ГМО — это натурально, или Как растения сами преуспели в генетике
Тема ГМО в средствах массовой информации отошла на второй план, сейчас появилась новая страшилка — искусственный интеллект. Но тема осталась, периодически появляются новые «страшные подробности». Это заставляет производителей пищевой продукции, повышая свои рейтинги, писать на упаковках: «не содержит ГМО». Заодно рейтинг повышается.
Но с развитием науки и получением новых знаний это утверждение становится весьма и весьма спорным. Потому что генно-модифицированные организмы бывают и вполне естественного природного происхождения. А теперь подробности о том, что и как.
Что такое ГМО?
В самом широком смысле генно-модифицированный организм — это всё, что имеет чужеродные включения в генах. В смысле, наиболее тиражируемом в средствах массовой информации, — это живые организмы, гены которых были изменены искусственным образом в лабораториях, то есть, фактически генно-инженерные организмы.
Генно-инженерные организмы могут быть получены одним из трёх способов:
Первые два варианта совершенно естественные для природных процессов, при искусственном генетическом редактировании просто это всё упорядочивается и значительно ускоряется.
Селекционный отбор, который люди используют уже несколько тысячелетий, тоже основан на этих принципах. Изменения в растениях происходят в результате случайных мутаций или при переопылении, а люди уже отбирают и размножают дальше те формы, которые для них наиболее привлекательны.
Третий вариант, как правило, и является самой распространённой страшилкой: если в гены растения встроить гены, например, рыбы, то последствия будут совершенно жуткими.
Так вот, спешу разочаровать всех тех, кто в эти страшилки свято верит: плавники и чешуя ни у кого не отрастут. Если уж они при употреблении большого количества рыбы не отрастают, то что может крошечная вставка в растении?
Дополнительно стоит отметить, что создание даже одного генно-модифицированного растения — это довольно дорого и долго, обычно такие работы выполняются по заказам крупных корпораций. Ещё дольше — процедуры проверок и согласований при запуске в производство. Для тех, кому страшно, — в сети есть открытая база данных об одобрении ГМ-культур, там они перечислены и написано, что конкретно в каждом случае модифицировано и зачем.
Но самое интересное то, что с развитием генетики выясняется, что самые разные гены растения могут получать из других организмов совершенно самостоятельно.
Кто и как делится генами в природе?
Процедура доставки чужеродных генов в растения не выдумана учёными (хотя и модифицирована для выполнения конкретных задач), а позаимствована в природе. Этот механизм (точнее — несколько разных механизмов), как оказалось, существует давно и даже очень давно — с момента появления растений на суше. Водорослям выбраться на сушу и освоиться на ней помогли почвенные бактерии, «поделившись» своими генами устойчивости к засухе. Такой способ перемещения генетического материала называется горизонтальным переносом генов, и в природе он довольно распространён. Но открыт и описан всего лишь 65 лет назад.
Принято считать, что вертикальный перенос генов — это привычный механизм полового размножения, от предков к потомкам. А горизонтальный — между одновременно живущими организмами.
Вирусы, например, очень ловко умеют встраивать свои гены в самые разные растения. И это любой садовод знает, столкнувшись хоть раз с вирусным заболеванием. Вирусы поражают не только растения, конечно, но сайт у нас специфический, поэтому под обсуждение попадают только зелёные питомцы.
У бактерий способов горизонтального переноса генов предостаточно, они вообще склонны «делиться» генами. Таким образом они быстрее приспосабливаются к изменениям окружающей среды, «делясь», например, генами устойчивости. И у грибов есть такие механизмы, в том числе, патогенных. Поэтому они так быстро вырабатывают устойчивость к фунгицидам.
Особенно распространены способы обмена генетическим материалом у симбиотических организмов. Учитывая, что грибы, бактерии живут как внутри растений, так и снаружи, но в тесном взаимодействии, неудивительно, что гены одних организмов обнаруживаются у других. А уж про всяких паразитов и говорить не приходится.
