигоном» для дальнейших испытаний. Вот
перенесли одни гены — интродуцировали устойчивость к
колорадскому жуку. «Привили» растению, например, гены человека,
которые контролируют синтез определенных белков, и оно стало
«выдавать» лекарство, необходимое человеку, превратилось в
лекарственное.
— То есть, исходя из запросов практики, можно осуществить самые
смелые проекты?
— В принципе, да. Но для исследователей во всем этом есть один
весьма интересный, волнующий, захватывающий аспект — когда
трансгенные растения служат моделями для изучения фундаментальных
проблем функционирования генов в целом.
Как можно изучать ген, не имея трансгенов? Если нарушить его
работу. А нарушили — значит получили мутации.
Но с другой стороны, мы не можем сказать, где же этот нарушенный
ген располагается. Не знаем, как найти его. А когда получаем
мутацию под влиянием чужеродного гена, тех фрагментов ДНК,
которые мы синтезировали и внедрили, то этот самый чужеродный ген
служит для нас как бы флажком, маркером среди генов самого
растения. И становится возможным, используя молекулярные методы,
изучать те участки, растительные ДНК, которые располагаются рядом
с чужеродным геном. И когда мы видим мутации, измененные клетки,
то есть все основания считать, что именно трансген нарушил
нормальное функционирование гена растений.
А исследователь имеет возможность не просто изучать нарушенные
гены, но и клонировать эти гены, прочитать их и получить
полнейшую информацию.
Трансгенные растения в качестве фундаментальных моделей служат
чрезвычайно богатым материалом для изучения фундаментальных
проблем генетики, функционирования генов, клонирования генов.
— Елена Викторовна, а всегда ли растение принимает чужеродные
гены?
— Нет, не всегда. Это зависит от того, в какой район попал наш
синтезированный в пробирке ген. Бывает, он сразу воспринимается
растением, как свой, собственный, наследуется согласно законам
Менделя. А случается — отторгается. В эволюционном плане все это
чрезвычайно любопытно. Сейчас многих ученых занимает
вопрос — почему в одних случаях происходит опознавание, а в других — нет.
Феномены отторжения чужеродных генов растительного генома как бы
напоминают борьбу организма с вирусными инфекциями. Ведь когда
вирус проникает в растительную клетку, включается механизм защиты
от чужеродной ДНК.
Эффект, когда внедренный чужеродный ген растением не принят, и
растение как бы пытается от него избавиться, называется
инактивирование, или замолкание трансгенов.
— В чем выражается стремление растения избавиться от
непонравившегося соседа?
— О, там такие «страсти» разгораются! Настоящее сражение на
клеточном уровне! Причем, с ощутимыми потерями.
— Какую работу провела конкретно ваша группа?
— Мы проанализировали огромное количество данных по тысячам
трансгенных растений, пытаясь найти случаи, когда трансген
инактивируется, и в основе инактивации лежат несколько
механизмов. Удалось обнаружить и сами механизмы. Создали в итоге
несколько моделей в зависимости от способа инактивации. И не
просто создали модели. Попытались смоделировать сам процесс.
Очень интересные результаты! Причем, полученные изменения
сохраняются в поколениях, наследуются.
И теперь, привлекая молекулярные методы, можно фундаментально
исследовать феномен, ибо есть трансгенные растения с
соответствующими проявлениями.
Вообще эта тема — просто необъятное поле деятельности. По ней
готовятся несколько кандидатских диссертаций и одна докторская.
— Елена Викторовна, разговор у нас с вами в основном идет о
фундаментальной стороне дела. А что новые технологии дают
практике?
— В мире довольно широко культивируются трансгенные
растения — более 100 форм. Во многих лабораториях мира активно ведутся
работы по получению съедобных вакцин: в растения переносятся
гены, которые работают как антигены. Например, гены оболочки
бактерии туберкулеза, гены вирусов гепатита. Идет речь о том,
чтобы по большинству инфекционных заболеваний создать так
называемые съедобные растительные вакцины, ввести в растения гены
этих возбудителей и проводить в будущем тотальную вакцинацию
против целого ряда заболеваний. В программах участвует и наш
институт.
В этом году окончил университет и блестяще защитился мой студент
Андрей Турчанович — он как раз сделал работу по цитокинам.
Клонировал ген интерлейкина-18 (эта работа проводится нами
совместно с Институтом биоорганической химии СО РАН), перенес его
в растения табака (как модельные растения для изучения действия
этого гена), показал, как ген в растениях работает.
— Вы долго, целых шесть месяцев работали в одном из
университетов Голландии…
— И два раза за это время участвовала в работе семинаров по
трансгенным растениям. На одном особенно остро дискутировали на
тему, почему растение так решительно порой отторгает чужеродные
гены, что за механизмы действуют, как их постигнуть. Накопление
информации в данной области идет самым активным образом. Ученые
постоянно встречаются, обмениваются новыми фактами.
— И вам было что доложить?
— Интерес к работам Института цитологии и генетики Сибирского
отделения всегда высок. И если бы нам хоть малую частицу тех
возможностей, которыми располагают зарубежные ученые! Но наши
люди — настоящие подвижники. На том и стоим!
стр. 8
|
