2.2.9. Что нас ждет в ближайшем будущем?

Выше приведены примеры сортов трансгенных растений, получивших официальное разрешение на использование в хозяйственной деятельности. В то же время научные исследования в этой области ведутся по целому ряду перспективных направлений. Уже получены интересные результаты, следовательно, в ближайшем будущем следует ожидать появления новых, невиданных сортов с новыми возможностями. Прежде всего, большое внимание уделяется повышению эффективности борьбы с болезнями растений. Упор при этом делается на создание устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных растений. Используются два подхода. Во-первых, выделены, клонированы и перенесены в генетический материал растений многочисленные гены, связанные со стимуляцией неспецифического (т.е. не направленного против определенного патогена) иммунитета растения. Для этого применяют гены ферментов амилаз, хитиназ, полифенолоксидаз, пероксидаз, а также фитоалексинов и лизозимов, лектинов и др. Второй подход основан на выделении и клонировании мощных генов устойчивости к болезням от диких видов. Так, американским ученым удалось перенести ген устойчивости к самому опасному заболеванию картофеля – фитофторозу, от дикого вида картофеля Solanum bulbocastanum к широко используемому, но не устойчивому к этому патогену сорту Катадин. Благодаря этой технологии появилась возможность существенно повысить фитофтороустойчивость многих проверенных сортов картофеля. В принципе, ценные гены от диких видов можно использовать и с помощью методов традиционной селекции. Но лишь генетическая инженерия позволяет улучшать отдельные сорта так целенаправленно, добавляя отдельные гены и не изменяя остальных характеристик сорта. Это особо актуально для таких высокогетерозиготных культур как картофель, для которого любое скрещивание в ходе традиционной селекции сопровождается полным изменением исходного генотипа.

Следующее важное направление генетической инженерии – селекция сортов, устойчивых к стрессовым факторам среды: засухе, жаре, холоду, повышенному засолению почвы. Поскольку все эти стрессы относятся к разряду осмотических, то и подходы по всем этим направлениям общие. Идет работа над выделением, клонированием и переносом в растения трансгенов, кодирующих образование различных осмопротекторов (ионов, протеинов, аминокислот, сахаров, полиаминов), генов, регулирующих содержание ненасыщенных жирных кислот в мембранах клеток и т.д. К слову, предполагается появление на рынке США устойчивой к засухе кукурузы уже в 2013 году, а в Африке к югу от Сахары – в 2017 г.

С помощью генетической инженерии можно повышать урожайность сельскохозяйственных растений, несмотря на то, что этот признак является полигенным, то есть он определяется активностью очень большого количества генов. Тем не менее, можно найти и применять отдельные гены, продукты которых позволяют существенно усилить процессы роста и, в итоге, повысить продуктивность растения. Так, встраивание в геном картофеля гена фитохрома В от арабидопсиса приводило к повышению интенсивности фотосинтеза и увеличению урожая клубней. По данным российских ученых из Иркутского университета, перенос в геном картофеля гена, кодирующего образование фермента УДФГ трансферазы созревающего зерна кукурузы, сопровождался усилением биосинтеза ростовых фитогормонов, что позволяло повысить урожай клубней в два раза, уровень сухих веществ в клубнях до 27% (у обычных менее 20%), аскорбиновой кислоты до 9%. Разрезанные клубни не темнели на воздухе. Всходы от таких клубней появлялись на 7-10 дней раньше, чем у обычных сортов. Применение этого же гена для генетической модификации томатов позволило достигнуть урожая плодов в теплице 32 кг с квадратного метра. А в сочетании с другими генами – даже 46 кг с квадратного метра (у немодифицированных растений урожай составил 20,7 кг с квадратного метра).

Интенсивное использование традиционных генно-инженерных подходов характерно для повышения качественных и потребительских свойств сельскохозяйственной продукции. Большой резонанс в обществе вызвала разработка швейцарских ученых, посвященная созданию так называемого «золотого» риса. Им удалось создать и перенести в растения риса генетическую конструкцию, содержащую сразу три гена от разных организмов, необходимых для биосинтеза каротина (провитамина А). Это гены фитоендесатуразы и ликопин β-циклазы от нарцисса и ген каротиндесатуразы от бактерий. В результате растения риса стали способными синтезировать каротин, концентрация которого в зерне достигала 1,6-2 микрограмм на грамм сырой массы. Конечно, этого недостаточно, чтобы в полной мере решить проблему ослабленного зрения детей Юго-Восточной Азии, которые испытывают недостаток в диете витамина А. Для этого детям 4-6 лет необходимо ежедневно съедать порядка 1,2 кг «золотого риса», что нереально. Тем не менее, первый шаг в этом направлении сделан, и полученные результаты действительно открывают широкие перспективы в решении названной проблемы.

