НА ПУТИ К ГЕНЕТИЧЕСКИИ МОДИФИЦИРОВАННОМУ МИРУ

"Серое приземистое здание всего лишь в тридцать четыре этажа. Над главным входом надпись "ЦЕНТРАЛЬНО-ЛОНДОНСКИЙ ИНКУБАТОРИЙ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР" и на геральдическом щите девиз Мирового Государства: "ОБЩНОСТЬ, ОДИНАКОВОСТЬ, СТАБИЛЬНОСТЬ"...

Так начинается роман Олдоса Хаксли "О дивный новый мир"... И так начинается третье тысячелетие. "Living in GM world" - "Живя в генетически модифицированном мире" - под такой рубрикой в западной прессе регулярно появляются сообщения о уличных демонстрациях против "еды Франкенштейна" - полученной с помощью генетически модифицированных растений или животных, о заявлениях священнослужителей, что человек в безумной гордыне принимает на себя роль Бога... Что трансгенные микробы, выпущенные на волю, или пожрут все живое или вызовут такие болезни, что... Что трансгенные люди... Что...

И вправду, ЧТО? Что в этих словах правда, что от "добросовестного" незнания, что от "гордого" невежества, а что от преднамеренной лжи, направленной на раздувание тиражей, повышение рейтингов и подавление конкурентов?

Если говорить об объективной причине таких протестов и споров - она в том, что прогнозируемые экономические и экологические выгоды от широкомасштабного применения генетически модифицированных организмов, очевидны, конкретны и довольно часто выражаются в миллиардах долларов. А опасения, что это может принести вред - неопределенны. Можно ли сделать разумный выбор между определенной пользой и неопределенной опасностью?

Для обозначения организмов, несущих чужеродные гены часто применяются слова: генетически модифицированный, рекомбинантный, генно-инженерный, живой измененный, которые, в общем, являются синонимами.

Здесь для краткости будет употребляться термин "трансгенный".

Все началось в 1972 году. Когда Пол Берг (Стэнфордский Университет, США) впервые объединил в пробирке в единое целое два гена, выделенных из разных организмов. И получил "молекулярный" гибрид, или рекомбинантную ДНК, которая сама по себе в природных условиях образоваться никак не могла. Затем такую рекомбинантную ДНК внесли в бактериальные клетки. И был создан первый трансгенный организм, несущий гены бактерии и гены обезьяны (онкогенного вируса обезьяны, если точнее). А затем были сконструирован микробы, несущие гены мушки дрозофилы, гены кролика, гены человека и... джинн (ген) вылетел из бутылки.... Набирая пары поезд пошел.

Но тут машинисты дали тормоз и мощный тревожный гудок [1].

Несколько ведущих американских ученых, первым из которых поставил свою подпись Пол Берг, опубликовали в журнале "Сайенс" письмо, в котором призвали остановить работы по генной инженерии, до тех пор, пока не будут выработаны правила техники безопасности обращения с трансгенными организмами [2], которые, как полагалось, могут, помимо воли исследователей, иметь свойства, опасные для человека и среды его обитания. А вдруг человеческая ДНК, встроенная в микроб, приведет к его "возбуждению"? К тому, что он начнет безудержно размножаться и пожрет все живое и не живое? А что будет, если в микробную клетку (в кишечную палочку, которая обитает в кишечнике человека) встроены гены вируса обезьяны, способные превращать нормальные клетки человека в раковые? Не вызовет ли такая кишечная палочка массовую эпидемию злокачественных заболеваний? Не передаст ли она онкогены (гены, вызывающие рак) другим микробам?

В общем, предполагалось, что, трансгенные организмы, созданные без учета их вероятных экологических характеристик и не прошедшие длительной совместной эволюции с природными организмами, "вырвавшись из пробирки на свободу", смогут бесконтрольно и неограниченно размножиться, что приведет:

• к вытеснению природных организмов из мест их естественного обитания (из экологических ниш),
• к последующей цепной реакции "падающего домино" нарушений экологического равновесия,
• к уменьшению биоразнообразия,
• к активации дремлющих, ранее неизвестных патогенных микроорганизмов,
• к возникновению эпидемий ранее не известных болезней человека, животных и растений,
• к "побегу" чужеродных генов из трансгенных организмов,
• к хаотическому переносу генов в биосфере и,
• к появлению монстров, уничтожающих все.

