Наука - Помидоры с зубами

Человечество уже распахало и засыпало удобрениями и пестицидами 37% суши Земли и продолжает каждый год отнимать у собственной биосферы 11 миллионов гектаров (еще 2 миллиона из уже распаханных съедает эрозия). Тем не менее, эффективность сельского хозяйства оставляет желать лучшего: половину урожая еще на корню съедают сорняки, насекомые и микроорганизмы, а из оставшегося половина пропадает при хранении. Только из-за болезней сельскохозяйственных растений человечество каждый год теряет 50 триллионов долларов. И это в то время, когда каждые несколько секунд (по разным источникам, от двух до пяти) от голода умирает один ребенок, а половина населения планеты в той или иной степени недоедает. Но изобретательности человека нет границ. Чтобы повысить урожаи, создают все новые сорта и гибриды растений (и новые ядохимикаты).

Можно ли считать обычными широко распространенные сельскохозяйственные культуры? Большинство культурных растений – результат искусственного отбора особей со свойствами, полезными человеку и бесполезными, а чаще – вредными самому растению: крестьяне тысячи лет оставляли на посев семена лучших (с точки зрения человека) растений – мутантов и гибридов.

Многие культурные растения – это межвидовые гибриды. Пшеница – результат многократного межвидового скрещивания разных диких злаков между собой и с уже окультуренными видами. Банан – гибрид двух несъедобных видов, стерильный и триплоидный: в его клетках содержится три копии каждой хромосомы, а не две, как у большинства растений, животных и высших грибов; многие сорта культурных растений – тетра- и более -плоидные мутанты. Рапс – потомок капусты и сурепки. Кукуруза – бывший малосъедобный злак теосинте (Euchlaena), который древние мексиканцы без всякой генной инженерии изуродовали так, что его нынешний потомок относится к другому даже не виду, а роду – кукурузе (Zea). Дикая уссурийская соя Glycine soja считается ближайшей родственницей культурной сои G. max – но это разные виды, не способные скрещиваться и давать плодовитое потомство. Садовая земляника (ее привычно, хотя и ошибочно, называют клубникой), табак, алыча – межвидовые гибриды. А культурные растения, которые формально относятся к тому же виду, что и их дикие предки, превратились (с точки зрения выживания в природных условиях) в отвратительных нежизнеспособных уродов.

Лет сто назад селекционеры стали заниматься отбором не наугад, а по законам генетики. Для создания новых, еще более урожайных и устойчивых к болезням монстров они стали плодить мутантов, полученных в результате действия на клетки растений ядовитых веществ (например, хорошим мутагеном оказался иприт) и радиации. Виды, не желающие заниматься противоестественным межвидовым опылением, стали скрещивать путем прямого слияния клеток. Такие «традиционные» методы скрещивания разных видов, сортов с разными свойствами и ударов мутагенами по хромосомам приводят к непредсказуемым последствиям: хромосомы при этом ломаются и перестраиваются наобум, вместе с желательным признаком у мутантного или гибридного растения порой проявляются вредные. Варварские методы воздействия на геном, которыми селекционеры пользовались сто лет назад и продолжают пользоваться и сейчас, противникам ГМО кажутся естественными, а «обычными» растениями они считают в том числе и отвратительных мутантных и гибридных карликов, которые вместе с химией и агротехникой стали основой «зеленой революции».

Обычную сахарную свеклу поливают герби-, инсекти- и прочими -цидами десять раз за сезон. Некоторые сорта бананов только фунгицидами обрабатывают 24 раза в год, каждые две недели. В сельском хозяйстве используется более десяти тысяч вредных для человека и природы пестицидов. Насекомые-вредители, растения-сорняки, бактерии, грибки, вирусы, нематоды и прочие виды, живущие в основном за наш с вами счет, приспосабливаются к этой химии с той же скоростью, с какой человек изобретает новые способы обороны и нападения в битве за урожай.

