Что такое направленное редактирование геномов?

Правительства стран мира, в том числе в Швейцарии, в настоящее время рассматривают вопрос о том, как регулировать, если вообще это нужно, использование технологий редактирования геномов растений. Yuriko Nakao/Bloomberg via Getty Images

Вопрос о том, как накормить мир, становится все более актуальным. Ученые и политики ищут способы производить больше продуктов питания на планете, испытывающей растущее давление из-за негативных последствий изменения климата.

Русскоязычная версия и научная редакция: Игорь Петров.

Технологии редактирования геномов, такие как CRISPR-Cas9, предлагаются нам сегодня в качестве способа прокормить планету в условиях растущего влияния негативных последствий изменения климата. Некоторые эксперты утверждают, что эта технология просто ускоряет то, что уже происходит в природе или с помощью обычных методов селекции, и может помочь создать овощи и другие культуры, способные справиться с вредителями и последствиями изменения климата.

Другие говорят, что редактирование геномов представляет собой опасность для здоровья человека и окружающей среды и что эта технология может быть использована для производства продуктов с ГМО. Многие опасаются, что данные технологии приведут к тому, что большая часть мировой продовольственной системы окажется в руках крупного агробизнеса. Но о чем вообще идет речь?

1. Что такое направленное редактирование геномов и как эта технология применяется в сельскохозяйственном секторе экономики?

Редактирование геномов (также известное как «редактирование генов») подразумевает метод изменения ДНК живых организмов, таких как растения, животные и люди. Селекционеры уже много лет изменяют гены с целью выведения улучшенных сортов сельскохозяйственных растений, но последние технологические достижения позволили редактировать геномы организмов быстрее, дешевле и точнее.

Одним из инструментов для этого является CRISPR-Cas9 (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, и ассоциированный белок Cas9 / clustered regularly interspaced short palindromic repeats and associated protein 9). Открытый в 2012 году, этот инструмент действует подобно ножницам, разрезая ДНК в определенном месте, что позволяет очень точно изменять характеристики растения — от цвета и размера овощей или фруктов до их питательности и способности противостоять болезням и пестицидам.

Другие распространенные технологии для редактирования генома включают ZFNs (нуклеазы с «цинковыми пальцами», или zinc finger — небольшой структурный мотив белка, стабилизированный одним или двумя ионами цинка, связанными координационными связями с аминокислотными остатками в составе белка) и TALENs (нуклеазы с эффекторами, подобными активаторам транскрипции).

+ Глоссарий по редактированию геномов на русском языке можно найти по данной ссылкеВнешняя ссылка.

Сейчас ведутся споры о том, как классифицировать и маркировать редактирование генома, производимого с помощью таких инструментов, как CRISPR-Cas9. Европейский союз для обозначения технологий, способных изменять генетический материал организма и появившихся в основном после 2001 года, используетВнешняя ссылка термин «новые геномные технологии».

2. В чем разница между семенами с отредактированными геномом и генетически модифицированными семенами (ГМО)?

Традиционная селекция включает в себя такие стадии, как выявление, отбор и «скрещивание» растений в течение нескольких поколений для улучшения желаемых характеристик данной культуры. С годами этот процесс стал более эффективным благодаря использованию больших массивов цифровых данных и секвенированию генома.

Редактирование генома с помощью CRISPR-Cas9 имеет целый ряд особых применений. Данный инструмент можно использовать для вставки в разные виды растений ДНК одного и того же вида — например, дикого картофеля и культурного картофеля. Он также может монтировать ДНК одного организма, например, насекомого, в ген другого вида, например растения. В результате получается то, что принято называть генетически модифицированным организмом (ГМО).

Законодательство ЕС определяет ГМО как «организмы, в которых генетический материал (ДНК) был изменен способами, не встречающимися в естественной природе в результате спаривания или естественной рекомбинации». Однако ГМО, разработанные в 1990-х годах, использовали менее точные и «чистые» методы, нежели новые инструменты редактирования геномов, разработанные после 2001 года. Иными словами, разница только в качестве итогового результата, для наглядности можно сравнить мутный фильм на кассете в середине 90-х с фильмом в разрешении 4K в наши дни.

3. Почему применение техники редактирования геномов в сельском хозяйстве вызывает такие споры?