В обществе разразилась гроза [1]. Кроме опасений биологического характера, стали высказываться опасения
нравственные, этические, философские и религиозные. "Можно ли вмешиваться в дело Творца, не будучи ни всезнающим, ни всемогущим? Что бы эти умники не придумали - это станет оружием! Ради извращенного любопытства они погубят весь мир!" (И действительно, как тут не вспомнить, слова Энрико Ферми, потрясенного адской картиной первого атомного взрыва - "Прежде всего - это хорошая физика!").

Вокруг научных городков, где велась генная инженерия, запестрели плакаты шумных демонстраций. На заседание Национальной Академии Наук США ворвались манифестанты и развернули над столом президиума лозунг, хорошо известный истории ХХ века: "Мы создадим совершенную расу. Гитлер.

1933".

А в СССР в те времена все было тихо. Никаких опасений, и, тем более, демонстраций. В предисловии к первой советской публикации, посвященной потенциальным опасностям трансгенных организмов, академик, курировавший тогда советскую генную инженерию, писал: "Неудивительно, что наиболее драматический характер общественная реакция на генетическую инженерию приобрела в США, в стране, где так резко выражены социальные противоречия, присущие капиталистическим общественным структурам. Нельзя избавиться от впечатления, что шум, поднятый вокруг генетической инженерии, был вызван тем, что легче запретить какую-либо науку или ограничить ее развитие под флагом заботы о благополучии общества, чем устранить инфляцию, безработицу, социальное неравенство в том же обществе."[3].

В 1973-74 г.г. в дело включились американские политики.

В итоге - на генную инженерию наложен временный мораторий - "запрет до выяснения обстоятельств". В течение которого на основании всех имеющихся знаний нужно было оценить все потенциальные опасности генной инженерии и сформулировать правила техники безопасности, которые бы эти опасности минимизировали. В 1976 году правила были созданы. И запрет был снят.

“…и сказал им Бог: &lt-...&gt- владычествуйте
над рыбами морскими [и над зверями],
и над птицами небесными, [и над всяким
скотом и над всею землею], и над всяким
животным, пресмыкающиеся на земле".

Бытие, 1, 28.

И грянула генно-инженерная революция! Давно уже стоящий под парами и с трудом удерживаемый трансгенный паровоз рванулся и полетел вперед.

• Первая станция называлась: "Молекулярные механизмы активности генов микроорганизмов".
• Вторая - "Изумляющая мозаичная организация генов животных и человека".
• Третья - "Трансгенные микробы - сверх-продуценты белков человека".Кому на большой бизнес - выходи!
• Четвертая - "Генная терапия человека".
• Пятая - "Трансгенные растения и животные".
• Шестая - "Геном человека - расшифровка информации, кодирующей нас".Стоянка. Ждем светофора. Впереди седьмая станция...

Это огромный город: "Клонирование человека". А за ним, согласно маршруту, то ли конечная, то ли начальная ...

"О Дивный Новый Мир" - генетическая модификация человека и биосферы". Но пока что - стоим. Еще - желтый! Пока только - желтый!

Какой будет дальше? Красный? Или...?

По мере того, как поезд набирал скорость и количество его вагонов увеличивалось (применение методов генной инженерии возрастало в геометрической прогрессии) строгость правил безопасности все время снижалась.

Похоже, первоначальные страхи были сильно преувеличены. Случайно, в процессе "мирной" генной инженерии, что-либо вредное самопроизвольно получиться не может. Первоначально техника безопасности работ с трансгенными организмами исходила из того, что эти химеры могут быть опасными, как, например, чума, черная оспа, холера, или сибирская язва. И поэтому с трансгенными микробами и работали, как будто они патогены, в специальных инженерных сооружениях, откуда живым может выйти только человек, да и то, после того, как снимет скафандр. Постепенно становилось все более ясным: риск был сильно завышен.

