Люди діляться на два типи: перші вірять у те, що вживання генетично модифікованої їжі може призвести до генетичних змін у власному організмі, а другі — читають “Пульсар”. Думаю, що пояснення та розшифрування абревіатури “ГМО” буде настільки ж доречним, як штучний апендикс, тому перейду одразу до суті. Що корисного у цій статті? Принаймні, ви зможете надіслати її невігласам та не витрачати власний час на пояснення, що вживання ГМО не може змінити ваш власний геном. А як максимум — і самі пригадаєте, чому.
Генетична інженерія для чайників
Почнемо з того, що генетична інженерія - це лише інструмент у руках (частіше за все) біотехнологів. І інструмент цей потрібен для того, щоб покращувати вже існуючі характеристики організму або створювати нові. Усі ці явища можливі лише тоді, коли ̶б̶і̶о̶т̶е̶х̶н̶о̶л̶о̶г̶ ̶в̶и̶х̶о̶д̶и̶т̶ь̶ ̶о̶ ̶1̶2̶і̶й̶ ̶г̶о̶д̶и̶н̶і̶ ̶н̶о̶ч̶і̶ ̶н̶а̶ ̶п̶е̶р̶е̶х̶р̶е̶с̶т̶я̶ ̶т̶а̶ ̶п̶р̶и̶н̶о̶с̶и̶т̶ь̶ ̶у̶ ̶ж̶е̶р̶т̶в̶у̶ ̶к̶о̶л̶о̶н̶і̶ї̶ ̶E̶.̶c̶o̶l̶i̶ ми маємо справу саме з генетичним матеріалом. Ми можемо подіяти на організм мутагенами аби отримати потрібну мутацію, вирізати необхідний ген з іншого організму та перенести його за допомогою вектору (найчастіше — це бактеріальна плазміда) або взагалі вимкнути певний ген, якщо це потрібно. Але, перед тим як щось робити з клітиною чи лізти у її гени, треба визначити, що конкретно ми хочемо отримати від досліджуваного організму. Ми можемо покращити його продуктивність, зробити його стійким до дії певного фактору, тощо.
Кейс 1: “Золотий рис”
Вихідна проблема: дефіцит вітаміну А у країнах з низьким рівнем доходів.
Вихідні умови: більша половина населення Землі харчується рисом, а у його ендоспермі знаходиться дуже важлива нам сполука - гераніл-геранілдифосфат (GGPP).
Рішення: створити генетично модифікований рис з підвищеним вмістом вітаміну А у ендоспермі.
На чому реалізовано? Для того, щоб у ендоспермі знаходився про-вітамін А (або бета-каротин), необхідна фітоєнсинтаза, яка перетворює GGPP у фітоєн. Фітоєн повинен перетворитися спочатку на дзета-каротин, а потім на лікопен фітоєн-десатуразою. Лікопен, у свою чергу, перетворюється на альфа- і бета-каротин лікопен-циклазою.
Збираємо генетичний конструктор: для цього беремо ген psy від Narcissus pseudonarcissus, який кодує фітоєнсинтазу. На завершення додаємо до нього ген crt1 (фітоєн-десатураза) та ген Icy (лікопен-циклаза) від бактерії Erwinia uredovora. Вітаю! Новий генно модифікований організм “золотий рис” розблоковано!
Кейс 2: Модифікована кукурудза або LY038
Вихідна проблема: у кукурудзі знаходиться мало лізину - незамінної амінокислоти.
Вихідні умови: синтез лізину у клітині Zea mays блокується за приципом зворотнього інгібування дигідродипіколінат синтетази (фактично - лізин, як кінцевий продукт, є інгібітором власного синтезу).
Рішення: зробити так, аби дигідродипіколінат синтетаза був не чутливий до інгібуючої дії лізину
Збираємо генетичний конструктор: вирізаємо ген dapA з бактерії Corynebacterium glutamicum, який кодує нечутливу до дії лізину дигідродипіколінат синтазу, та вставляємо його у клітину кукурудзи.
Побічки? Так, тут є певні метаболічні поправки: через зміну ферменту разом з надсинтезом лізину, у великих кількостях синтезуються і проміжні метаболіти - сахаропін та аміноадипінова кислота. Проте, жодної загрози курочкам або людям, що вживають таку кукурудзу, цей побічний ефект не несе.