Отказаться от химикатов невозможно: без них значительная часть урожая погибнет. Зато их количество можно значительно снизить, выращивая трансгенные растения. Одна обработка поля, засеянного ГМО, устойчивым к гербициду, заменяет четыре обработки при выращивании обычных сортов. Выгода очевидна – и для природы, и для кармана, и для здоровья: по данным ВОЗ, пестицидами ежегодно отравляется почти полмиллиона человек, из них более пяти тысяч – смертельно.

В качестве трансгена (перенесенного гена) в первом поколении ГМО чаще всего используют полученный из обычной почвенной бактерии Bacillus thuringiensis ген Bt-токсина – белка, ядовитого для насекомых и абсолютно безопасного для млекопитающих, в том числе для человека. Наевшись трансгенной картошки, личинки колорадского жука погибают. Препараты из культуры B. thuringiensis и выделенного из нее белка применяют уже полвека – и как «экологически чистый» инсектицид на частных огородах, и для опыления миллионов гектаров лесов против непарного шелкопряда.

Для создания инсектицидных растений используют также ингибиторы протеаз – белки, подавляющие деятельность пищеварительных ферментов. Они содержатся во многих «обычных» растениях, в том числе в самых распространенных (особенно много их в бобовых). Когда после Первой мировой войны в Германию в качестве гуманитарной помощи завезли аргентинскую фасолевую муку, даже у немцев, привыкших за четыре года к суррогатам, продукты с ее добавкой подавляли действие пищеварительного фермента трипсина и вызывали диспепсию, дистрофию и другие нежелательные последствия. Правда, чтобы заметно нарушить усвоение белков, надо каждый день съедать большое количество недостаточно проваренных бобовых. А если варить фасоль или бобы 4 часа, ингибиторы протеаз полностью потеряют активность. В тех же бобовых в больших количествах содержатся лектины – белки, помогающие растениям защищаться от микробов. Но при создании ГМО их используют редко: некоторые лектины могут оказаться слишком токсичными для человека и животных.

Еще один популярный трансген – полученный из бактерий рода Streptomyces ген фермента фосфинотрицинацетилтрансферазы (попробуйте произнести это без запинки!), способного разрушать один из множества гербицидов – глюфосинат. Другие гены, встроенные в десятки сортов ГМО первого поколения, обеспечивают устойчивость к еще примерно десяти отдельным гербицидам.

Впрочем, к трансгенным сортам вредители и возбудители болезней тоже рано или поздно приспособятся, но способы борьбы с этим давно известны. Самый наглядный – когда на поле оставляют не обработанные химикатами или засеянные нетрансгенными сортами участки – пусть долгоносик подавится. На фотографии это обычно выглядит как темно-коричневые полосы (они называются убежищами) на золотом поле трансгенной кукурузы, синтезирующей Bt-токсин.

Весной 2005 года японские исследователи ухитрились вывести рис, устойчивый не к одному, а как минимум к четырнадцати разным гербицидам, заставив его синтезировать цитохром CYP2B6, полученный из хромосом самого ядоустойчивого в мире животного – Homo sapiens (то есть человека). Статьи об этом появились под душераздирающими названиями вроде «Ужасы генной модификации: ген человеческой печени добавляют в рис». Неужели грядет каннибализм? На самом деле цитохромы – это белки, которые участвуют в кислородном обмене любой живой клетки, и цитохромы человека, риса и какой-нибудь бациллы различаются только деталями строения молекулы. Зато устойчивость сразу ко многим пестицидам позволит обойти одну из основных проблем сельского хозяйства – появление устойчивых вредителей при многолетнем использовании одного и того же ядохимиката.

Трансгенные растения выращивают уже десять лет. В основном это соя, кукуруза, рапс (канола) и хлопок, хотя разрешены к применению и непортящиеся трансгенные помидоры и дыни, и устойчивая к вирусам папайя, и еще сотни полторы сортов. В 2004 году ГМО занимали 81 миллион гектаров, и эти цифры продолжают расти. Больше всего ГМО выращивают в США – это 40% от всех посадок кукурузы, 81% сои, 65% канолы (рапса) и 73% хлопка. Но как обстоят дела с безопасностью для здоровья человека?