Трансгенные микробы, как оказалось, менее жизнеспособны, чем их не трансгенные предки. Чужеродные гены, которые нужны естествоиспытателю, живой клетке отнюдь не нужны и доставляют ей массу ненужных затрат. И в окружающей среде, как показано в многих экспериментах, трансгенные микробы, рожденные в "тепличных" лабораторных условиях, быстро гибнут. Да и человеческий ген, если его, "не переводя на язык, доступный микробам" (не модифицируя его структуру согласно правилам работы генов микроорганизмов) ввести в микробные клетки - работать не будет. А чтобы вс
е же заставить человеческий ген (например, инсулина) хорошо работать, например, в пекарских дрожжах и тем самым, превратить их в живую фабрику инсулина, надо весьма постараться.

А если весьма постараться и заставить работать в кишечной палочке ген холерного токсина - холерным вибрионом она не станет, и холеру вызвать не сможет (что доказано), а вот в жизнеспособности сильно потеряет.

В общем, за все время интенсивного и все расширяющегося применения генной инженерии (сейчас студенты осваивают генную инженерию на 3-4 курсе), так вот, во всем мире за 30 лет ни одного случая возникновения опасности, связанной с трансгенными организмами, зарегистрировано не было.

И возникла новая отрасль промышленности - трансгенная биотехнология, основанная на конструировании и применении трансгенных организмов. В США сейчас около 2500 генно-инженерных фирм. В каждой такой фирме работает примерно несколько десятков высоко квалифицированных специалистов, которые конструируют трансгенные организмы на основе вирусов, бактерий, грибков, растений, насекомых и животных. Если созданный организм действительно сможет приносить прибыль, фирма выставляет свои акции на биржу, где их покупает транснациональный гигант, который и запускает массовое производство.

Неподготовленному читателю, некоторые трансгенные проекты могут показаться, более дерзкими, чем, дуб, на котором растут сдобные булки. Например, шелковая овца, (шелк вместо шерсти), дрожжи, синтезирующие каучук, коза, у которой в молоке десятки граммов человеческого интерферона (ценное лекарство). Гордый трансгенный бык (кличка Герман, сделан в Германии), несущий человеческий ген лактоферина, кодирующий особый белок женского молока, от которого младенцы сладко спят, в коровьем молоке такого белка нет. Вот бык без устали и работает производителем, и рождаются телочки, у которых молоко с женским белком, а у этих телочек будут другие телочки, у которых тоже будет этот ген и молоко с лактоферином и так до скончания века.

Считается, что единственными принципиальными ограничениями возможностей генной инженерии являются или ограниченная фантазия генного инженера, или ограниченное финансирование. Непреодолимых природных ограничений (как, например, в физике невозможность достижения сверхсветовых скоростей), в генной инженерии, похоже, нет - "...все позволено!".

И трансгенная биотехнология развиваются дерзко и стремительно.

Выполнение требований техники безопасности это развитие практически не тормозит. А правила предусматривают, что живые трансгенные организмы в природу попадать не должны. Преднамеренный выпуск (или интродукция) трансгенных организмов в окружающую среду категорически запрещен!

Однако в последние годы прошлого тысячелетия многие исследовательские коллективы приступили к интенсивному созданию трансгенных организмов, полезное действие которых должно проявляться именно в окружающей среде и которые предназначены для осуществления весьма знаменательного этапа в развитии цивилизации - для направленной генетической модификации биосферы.

Это означает, что такие трансгенные микробы, растения и животные будут жить не в биореакторах, не в теплицах и клетках, а на свободе. Для чего?

• для остановки деградации и последующего улучшения окружающей среды-
• для замены (в максимально возможных масштабах) не возобновляемых источников энергии и сырья на возобновляемые,
• для повышения эффективности сельского хозяйства и пищевой промышленности-
• для контроля над наследственными заболеваниями человека-
• для генетической терапии наследственных болезней человека-
• для генетической модификации человека-
• для клонирования человека-
• для создания организмов, предназначенных для распространения жизни на других планетах-
• для создания принципиально новых, более перспективных форм жизни.