Сама идея использовать трансгенные растения в качестве «биореакторов» для производства различных ценных для фармакопеи соединений, так называемых рекомбинантных протеинов, постоянно привлекает внимание ученых. Японским исследователям удалось получить растения картофеля и табака с встроенным геном человеческого интерферона альфа, который применяют для лечения человека от гепатита С и некоторых форм рака. Созданы растения табака с человеческим интерлейкином 10 (стимулятор иммунитета), растения арабидопсиса, синтезирующие витамин Е и т.д. Преимущества таких «биофабрик» очевидны. Можно производить ранее очень редкие и дорогие вещества в практически неограниченных количествах. При этом не стоит проблема их тщательной очистки как в случае с ГМ-микроорганизмами. Да и возможности растений по сравнению с микроорганизмами для биосинтеза специфических для высших организмов веществ намного шире, поскольку они к ним в эволюционном плане намного ближе. Отсутствуют риски переноса скрытых инфекций, характерные для традиционных методов производства некоторых препаратов путем выделения из трупного материала, из органов животных или донорской крови.

Большой интерес представляет использование трансгенных растений для получения съедобных вакцин для повышения устойчивости людей к опасным заболеваниям. Для этого предлагается достаточно простая схема. В генетический материал растения переносят небольшой фрагмент ДНК какого-либо патогена (чаще всего вируса). В результате в плодах такого трансгенного растения образуется определенный протеин, характерный для патогена (сам по себе он не может вызвать заболевание). При поедании этот протеин может достигать тонкого кишечника, где происходит его всасывание в кровь. Здесь он выступает в качестве чужеродного агента – антигена, к которому организм вырабатывает благодаря естественному механизму иммунитета соответствующие антитела. Теперь, в случае попадания в организм активных вирусных частиц их ждет уже созданная система обороны, которая способна их обезвреживать. Используя описанную стратегию, например, удалось получить растения бананов, поедание плодов которых индуцирует образование антител к вирусам папилломы, которые могут вызывать у людей некоторые формы рака.

Направления использования трансгенных растений могут быть совершенно неожиданными. Так, предлагается применять их для очистки почвы от загрязнений нефтью и тяжелыми металлами. Для этого в них встраивают соответствующие гены от микроорганизмов, способных утилизировать и деградировать эти вещества. В царстве микробов такие формы – не редкость. Самое удивительное, что растения табака с подобными свойствами уже получены. На очереди – создание ГМ-растений, которые можно использовать непосредственно в практической деятельности, например, различных древесных пород. Как указывалось выше, растения – удобная система для производства съедобных вакцин. Оказалось, что аналогичный подход можно использовать для получения вакцин, обладающих контрацептивным (противозачаточным) действием! Для этого в их геном достаточно встроить гены, кодирующие антигены половых клеток (сперматозоидов) или половых гормонов. Поле применения таких оральных контрацептивов очень широко. Например, предлагается их использовать для относительно дешевого и гуманного регулирования численности популяций некоторых диких животных.

Большой резонанс в обществе вызвало сообщение о выдаче патента США на технологию создания трансгенных сортов, образующих стерильные семена (март 1998 г., обладатель патента хлопковая компания D&PL). Семена таких сортов можно использовать для посева только один раз. На следующий год они не прорастают из-за включения специального механизма, действующего губительно на зародыш семени. Другая разновидность технологии защиты прав семеноводческих компаний предложена фирмой Novartis. Суть ее заключается в том, чтобы «выключить» трансген, кодирующий какой-либо ценный привнесенный качественный признак в последующих поколениях. Все это делается для того, чтобы вынудить производителей сельскохозяйственной продукции покупать семена ежегодно, а не использовать в течение нескольких лет семена собственного размножения. Многие так и поступают, понимая, что урожай и его качество во многом зависят от качества семян. Однако у многих фермеров описанные терминальные технологии вызывают почему-то чувство негодования. Вместе с тем, идея защиты прав семеноводов не является новой. Фактически производство и использование семян гибридов F1 служит тем же целям (в последующих поколениях урожай и качество продукции резко снижаются).