Сельскохозяйственные растения остаются одним из наиболее часто упоминаемых примеров генетически модифицированных организмов (ГМО) в дебатах о селекции и направленной генетике. Некоторыми преимуществами генной инженерии в сельском хозяйстве служат повышение урожайности, снижение затрат на производство продуктов питания или лекарств, снижение потребности в пестицидах, улучшение состава питательных веществ и качества продуктов питания, устойчивость к вредителям и болезням, повышение продовольственной безопасности и медицинские преимущества для растущего населения мира. Давайте разберемся, есть ли существенная разница между селекцией и ГМО и в чем она на самом деле.
- Что такое селекция?
- Селекция не затрагивает гены?
- Как работают селекционеры
- Примеры искусственной селекции
- Обратная сторона селекции: опасные сюрпризы
- Селекция и генная инженерия: в чем же разница?
Что такое селекция?
Под селекцией растений подразумевается получение сортов и гибридов, обладающих определенным набором желательных для человека свойств: это могут быть более крупные и вкусные плоды, устойчивость к болезням и вредителям, повышенная урожайность, увеличенный срок товарной годности плодов и пр. и пр. Первыми селекционерами, сами того не зная, стали наши далекие предки, которые отбирали для посева семена лучших растений – самых урожайных или дающих самые вкусные плоды. Этот метод селекции применяется и в наши дни, но он далеко не единственный и не самый эффективный. Однако людям, далеким от биологии и растениеводства, селекционер до сих пор представляется человеком, который занимается только отбором, размножением и скрещиванием лучших экземпляров животных и растений, не затрагивая область, которая пугает многих – генетику. А между тем всё гораздо сложнее…
Селекция не затрагивает гены?
В общественном сознании прочно закрепилась мысль, что селекция не связана с направленным изменением генов организмов и поэтому более «естественна», чем генная инженерия. Увы, но это категорически не так.
Все признаки живого организма – его жизненный цикл, форма и размер его частей, особенности обмена веществ, химический состав – определяются генами. Первопричина изменения любого существующего признака или появления нового – изменения в генах, чаще всего мутации. Мутации имеют свойство передаваться по наследству и нередко возникают спонтанно, поэтому их появление у отдельных особей и передачу потомкам действительно можно считать естественным процессом.
Большинство естественных мутаций либо нейтральны, то есть никак не влияют на организм, либо вредны для него или следующих поколений. Однако мутации могут быть и «положительными»: в результате спонтанного изменения генов иногда появляются признаки, которые делают организм-носитель более «успешным» в условиях дикой природы – или более полезным с точки зрения человека. По сути, первоначально селекция и представляла собой отбор удачных мутаций и скрещивание особей, обладающих ими, для сохранения полезных свойств в следующих поколениях.
Как работают селекционеры
Работая с целыми организмами, селекция опосредованно работала с их генами, закрепляя изменения, возникшие естественным путем. Это процесс долгий, трудоемкий, а главное – ограниченный в возможностях: если нам требуется получить какой-то признак, который у исходных растений отсутствует, придется ждать «подходящей» естественной мутации – которая может и вовсе никогда не произойти. Именно поэтому, например, селекционерам так и не удалось получить розы с синими цветками – такая мутация у роз практически невероятна.
Современная селекция давно уже перешла от фиксации естественных мутаций к тому, чтобы вызывать их искусственно. Делается это, например, путем обработки посадочного материала химическими мутагенами (например, алкалоидом колхицином) или жесткими ионизирующими излучениями, в том числе радиацией. Подобные воздействия приводят к возникновению многочисленных и иногда очень грубых мутаций. Большинство растений, подвергшихся искусственному мутагенезу, оказываются нежизнеспособными или не представляющими селекционной ценности, однако единичные экземпляры могут обладать выдающимися свойствами.