Попробуем все главные и самые актуальные проблемы Земли и пути их трансгенного решения свести в таблицу [4].

Проблема:	Пути решений:
Деградация окружающей среды
Парниковый эффект (перегрев атмосферы из-за накопления углекислого газа)-	Трансгенные микробы, поглощающие CO2 из атмосферы-
Уменьшение количества плодородных земель наступле ние пустынь-	Почвенные трансгенные микробы, активно поглощающие воду из атмосферы-
Загрязнение мирового океана и падение его продуктивности (мировой океан основной генератор биомассы планеты)-	морские трансгенные микробы с повышенной продуктивностью биомассы-
Снижение плодородия почв-	Трансгенные микробы, повышающие плодородие почв-
Загрязнение почв и водоемов-	Трансгенные микробы, утилизирующие загрязнители (нефтепродукты, остатки пестицидов, др.)-
Кислотные дожди	Трансгенные микробы, эффективно утилизирующие окислы азота-
Истощение источников энергоносителей.
Снижение нефтеотдачи скважин- исчерпание газовых месторождений	Трансгенные микробы, уменьшающие вязкость нефти (расщепление длинных углеводородных цепей)-
	Трансгенные микробы синтезирующие СО2 для повышения давления в скважине)- Трансгенные водородные бактерии, водород как экологически чистое топливо- Трансгенные растения, сверх-синтезирующие эфиро-масличные соединения (горюче-смазочные материалы)- Трансгенные деревья с быстрым накоплением древесины (топливо)-

Проблемы исчерпания сырья.
Дефицит сырья	Трансгенные организмы, синтезирующие деградируемые био-пластики- Трансгенные микробы синтезирующие каучук, шелк- Трасгенные деревья с пониженным содержанием лигнина для производства бумаги- Трансгенные микробы для обогащения руд-
Повышение эффективности сельского хозяйства
Недостаточное плодородие почв- Вредные насекомые-	Трансгенные микробы, как: биоудобрения и биоинсектициды-
Загрязнение среды-	Трансгенные микробы для биоконверсии отходов с/х-
Возбудители болезней растений-	Трансгенные микробы, уничтожающие фитопатогенов-
Болезни с/х животных-	Трансгенные микробы как живые вакцины для ветеринарии-
Недостаточная продуктивность с/х растений-	Трансгенные растения с повышенной пищевой и кормовой ценностью- Трансгенные растения, устойчивые: к стрессам, к гербицидам, к вирусам- Трансгенные растения, поражающие вредных насекомых- Трагсгенные растения – продуценты вакцин (растительные съедобные вакцины)- Трансгенные декоративные растения (флуоресцирующие цветы и др.)-
Недостаточная продуктивность с/х животных-	Трансгенные животные с повышенной продуктивностью биомассы и молока- Трансгенные животные как биореакторы, продуцирующие в молоке ценные белковые препараты- Трансгенные животные как доноры органов для трансплантации-
Повышение эффективности производства пищи
Недостаточная эффективность технологий-	Трансгенные микробы для молочной промышленности, для пивоварения и виноделия-
Повышение эффективности здравоохранения
Малая эффективность вакцин, узкий спектр их действия- трудность терапии генетических болезней-	Трансгенные микробы как живые пероральные поливалентные вакцины- Трансгенные вирусы, как векторы (переносчики трансгенов) для генетической терапии-
Контроль над наследственными заболеваниями и генетическими характеристиками человека
трудность лечения наследственных заболеваний-	ранняя пренатальная молекулярная диагностика генетических дефектов и принятие решения о целесообразности продолжении беременности-
Накопление в популяции людей с нежелательными генетическими характеристиками-	Молекулярная диагностика нескольких эмбрион ов, полученных вне организма, и выбор лучшего для дальнейшего развития в организме матери- Клонирование людей с желательными генетическими характеристиками- Получение трансгенных людей-
Создание принципиально новых форм жизни
Необходимость колонизации других планет и распространения жизни во Вселенной-	создание трансгенных организмов, приспособленных к суровым условиям и потребляющих необычные вещества-
Возможное исчерпание потенциала эволюции биосферы Земли-	создание форм жизни, основанных на расширенном генетическом коде.

