Редактирование генома меняет наследственность иначе, нежели до сих пор известные методы генной инженерии. Являются ли результаты применения новых технологий продуктами ГМО? Мнения расходятся.
Методы современной селекции
Сельскохозяйственное производство постоянно сталкивается с новыми вызовами. Изменение климата, влекущее за собой участившиеся засухи или появление новых вредителей, – один из них. Получение классическими методами новых сортов и гибридов, адаптированных под изменившиеся условия, сопряжено с высокими затратами – как финансовыми, так и временными. К допуску СЗР, способных побороть новых вредителей, предъявляются строгие требования, что осложняет вывод на рынок новых действующих веществ, а продление сроков действия разрешений ранее допущенных к использованию препаратов ставится под вопрос.
Редактирование генома: лицом к лицу
Альтернативой классическим методам селекции могло бы стать редактирование генома. Этот сравнительно «молодой» способ отличается от «классических» методов генной инженерии тем, что в растения не интегрируются какие-либо новые гены или их последовательности, а меняются отдельные участки генома. Система редактирования генома представлена несколькими методами (с. 43), которые вызывают направленные мутации отдельных участков генома. Процесс протекает в три этапа.
- Отрезки ДНК и РНК или белки распознают участки генома, которые необходимо подвергнуть направленному изменению.
- Участки генома, которые следует изменить, разрезаются специальными белками – «ножницами».
- Вырезанный участок репарируется естественными для клетки «вставками».
Принцип работы новых методов опирается на естественные молекулярные механизмы организмов. Так, восстановительные механизмы клеток устраняют ошибки, возникающие при копировании генома. Отдельные составные части генома могут быть редактированы, вырезаны или комбинированы.
Благодаря тому же механизму естественного восстановления клеток участки генома можно заменять на другие – по аналогии с естественной или искусственной мутацией. Отличие состоит в том, что изменение происходит направленное – в определенных участках. При этом преследуется цель вызвать желаемую мутацию, которая приведет к изменению конкретных признаков и позволит получить сорта с новыми полезными характеристиками, столь необходимыми в меняющихся условиях производства.
«Первенец»
Система геномного редактирования уже внесла существенный вклад в создание новых гибридов кукурузы, устойчивых к вирусным болезням и засухе. Полученная в результате применения новых технологий редактирования генома кукуруза чисто гипотетически могла бы выращиваться на полях во всем мире уже в 2021 году. Так, компания Pioneer (Corteva) еще в 2016 году объявила о получении методом CRISP / Cas нового высокоурожайного гибрида восковой кукурузы. Добиться результата удалось, сымитировав мутацию, аналогичную естественной. Гибрид к возделыванию в странах ЕС допущен не был, а вот в США, где контролирующие организации классифицировали его как «не ГМО», гибрид выращивают уже в коммерческих целях.
CRISPR: о сложном простыми словами
В 1987 году японские ученые, изучавшие кишечную палочку Escherichia coli, обнаружили в ее ДНК необычные повторяющиеся последовательности. Вскоре аналогичные фрагменты были найдены в геноме других бактерий и архей. Последовательности получили название CRISPR – аббревиатура от «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами» (англ.: Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats). Их функция оставалась загадкой вплоть до 2007 года, когда ученые, наконец, установили, что эти фрагменты – часть иммунной системы бактерий.
Бактерии в своей почти ничем не приметной жизни постоянно должны отражать атаки вирусов – естественных врагов. Для этого они синтезируют специальные ферменты. Каждый раз, когда бактерии удается убить вирус, она с помощью этих ферментов разрезает его ДНК, сохраняя небольшой ее «кусочек» внутри последовательностей CRISPR. Таким образом, CRISPR можно считать коллекцией разделенных повторами «фотографий» нарушителей клеточных границ, некое запоминание врага. В случае новой атаки тем же вирусом, бактерия уже распознает его с помощью РНК, несущей фрагмент генетического материала вируса, а затем разрезает его ДНК белком Cas9, тем самым нейтрализуя угрозу.
Некоторое время это открытие было интересно только микробиологам. Все изменилось в 2011 году, когда ученые решили точнее изучить механизм CRISPR. Они обнаружили, что белок Cas9 можно «обмануть», дав ему искусственную РНК. Белок, несущий такую РНК, будет искать генетические фрагменты, совпадающие с тем, что он несет на себе.
Обнаружив соответствие с чужой ДНК, он начнет измельчать ее, независимо от того, кому она принадлежит – вирусу, растению или животному. Позже было доказано, что технология позволяет не только удалять ненужные гены, но и вставлять на их место другие. Для этого достаточно добавить ферменты, восстанавливающие ДНК. Таким образом, CRISPR / Cas-системы дают возможность исправлять неправильные последовательности генов и таким образом лечить наследственные заболевания человека или создавать новые сорта сельскохозяйственных культур.
На данный момент метод CRISPR превосходит все известные до сих пор технологии генной модификации благодаря доступности и точности. Редактирование одного гена обойдется менее чем в $ 100 и займет всего несколько дней (а то и часов). И, что немаловажно, технология работает с любым организмом на Земле. Однако не стоит считать метод CRISPR панацеей. Технология пока не до конца изучена, не до конца отработана. Недавние исследования показали, что ферменты Cas9 ошибаются примерно в 15 % случаев и редактируют ДНК в неожиданных местах, что может привести к серьезным последствиям.