Картошка – ядовитое растение, содержащее токсичные гликоалкалоиды соланин и хаконин. Особенно много токсинов содержат поврежденные или позеленевшие клубни. Если бы какой-нибудь Колумб решил выращивать картофель и кормить им европейцев сейчас, а не пятьсот лет назад, разрешения на это он бы ни за что не получил. Полмиллиарда человек регулярно и в больших количествах едят маниок, в котором содержатся – держитесь за стул – цианогенные гликозиды, от 20–40 мг до 0,5 г чистого цианида на килограмм! Блюда из маниока, приготовленные с отклонениями от выработанной методом проб и трагических ошибок технологии, могут легко привести к инвалидности.

Все культурные растения, от апельсинов до ячменя, могут вызывать аллергическую реакцию. Можно отказаться от цитрусовых, клубники или шоколада, но что делать при наследственном заболевании – целиакии, когда человек не переносит глютена, белка, который содержится во всех злаках, кроме риса, кукурузы и гречки? В тяжелых случаях от целиакии умирали еще 50 лет назад, пока аллергологи не выяснили причину этой болезни, а пищевики (буквально через пару лет) не научились производить дорогие, но безопасные для больных безглютеновые продукты. Легкая непереносимость белка злаков часто остается невыявленной – ее принимают за колит и другие заболевания кишечника. По осторожным оценкам, умеренной целиакией болеет один европеец из тысячи. У азиатов основной продукт питания – рис – часто вызывает диффузный нейродермит. У африканцев аллергенный арахис – один из основных источников белка.

Токсичные вещества в обычных растениях часто обеспечивают устойчивость к болезням и вредителям. При обычных методах скрещивания и селекции их содержание может увеличиваться, но законы, предписывающие специально проверять токсичность и аллергенность, приняты только для генетически модифицированных растений – и проверяют их очень внимательно. А безопасными трансгенные растения считаются, если влияют на организм человека не больше, чем их «обычные» родственники.

В некоторых отношениях ГМО даже лучше: на полях, засеянных инсектицидными растениями, гибнут только вредители, наевшиеся ядовитого для них белка, а остальные насекомые остаются в живых. И насекомоядных птиц на полях обычных растений, обработанных инсектицидами массового поражения, меньше – им там некого клевать.

Еще один распространенный миф – опасность появления «суперсорняков» – тоже высосан из пальца. Сорта, устойчивые к болезням и вредителям (в том числе за счет веществ, умеренно ядовитых для человека) тысячи лет выводили методами обычной селекции. Опасаться появления гибридов культурных растений с сорняками никому не приходило в голову именно потому, что в природе существует масса механизмов, препятствующих межвидовому скрещиванию. Гибриды между культурными растениями и сорняками, особенно если они относятся к родственным видам, возможны, но они обречены или на вымирание, или на вырождение в исходную дикую форму. Половина хромосом у такого гибрида (большая или меньшая половина, зависит от числа хромосом у родительских видов) будет нести гены культурного родителя. В том числе – несколько десятков или сотен генов, кодирующих признаки, полезные для человека, но вредные для выживания растения. А если когда-нибудь на поле трансгенной ржи вырастут устойчивые к глифосату васильки с синенькими цветочками, собранными в колоски – это будет всего лишь еще один из множества сорняков, а не катастрофа для сельского хозяйства. Еще одна надуманная проблема – влияние ГМО на разнообразие диких родственников культурных растений. Человек тысячи лет выращивал культурные растения, за это время гибриды диких и культурных растений прорастали множество раз – и столько же раз увядали, не дав потомства. Иногда они оказывались полезными для человека и давали начало новым сортам культурных растений, но в природе такие гибриды вряд ли выживут.