Генетичні страшилки
От ми плавно і перемістилися до найбільш “смачної” частини статті - власне, для цього, ви, скоріш за все, її читаєте. Бабусі з лавочок, інстагуру та кухонні філософи, які вірять, що ГМО несе за собою шкоду (у першу чергу - через зміну геному), нас зараз не читають. А дарма.
Давайте відкриємо підручник з біохімії та подивимося, яким чином метаболізуються нуклеїнові кислоти у ЖКТ. ДНК складається з нуклеотидів двох типів - пуринів (гуанін, аденозин) та піримідинів (тимін, цитозин). Як пурини, так і піримідини проходять ряд реакцій гідролізу з утворенням вільних нуклеотидів (ДНК “розпадається” на складові частинки). Кінцевий продукт пуринового обміну - сечова кислота, а пиримідінового - вуглекислий газ, аміак, сечовина та аміноізомасляна кислота.
Як відбувається зміна ДНК? По-перше, ДНК можуть змінити мутації. Вони утворюються спонтанно або внаслідок дії мутагену - наприклад, радіоактивного випромінювання. Внаслідок цього може “випасти” нуклеотид (це може призвести до зміни послідовності амінокислот, що кодує ген, а, отже, і до зміни конформації білку і так далі), нуклеотид може “додатися”, може змінитися порядок нуклеотидів (наприклад, внаслідок підміни одного нуклеотида на свого “хімічного родича”). Це так звані “точкові мутації” - вони стосуються конкретного гену та, зазвичай, не призводять до суттєвих змін у фенотипі. Частіше, ніж ні, система репарації хвацько позбавляється від таких оказій.
По-друге, зміна ДНК може відбуватися спрямовано: тут навіть не треба уявляти чувака у білому халаті, який вколює вам “генетичну вакцину”. Зміна вашого генетичного матеріалу відбувається щоразу, коли ви хворієте вірусною інфекцією. Так-так, вірус експлуатує клітину як фабрику виробництва вірусних часток, і внаслідок цього “уламки” вірусної генетичної інформації залишається з нами. Наприклад, завдяки ендогенному ретровірусу людини (HERV-W) у нас є ген ERVW-1, який кодує білок синцитин-1. Він утворює синцитіотрофобласт - зовнішню частину трофобласту, яка покриває поверхню плаценти. Таким чином, ген вірусу вбудувався в наш власний геном та почав брати участь у процесі утворення плаценти належить генам вірусу. Думаєте, наші предки вживали віруси у їжу, аби досягти такого ефекту?
А тепер задача з зірочкою: чи може вживання помідора, який розщеплюється до набору мононуклеотидів, змінити ваші гени, обдуривши усі можливі репараційні системи ДНК?
Переваги ГМО
Найбільш очевидна перевага — економічна. Завдяки вирощуванню генно-модифікованих рослин з гектару землі можна отримати більше врожаю. А це, у свою чергу, вирішує проблему зсуву рівноваги “кількість людей:кількість ресурсів планети”. Так, звісно, знайдуться люди, які будуть засуджувати методи генетичної інженерії з позиції релігії або власних етичних міркувань, але факт залишається фактом: ГМ-рослини — це неолітична революція на максималках.
Ложка дьогтю у бочці з медом
Звісно, ніщо не може бути ідеальним — так само з генетично-модифікованими харчами. Є певні застороги щодо того, що ГМ-рослини мають потенціал змінювати природні екосистеми. Вони можуть або витісняти дикі види-побратими з природних біоценозів, або взагалі вносити хаос у трофічні ланцюги всередині нього. Враховуючи те, що генетично змінені сорти рослин вирощуються окремо, то на даному етапі розвитку технології жодних епічних проблем з екологічними інвазіями не виникає.
Що у підсумку?
Звісно, скептицизм — це добре. Розглядати досягнення генетичної інженерії не лише з позитивного боку — правильно. Бо у кожної технології є свої слабкі місця. Але це не означає, що її потрібно заборонити та не використовувати, вважаючи, що людство буде поневоленими рослинами-мутантами з трьохметровими бактеріями на підхваті. Максимально неправильно: боятися чогось лише тому, що ти не знаєш або не розумієш, як це все працює. Сподіваюся, що ця стаття стала вашою відправною точкою до подальшого вивчення магічного світу молекулярної біології.