Туманности на правовом поле
Как относиться к системам геномного редактирования с правовой точки зрения, в Европе долгое время было не ясно. Конкретное решение со стороны Еврокомиссии заставляло себя ждать, а точки зрения стран – участниц ЕС на сей вопрос расходились. По общепринятому определению, закрепленному в законодательных актах ЕС, под генетически модифицированным организмом (ГМО) понимается «организм, чей генетический материал (геном) был подвергнут изменениям, которые не могли бы быть получены в естественных условиях путем скрещивания или естественной рекомбинации». Это определение ГМО появилось 25 лет назад, и, как видим, оно исключает в том числе и изменения, полученные в результате любых искусственно вызванных мутаций. Однако в селекции регулярно и на протяжении многих лет для провоцирования мутаций используются химические средства или радиация. Многие из возделываемых сегодня сортов культурных растений были получены именно в результате искусственно вызванного мутагенеза.
Неоднозначность трактовки определения ГМО в отдельных странах до сих пор не позволяет определиться, в каких правовых рамках следует рассматривать продукты c редактированным геномом. К тому же если, воспользовавшись современными методами анализа, трансгенные растения можно идентифицировать довольно быстро и достоверно, то в случае с продуктами редактирования генома ситуация выглядит иначе: такие растения по своей генетике не отличаются от «собратьев», полученных в результате скрещивания или вызванных искусственно мутаций.
Дополнение вместо замены
Следует понимать, что новые методы селекции не претендуют на абсолютную замену «старых», они их лишь дополняют. Их использование позволит к характеристикам элитных сортов добавить новые полезные, например устойчивость к вредителям, или толерантность к вымоканию или засухе. И добиться таких результатов можно будет без изменения других характеристик сортов. Их генетический состав за исключением отдельной мутации останется прежним. Это своего рода альтернатива требующему существенных временных затрат возвратному скрещиванию.
В вопросе отнесения продуктов редактирования генома к разряду ГМО стоило бы прислушаться к мнению аграриев, поскольку потребность в сортах и гибридах, устойчивых к болезням и вредителям, становится все больше. И эту потребность в обозримой перспективе методы традиционной селекции закрывать уже не смогут. А преимущество новых методов перед классическими как раз и состоит в том, что они позволяют решать поставленную задачу быстро и с меньшими затратами. В этом можно узреть и большой шанс для развития мелких семенных компаний и тем самым избежать становления монополий.
Альтернативные классическим методы – на руку развитию рынков нишевых и органических продуктов, селекция в интересах которых сегодня практически не ведется ввиду ее низкой рентабельности. Так, руководитель Швейцарского института органического земледелия Урс Ниггли оценил потенциал редактирования генома и выступает за использование новых подходов в интересах органического земледелия: утерянные за годы селекции полезные свойства культурных растений можно было бы восстановить.
Вердикт
В Европе в свое время были созданы специальные проекты, которые при государственном финансировании занимались рассмотрением этических, правовых и социоэкономических аспектов редактирования генома в сельскохозяйственных целях. В их задачи среди прочего входило привлечение общественности и аграриев к обсуждению темы, в результате которого могли бы исчезнуть предвзятое отношение и сомнения в отношении новых методов селекции.
При всей активности научного сообщества, семенных компаний и аграриев, у Европейского суда все же сформировалось свое «иное» мнение. В июле 2018 г. был вынесен вердикт в отношение объектов, полученных редактированием генома. На новые разработки для сельского хозяйства безоговорочно был поставлен штамп «ГМО».
С вынесением такого «приговора» страны ЕС вроде бы вопрос «ГМО/не ГМО» для себя закрыли, но вместе с этим они нажили и новые проблемы (с. 41).
Что же Россия?
Что касается правовой сферы в нашей стране, напомним, что с июля 2016 года действует закон, запрещающий выращивать генно-модифицированные растения и разводить модифицированных животных за рамками научно-исследовательских работ. Также запрещен ввоз семян ГМ-растений, однако импорт уже готовой ГМ-продукции не запрещается.
При этом совсем недавно, в ноябре прошлого года, Президент издал Указ, где постановил разработать Федеральную научно-техническую программу развития генетических технологий на 2019 – 2027 гг. Согласно этому документу, Правительство должно «обеспечить создание и развитие на базе научных и образовательных организаций лабораторий и центров, осуществляющих исследования в области генетических технологий, в том числе технологии геномного редактирования, и их техническую поддержку, а также подготовку кадров в этой области». Таким образом, в настоящий момент в России геномное редактирование растений и животных разрешено и не приравнено к ГМО, как в Европе.
Однако стоит отметить, что и приверженцев, и противников у метода геномного редактирования в нашей стране много. Как и на Западе, в России развернулась настоящая война среди ученых. Одни считают технологию CRISPR / Сas перспективным методом генной инженерии с большим будущим, другие – очень опасным инструментом «вторжения» в геном с непредсказуемыми последствиями. Пока ученые ломают копья, в стране для ГМО-продукции продолжает гореть красный свет, а для геномного редактирования светит зеленый.