Хорошим примером может служить батат. В растениях культурного батата обнаружены гены почвенных агробактерий. Эти агробактерии для других растений считаются патогенными, поскольку вызывают корончатую галловую болезнь и рост «волосатых» придаточных корней в местах заражения. Самим агробактериям растения нужны для кормления: внедрённые бактериями гены заставляют растения вырабатывать питательные для бактерий вещества.
Так вот, батату удалось каким-то образом с этими генами агробактерий ужиться — галлы не формируются и «волосатые» корни тоже. Параллельно выяснилось, что у диких родственников батата, не образующих корнеклубни, таких наборов генов агробактерий нет. Так что, может, клубни — это как раз результат внедрения чужеродных генов. Произошло это довольно давно, в качестве пищевого растения корнеклубни батата использовались в Южной Америке ещё 10 тыс. лет назад.
Натуральные ГМО-растения
Батат — не первое растение, в котором обнаружены гены агробактерий, первыми были представители рода Табак (Nicotiana), следующими — льнянки (Linaria), потом уже батат. Когда стало понятно, что конкретно нужно искать (гены, вызывающие выработку тех самых питательных для агробактерий веществ), обнаружение растений с генами агробактерий пошло заметно активнее.
Уже найдены вставочные агробактериальные гены в родах растений:
- васаби (Eutrema),
- арахис (Arachis),
- молочай (Euphorbia),
- хмель (Humulus),
- орех (Juglans),
- смолёвка (Silene),
- гвоздика (Dianthus),
- повилика (Cuscuta),
- голубика (Vaccinium),
- камелия (Camellia),
- эвкалипт (Eucalyptus),
- ладанное дерево (Boswellia sacra),
- тополь (Populus).
И ещё в разных малознакомых для нас тропических растениях. Всего несколько десятков. Но это пока. Заодно у одного из предков голубики высокорослой обнаружен встроенный ген симбионтного гриба.
Работа по выявлению вставок чужих генов не быстрая, потому что требует, во-первых, расшифрованного генома групп растений одного вида (желательно из разных местностей). Во-вторых, известных последовательностей генов грибов, бактерий, архей, вирусов и прочей мелочи, которая живёт в симбиозе с растением или в почве поблизости. Потом во всём этом надо покопаться, найти закономерности, установить статистическую достоверность (исследования на 2-3 растениях для науки — это несерьёзно).
Горизонтальный перенос генов на сегодняшний день обнаружен между грибами, бактериями, растениями и бактериями, растениями и грибами, бактериями и грибами, бактериями и водорослями, грибами и водорослями. Тесные контакты этому очень способствуют, обмен идёт активный. Думается с дальнейшим развитием генетики нас ждёт ещё много интересного.
Растения тоже обмениваются генами
С бактериями, грибами и вирусами, вроде, понятно: они обитают на поверхности или внутри растений и генами с растением, обмениваться, в принципе, могут. А межу разными растениями как?
Первыми попали под подозрения растения — паразиты. И да, действительно, тесный контакт между клетками растений очень способствует передаче генетического материала. Причём, в обе стороны, как к растению-паразиту, так и к растению — донору. Все проверенные паразитные растения обмениваются генами с растениями, к которыми они присосались.
Вполне предсказуемо обмен генетическим материалом между растениями происходит при прививке. То есть каждое привитое растение — генетически модифицированное искусственным образом. Учитывая, что подавляющее большинство плодовых- привитые, каждое яблоко и каждый апельсин можно считать генно-модифицированными. Но нам же это и в голову не приходит. И производителям соков, пишущих на упаковке: «без ГМО».
У папоротника орляка обнаружен интересный специфический ген фоторецептора, который папоротникам не родной и взяться ему, вроде бы, неоткуда. Но нужный. Потому как сильно способствует выживанию и даже процветанию в сильно затенённых местах.
Аналог гена обнаружился у роголистника, растущего в прибрежных зонах, в воде и под водой, откровенно тенелюбив и даже «светофоб». Как попали гены от роголистника к папоротнику, пока не ясно, но факт есть и требует изучения. Вполне вероятно, обнаружатся новые способы обмена генами.