Возможности обычной селекции практически исчерпаны: все, что можно было достигнуть старыми методами повышения урожайности, уже достигнуто. Большей холодо-, жаро-, соле- и прочей устойчивости выжать из растений традиционными методами нельзя – а значит, приходится использовать под пашни остатки природных биоценозов.

С помощью ГМО человек может не только расширить свою кормовую базу, но и начать отдавать долги природе. Почти треть поверхности суши Земли занимают пустыни, в том числе образовавшиеся по вине наших предков. Трансгенные растения, устойчивые к засолению почв, сухости и жаре, смогут расширить границы ареалов не только своих видов и родов, но и вообще цветковых растений. Такие растения начнут рекультивацию полупустынь и пустынь – будут формировать оазисы, структурировать почву, снижать ее эрозию, способствовать задержанию в ней влаги и в конце концов создадут условия для роста обычных растений или других видов ГМО.

Но как же все-таки создают генетически модифицированные организмы? О технологиях получения трансгенных микробов, растений и животных, о генных пушках, вирусных и бактериальных средствах доставки генов в хромосомы, секретах перекодировки кодонов – в общем, о том, как работают генные инженеры, читайте в следующей статье.

Трансгены способны встроиться в хромосомы человека и животных. Продукты, содержащие ГМО, превратят ваших детей (а то и вас самих) в мутантов.
Это самая глупая из выдумок о ГМО. Каждый из нас в течение жизни съедает несколько десятков килограммов чужеродной ДНК из обычных продуктов, но не покрывается шерстью, не становится зеленым и не начинает фотосинтезировать.

Трансгены могут встроиться в ДНК кишечных бактерий и сделать их устойчивыми к антибиотикам.
В лабораторных условиях с большим трудом можно добиться того, чтобы гены из хромосом растений встроились в ДНК микроорганизмов. В естественных условиях этого никто не наблюдал, хотя теоретически такой перенос не исключен. Но гены для создания ГМО не доставляют с Марса – это обычные гены одних организмов, перенесенные в другие. Правда, в состав трансгенных вставок обычно входят маркерные гены устойчивости к устаревшим антибиотикам, но если такой ген встроится в хромосому одного из обитателей кишечника – ничего страшного. Микробы постоянно вырабатывают механизмы устойчивости к антибиотикам, и в этом смысле одна таблетка тетрациклина заменяет тонны трансгенных помидоров.

Противники ГМО борются за здоровье человека и сохранение биосферы.
ГМО угрожают не биосфере и здоровью потребителей, а доходам производителей ядохимикатов и фермеров, которым их правительства приплачивают за снижение продуктивности их полей. А для руководства «экологических» организаций кампания против ГМО – прежде всего лозунг в политической борьбе.

Ученые доказали, что...
Статьи о вреде ГМО в научных журналах можно сосчитать по пальцам. Самую цитируемую из них по недосмотру напечатал журнал «Ланцет» (и в следующем номере опубликовал ее резкую критику). Автор статьи, венгр Арпад Пуштаи, работавший в Великобритании, вставил в картошку заведомо ядовитый лектин из подснежника, две недели кормил этой картошкой зерноядных крыс (в обычный рацион которых картошка не входит!), а затем сделал вывод не о вреде картошки для крыс и этого конкретного лектина – для млекопитающих, а о вреде ГМО вообще. Это примерно то же самое, что накормить крыс пирожками с цианидом и затем сделать вывод о вреде всех кондитерских изделий. За это горе-исследователя уволили из института.

Первое поколение трансгенных растений – инсектицидные, устойчивые к вирусам, бактериям, грибкам и к действию гербицидов. ГМО второго поколения, с измененными потребительскими свойствами – дело ближайшего будущего. Уже разработана картошка с вдвое (до 3,5%) повышенным содержанием белка; растения, содержащие омега-полиненасыщенные жирные кислоты (витамин F), которые в природе содержатся только в рыбе; овощи, содержащие монеллин – белок африканского растения Dioscorephyllum cumminsii (он в 100 000 раз слаще сахара и не влияет на объем талии) и другие чудеса.