Примеры искусственной селекции
Путем искусственного мутагенеза получены, например, растения-полиплоиды, у которых исходный набор генов умножился в несколько раз: удвоился, утроился и пр. Они более рослые, часто – очень высокоурожайные или имеют более крупные и вкусные плоды. Очень многие сорта пшеницы, ржи, сахарной свеклы, картофеля и других сельскохозяйственных культур, которые мы употребляем каждый день – результат искусственного мутагенеза. Их гены очень сильно изменены по сравнению с исходными вариантами. В этом можно убедиться буквально невооруженным глазом, сравнив диких предков культурных растений с их потомками и помня, что любое изменение признака – это изменение генов. Не будет преувеличением сказать: все культурные растения, которые мы едим – мутанты, даже если они маркированы как «органическая» продукция.
Обратная сторона селекции: опасные сюрпризы
«Ковровая бомбардировка», которой подвергаются гены растений при искусственном мутагенезе, может давать непредсказуемые результаты, не очевидные при оценке безопасности получившихся растений. Собственно говоря, селекционеры мало интересуются вопросом, какие именно гены «сломались», поменялись местами, умножились или структурно изменились в результате их действий. Полное секвенирование (прочтение) генома и анализ связей между генами и признаками – высокотехнологичная и дорогая процедура, которая при современных масштабах селекционной работы просто не может быть применена к каждому новому сорту. Контролирующие органы тоже относятся к проверке безопасности селекционных сортов весьма поверхностно – видимо, и они не чужды заблуждения, что технологии селекции безопасны и не могут породить ничего неожиданного.
При этом любой специалист по генетике подтвердит: нет никакой гарантии, что при грубом вмешательстве в гены наряду с «хорошими» мутациями не появятся «плохие». Так случилось, например, с селекционным сортом картофеля Lenape – он успел выйти на рынок и был отозван только после того, как появились многочисленные сообщения об отравлениях людей. Выяснилось, что клубни этого картофеля содержали опасные концентрации соланина – растительного яда (алкалоида), опасного для человека и животных. Об этом не знали ни создатели сорта, ни контролирующие организации. Что особенно настораживает, существующие меры контроля безопасности селекционных сортов не могут гарантировать, что подобное не повторится. Возможны и менее экстремальные, но тоже нежелательные варианты развития событий. Например, некоторые селекционные сорта растений из-за «поломок» генов могут быть обеднены полезными нутриентами: витаминами, аминокислотами и пр.
Селекция и генная инженерия: в чем же разница?
По сути, генная инженерия занимается тем же, чем и селекция – внесением изменений в гены. Разница состоит в степени вмешательства и прогнозируемости результата. Селекционеры работают в значительной степени «вслепую», изменяя гены растений очень сильно и почти наугад. Генные инженеры же обладают инструментами для целенаправленного и аккуратного редактирования генома. Современные технологии позволяют точечно и точно изменять строго определенные гены, не затрагивая все остальные. При этом всегда заранее известны гены (и зависимые от них признаки), на которые предполагается воздействовать, и конечные результаты этого воздействия. Такой подход позволяет не только минимизировать неприятные сюрпризы, но и получать результаты, которые недостижимы селекционными методами. Выше мы говорили о розах синих оттенков – создать подобный сорт удалось только генно-инженерными методами, перенеся в геном розы ген другого растения, отвечающий за выработку нужного пигмента. Методами генной инженерии можно получить и другие результаты, невозможные при селекции – например, создать по-настоящему гипоаллергенные сорта фруктов и овощей. Как правило, аллергию вызывают определенные белки, входящие в состав плодов. Селекционными методами маловероятно добиться «выключения» генов, кодирующих эти белки, в то время как для генной инженерии это несложная задача.
Кроме того, генно-инженерные сорта сельскохозяйственных растений проходят гораздо более жесткий контроль безопасности, в том числе проверку на качество и количество изменений в генах. Законодательство всех развитых стран требует обязательной всесторонней проверки каждого выходящего на рынок ГМ-продукта – то есть каждого нового сорта или гибрида, для создания которого применялась генная инженерия. Сама сфера биотехнологий, включая генную инженерию, регулируется гораздо жестче, чем традиционное растениеводство и селекция, и работает в условиях многочисленных законодательных ограничений. ГМ-сорта растений попадают на рынок только после таких проверок, которые, как говорится, и не снились селекционным.
