- •Родоначальник
- •Ученики — мнимые и подлинные
- •Последователи
- •Днк крупным планом
- •Образец упаковки молекулярных структур в клетке
- •Главный секрет — упаковка
- •Порядок хаоса
- •Утраченные иллюзии и крепнущий оптимизм
- •Хронология «днк-логии»
- •Порядок хаоса
- •Утраченные иллюзии и крепнущий оптимизм
- •Хронология «днк-логии»
- •Главная цель - клетка
- •И что же это значит?
- •Расширяя понимание природы
- •Что сулит миру наукоемкое сельское хозяйство?
- •Чего ждать от биотехнологии
- •Устоим ли против невежественных фанатиков?
- •Заключение
- •Об авторе
- •Зачем нам трансгенные растения
- •Накануне больших перемен
- •Генная инженерия и биоразнообразие
- •Что сделано
- •Что дальше
- •Проблемы внедрения
- •Ответственность перед обществом
- •«Золотой миллиард» или «золотой» рис?
- •Экскурс в историю и клеточную биологию
- •Экскурс в медицину и социологию
- •Экскурс в футурологию и этику
- •О еде и окружающей среде
- •Колорадский жук предпочитает не Колорадо, а Россию
- •Соя и хлопчатник
- •О «безопасности» и «экологической чистоте»
- •Перенос переносу рознь
- •Природные механизмы гпг
- •Гпг: опасности мнимые и подлинные
- •Бактерии и антибиотики
- •От растений — к бактериям
- •Не перенесем ли «что-нибудь» за обедом?
- •Почему же растет устойчивость к антибиотикам?
- •Могут ли обмениваться свойствами далекие виды?
- •«Горизонтальный» перенос — механизм эволюции
- •Паразитирование как высшая форма адаптации
- •«Вседозволенность» вирусного переноса
- •Ограничения все-таки есть
- •«Горизонтальный» перенос в эволюции
- •Эффективное средство биотехнологии
- •Почему об этом надо знать
- •Как бактерия «обманывает» растения, а ученые — бактерию
- •Как это выглядит на практике j
- •Стимул — трудности
- •Пушки вместо бактерий
- •Три «поколения» трансгенных растений
- •Основные трансгенные культуры в 2003 г. (% от общей площади посевов)
- •«Золотой» рис — манна земная
- •Что родится в дискуссии?
- •Доводы «против»
- •Мнение специалистов
- •: Общая позиция
- •Зачем все это
- •Надо набраться терпения
- •Что ж, вернемся к основной теме разговора. Итак, в борьб с органическими загрязнителями мы можем рассчитывать на по мощь наших друзей-микробов. Как же все это выглядит на прагс тике?
- •Их тоже запахивают в почву?
- •В заключение — несколько слов о проблемах и перспекти- I вах этого направления, вселяющего надежду на то, мы победим за- I грязнения, а не они нас.
- •Биоремедиация
- •Биодеградация
- •Носители информации
- •Эволюция генетических систем деградации ксенобиотиков
- •Интродукция биодеструкторов
- •Новый этап
- •«Шоковая терапия» для генной терапии
- •Альтернатива смерти — лечение, связанное с риском
- •«Почему» и «как» современной генетики
- •Аргументы и факты
- •Вредны ли гм-продукты?
- •Пестициды и генная инженерия
- •Распространение измененных генов
- •«Притянутые» проблемы
- •Кредо — безграмотность
- •О чем не сказано
- •Об организации общественных кампаний
- •РРавда рРопагандистов рРироды
- •Невинный грех простоты
- •Ложь во спасение
- •Великая битва с химерами
- •Рождение дьявола
- •Опасна ли генная инженерия?
- •Есть или не есть?
- •Спасет ли мир биотехнология?
- •Табак без никотина
- •Листья превратим в цветы?
- •Светящийся от жажды
- •Вакцины из гм-растений
- •Витаминный салат с крысиными генами
- •Лучше поздно, чем никогда
- •Словарь специальных терминов*
- •Часть 1. Методическое пособие для учителя. — м., 2002. 88 с. Часть 2. Рабочая тетрадь. — м., 2002. 160 с. Ббк т4.200.50
«Горизонтальный» перенос в эволюции
На возможную эволюционную роль «горизонтального» переноса, своего рода «обмена» приспособлениями, выработанными далекими в филогенетическом отношении организмами, впервые указал английский биолог К. Уоддингтон в 1957 г. Спустя почти полвека мы все еще далеки от окончательного вердикта по этой проблеме, но, с учетом сказанного выше, нет оснований считать роль «горизонтального» переноса (при отдаленной гибридизации или вирусной трансдукции) особо значительной в макроэ^олюции. Впрочем, в некоторых группах растений и животных известная роль отдаленной гибридизации в макроэволюционных процессах уже продемонстрирована.