Все эти проекты, по степени их практического осуществления можно разделить на:

1. Успешно реализованные и далее развиваемые.

Это, в основном, различные трансгенные растения и животные.

За последние 15 лет прошли полевые испытания 25 000 разных трансгенных культур, из которых: 40% - устойчивы к вирусам, 25 % - устойчивы к гербицидам, 25% - устойчивы к инсектицидам- посевы трансгенных гербицид-устойчивых растений (кукуруза, соя, хлопок) во всем мире составляют более 28 млн. га- с 1996 года в США на промышленной основе выращиваются трансгенные картофель, кукуруза и хлопок, поражающих вредных насекомых- в 2000 г рынок трансгенного зерна составил 3 млрд. долларов, в 2010 г должен составить 25 млрд. долл.

Основные опасения, связанные с трансгенными растениями, таковы: 1) чужеродные гены будут передаваться в нетрансгенные растения за счет трансгенной пыльцы, 2) трансгенные растения, созданные, чтобы поражать только вредных насекомых (колорадского жука, например), станут убивать и не вредных (пчел, например), 3) трансгенные растения могут оказаться аллергенными или токсичными. Все эти вероятности специально исследуются и потом минимизируются.

Трансгенные животные успешно используются: 1) для научных исследований, 2) в сельском хозяйстве, 3) как источники органов для тансплантации (в результате активности особых человеческих генов, органы таких животных после трансплантации вызывают меньше вредных последствий), 3) как живые биореакторы для производства терапевтических белков, 4) для тестирования вакцин, 5) для тестирования токсичности, канцерогенности и мутагенности разных веществ.

Основные опасения, связанные с трансгенными животными, таковы: 1) в них могут содержатся физиологически активные вещества, попадение которых в пищу нежелательно (например, гормоны, стимулирующие рост, лактацию и др., ) 2) из-за активности трансгена в них может индуцироваться развитие нежелательных вирусов или синтез вредных веществ, 3) они могут "случайно" передать трансгены нетрансгенным сородичам. Все эти (и другие) нежелательные возможности должны быть изучены и, если они реальны, минимизированы.

Методы пренатальной молекулярной диагностики и генетической терапии применяются уже 20 лет. В 2000 г была успешно проведена работа по молекулярной диагностике человеческих эмбрионов вне организма, в частности- у супружеской пары, первый ребенок которой (девочка), страдал фатальным генетическим заболеванием (анемия Фанкони), был взят генетический материал и путем оплодотворения “в пробирке” было получено семь различных эмбрионов, которые развивались до стадии 128 клеток- у каждого из эмбрионов было отобрано по одной клетке (что не опасно для эмбриона), в каждой из этих клеток была проведена проверка нормальности гена, мутация которого приводит к анемии Фанкони- на основе этой информации был выбран здоровый эмбрион мужского пола, который затем был имплантирован матери для дальнейшего развития. После рождения нормального малыша, кровь из его пуповины использовали для успешного лечения его старшей сестры.

Генная терапия - это комплекс лечебных мероприятий, основанных на введении трансгенов в больной организм. Функционируя в клетках, они могут оказывать лечебное воздействие за счет: 1) компенсации врожденного или приобретенного генетического дефекта, 2) снижения синтеза в организме "вредного" белка и, 3) подавления функции "больного" гена [5]. "Устройствами", или векторами, вносящими трансген в клетки организма, являются неопасные вирусы, в состав которых заранее встраивается нужный трансген. Заражая и развиваясь в организме векторный вирус активирует "лечебный" трансген.

Главные опасности генной терапии связаны с вирусной природой носителя трансгена.