Основные дебаты ведутся по поводу потенциальных выгод и рисков как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Сторонники техники редактирования геномов, включая крупные семенные компании, утверждают, что данная технология просто ускоряет то, что уже происходит в природе или же то, что делалось и раньше просто с помощью традиционных методов селекции, и поэтому риски тут минимальны. Они также утверждают, что такие инструменты, как CRISPR-Cas9, являются более точными и «чистыми», чем более ранние методы генной инженерии, поэтому и риск того, что полезный ген будет уничтожен в процессе редактирования, стал сейчас гораздо меньше.

Критики утверждают, что редактирование геномов все равно способно создать целый ряд изменений в геномах растений, которые представляют риск для биоразнообразия, для воды и почвы, для здоровья человека и для производства «органических» продуктов питания. Многие обеспокоены тем, что такие культуры могут вытеснить естественные виды и создать ситуацию господства монокультур, разрушительно влияющих на экосистемы. Да и все риски еще не до конца изучены. Существуют также этические и социальные вопросы: когда и где следует использовать эту технологию, кто будет иметь приоритетный доступ к новым семенам.

4. На каком этапе находится процесс разработки правой базы регулирования данной сферы?

Нормативно-правовая база сейчас находится в текучем, изменчивом состоянии. Технологическое развитие и проблемы, связанные с изменением климата, побуждают некоторые страны менять свою политику в отношении генной инженерии. США и Канада пока решили не регулировать технику редактирования генома при условии, если данные генетические изменения могли быть произведены и традиционными методами.

Это означает, что на растения с геномной модификацией не распространяются протоколы безопасности ГМО и требования к соответствующей маркировке. Великобритания заняла аналогичную позицию в прошлом 2021 году. Некоторые страны, такие как Бразилия и Аргентина, рассматривают организмы, измененные геномным редактированием в качестве обычных растений, при условии, что они не содержат в себе чужеродную ДНК.

В Японии такие культуры должны быть зарегистрированы, но им не нужно проходить тестирование на безопасность или экологичность. В декабре 2020 года Токио дал «зеленый свет» на продажу отредактированных помидоров.

Китай строго ограничивает импорт и внутреннее производство генетически модифицированных культур, но до сих пор он никак не регулировал технику редактирования геномов. Правительство Китая инвестирует значительные средства в эту технологию для укрепления продовольственной безопасности страны, но до сих пор оно не сертифицировало ни одного продукта питания, подвергнутого генной модификации, для продажи на рынке.

Как сообщает ТАССВнешняя ссылка, два года назад российское правительство приняло программуВнешняя ссылка развития генетических технологий до 2027 года. К концу действия программы запланировано создание 30 видов (не менее четырех сельскохозяйственных культур из числа основных в России — пшеница, картофель, сахарная свёкла, ячмень и другие) генетически отредактированных животных и растений.

Швейцария до сих пор следовала примеру ЕС, который с 2001 года включил редактирование генома в свою «Директиву по ГМО». Данное решение было поддержано в 2018 году постановлением Европейского суда, который заявил, что редактирование геномов не имеет истории безопасного использования. В апреле 2021 года Европейская комиссия заняла более благоприятную позицию. В своем исследовании она рекомендовала адаптировать соответствующее законодательство «для отражения последних достижений научно-технического прогресса, в частности, в области новых геномных технологий».

В декабре прошлого 2021 года одна из палат швейцарского парламента проголосовала за исключение растений, подвергшихся редактированию генома, из моратория на разведение растений с ГМО. Тем не менее многие эксперты и политики призывают парламент перед принятием окончательного решения запастись куда большим, чем сейчас, числом доказательств гарантированной безопасности данной технологии.

5. Есть ли на рынке продукты питания, подвергшиеся геномному редактированию?

Пока что на мировом рынке присутствует лишь несколько продуктов питания, подвергнутых геномной модификации: это соя с более здоровым профилем жирных кислот, допущенная на рынок США и разработанная с использованием технологии TALENs, и выведенные с использованием технологии CRISPR томаты, продающиеся в Японии с сентября 2021 года, будучи обогащенными гамма-аминомасляной кислотой (принимает участие в нейромедиаторных и метаболических процессах в мозге).

Ученые работают сейчас над целым рядом сортов овощей и фруктов, включая особый вид шампиньона под названием «белый пуговичный гриб» (button mushroom), устойчивый к гниению, томаты без семян, устойчивое к гербицидам масло рапса вида «канола» («канадское масло пониженной кислотности»), особо крахмалистый картофель, какао, устойчивое к грибковым и вирусным заболеваниям, и более сладкую клубнику с более длительным сроком хранения.