Что же касается вирусной трансдукции, то пока несомненно лишь то, что этот механизм допускает возможность «горизонтального» переноса между организмами, не скрещивающимися между собой при всех известных нам формах отдаленной гибридизации. Но не следует забывать, что передача фрагмента генома еще не означает изменение наследственной информации. Ведь купить книгу, поставить ее на полку и даже размножить — вовсе не равносильно ее прочтению, а тем более пониманию.
93
Общим указанием на то, что генетических «текстов» это тож| касается, стал сформулированный еще в 1926 г. С.С. Четверико-s вым принцип, гласящий: под покровом внешне однообразной адаЫ тивной нормы, или «дикого типа» вида, содержится огромное скрытое (почти не проявляющееся в фенотипе) генетическое разнообразие. К этому, как отмечалось выше, добавляется активное сопротивление организма всем чуждым для него воздействиям, будз то химический агент, проникший в его внутреннюю среду, или чу-j жой наследственный «текст», тоже имеющий химическую природу. Важно, что вероятность обнаружить в организме «чужака» прямо зависит от активности последнего. Чем он активнее, тем-труднее не заметить его присутствия.
Из общих соображений возможность обмена средствами приспособления в ходе макроэволюции ограничена универсальностью генетического кода и механизмов его матричного копирования и последующей трансляции, выраженной принципом «один ген — один фермент» (это, заметим, когда до трансляции дело уже дошло). Но уже для механизмов самосборки надмолекулярных функциональных систем клетки роль универсальности слабее. Чем сложнее («надмолекулярнее») система даже на химическом уровне (не говоря уж о физиологии и морфологии), тем вероятнее, что, даже если привнесенный «текст» будет транслирован, он приведет ее к разрушению.
Результаты возможного переноса наследственных «текстов» между далекими таксонами уже обнаружены как у бактерий, так и у эукариот. Но говорить об их роли в филогенезе можно будет не раньше, чем выяснится, с какими именно свойствами фенотипа адаптивных норм соответствующих видов эти предположительно перенесенные «тексты» связаны. Это особенно важно для эукариот с их огромными объемами «молчащих» наследственных «текстов», трансляция которых если и происходит, то практически не сказывается на надмолекулярном уровне.
Эффективное средство биотехнологии
Скепсис относительно роли «горизонтального» переноса в макроэволюции вовсе не означает, что этот природный механизм неприменим в генной инженерии. Ведь из того, что самородное железо редко встречается в земной коре, не следует запрет на использование железа в технике. Генная инженерия по сравнению со стихийной эволюцией обладает возможностью стратегического планирования, в тысячи раз повышая вероятность редких в природе событий. Например, вирусная пересадка генов резко ускоряет про-
94
! цессы, которые при традиционной селекции требовали многих лет работы, а часто были бы вовсе невозможны ввиду генетической несовместимости партнеров. Впрочем, по крайней мере у эукариот, проявление в фенотипе «пересаженного» гена сильно зависит от филогенетической близости (сходства механизмов индивидуального развития) донора и реципиента.
Но важные для людей эффекты (например, получение бактериальных культур, синтезирующих необходимый для больных диабетом инсулин) достижимы и в рамках природного предела: «один ген — один фермент».
Потенциальные возможности генной инженерии растений весьма велики, особенно в сочетании с традиционными методами селекции (а без них и в генной инженерии не обходятся). Но мы столько раз, особенно в XX в., испытали на себе негативные последствия технических достижений, что невольно начинаем «дуть на воду»: не несет ли генно-инженерный синтез невиданных форм жизни опасности для человека? Сам процесс создания таких организмов, особенно используемых в пищу, безусловно, гораздо менее опасен, чем химический синтез многих лекарств. Во-первых, потому что генная инженерия основана на природном явлении, благополучно протекавшем 3 млрд лет без нашего участия. Во-вторых, потому что обеспечить необходимую для употребления в пищу чистоту продуктов абиогенного синтеза — сложная химическая задача. В-третьих, жизнь, как известно со времен Л. Пастера, для построения белков и нуклеиновых кислот использует только левые изомеры аминокислот (мономеры белков) и правые изомеры нукле-отидов (мономеры нуклеиновых кислот). Противоположные изомеры вредны для всего живого. При абиогенном синтезе выход левых и правых изомеров одинаков. Их разделение в промышленных условиях требует немалых затрат. Все же, что делают для нас другие живые существа, в этом аспекте для нас безвредно.
Но не выйдут ли созданные нами формы жизни из-под нашего контроля, не начнут ли разрушать привычное нам живое окружение? Пока генная инженерия совершенствует отобранные в результате селекции сорта культурных растений, породы домашних животных и штаммы микроорганизмов, нет особых причин для беспокойства. Мы прежней селекцией уже настолько изменили их, что они не конкурентоспособны в природных условиях. Если мы наделим их еще некоторыми чертами, их жизнеспособность в дикой природе скорее упадет, чем возрастет. Опаснее эксперименты с дикими видами, представителей которых даже небольшие, но умело подобранные добавки (например, устойчивость к инфек-
95
циям) могут сделать эффективными конкурентами диких предков. Однако в естественных биоценозах и это маловероятно: они достаточно устойчивы, а взаимное приспособление их членов очень трудно превзойти, не слишком сильно меняя немногие параметры. Любые сильные изменения будут, безусловно, нежизнеспособны в природных условиях. Определенную опасность «новоделы» могут представлять лишь в сильно нарушенных биоценозах, которыми мы окружили себя. Здесь природные формы, ослабленные нарушениями типичной для них внешней среды, могут «проиграть» рукотворным конкурентам.
Но стоит ли задумываться об этом? Стоит. Во-первых, они могут оказаться эффективными сорняками, а нам и без них от сорняков спасу нет. Во-вторых, как только они закрепятся на заметной площади, начнется их естественная эволюция, которая чревата их проникновением в естественные сообщества. Вытесняя нетождественные им природные аналоги, они могут повлиять уже на естественные биоценозы (так, устойчивость к инфекциям может лишить вид важного естественного ограничения численности).
Впрочем, такие проблемы — тема отдельной публикации, а завершая эту, повторю: для совершенствования культурных форм нет научно обоснованных запретов.
Как это делается
Генная инженерия растений
Что это такое
Генную инженерию нельзя назвать новой наукой — это просто основанный на достижениях клеточной и молекулярной биологии новый метод в арсенале ученых. Он не только помогает создавать новые сорта растений, но и служит инструментом фундаментальных исследо-наний. Их результаты впоследствии используются в опытах по коммерческой трансформации (генной модификации) растений. Важным направлением генной инженерии остается разработка более эффек-i нвных способов трансформации.
Ставшая символом наших дней, ценная инженерия позволяет рас-тирить разнообразие свойств растений.'составляющих «палитру» се-
шкционеров. Сегодня уже более 120 видов (от плодово-ягодных и 1 чиповых до декоративных и древесных) модифицированы методами ' гкной инженерии, или молекулярной селекции. В отличие от обычной селекции, сложившейся исторически как технология эмпиричес-i ая, делающая ставку на счастливое (и в значительной мере случай-иск)) сочетание признаков родительских форм в потомстве,
юлекулярная селекция позволяет вводить конкретный ген, отве-i' твенный за тот или иной признак, в растение с конкретным геноти-
< 'М, что резко повышает качество и эффективность работы. Впрочем, иная инженерия не заменяет традиционную селекцию — она лишь жный этап селекционной работы.
/ 4248
97
Развитие биотехнологии в целом и генетической инженерии, в частности, основано на нескольких важнейших открытиях. В 1944 г. группе ученых под руководством О.Т. Эвери удалось ввести в клетки бактерий чужеродную ДНК и доказать, что она переносит наследственную информацию. В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон выяснили, как биологическая функция ДНК (воспроизводство, копирование и передача наследственной информации) обусловлена ее структурой. В 1972 г. П. Берг получил рекомби-нантную (искусственно собранную) молекулу ДНК. А уже в начале 1980-х годов в нескольких лабораториях одновременно создали генетически модифицированные (их еще называют трансгенными) растения.