Жорес Медведев
Населению Земли не хватает продовольствия. Традиционные методы скрещивания и отбора сельскохозяйственных растений и животных лишь ускоряли, разнообразили и направляли те процессы, которые постоянно происходили в природе в течение миллионов лет. До недавнего времени эти традиционные методы обеспечивали человечество необходимыми объемами продовольствия, хотя распределение его по континентам и странам было неравномерным.
В настоящее время продовольственные ресурсы Земли приблизились к максимуму своих возможностей, и в ближайшие годы рост населения планеты будет опережать рост сельхозроизводствпа. В 2004 году мировой урожай зерновых культур составлял 322 кг зерна на каждого человека - на 62 кг больше, чем в 1960 году. Но и этот рекодный урожай не искоренил голода. По отчетам ООН, в 2004 году от недоедания страдали 852 миллиона человек. Очаги голода и недоедания, в прошлом характерные только для стран Африки и Юго-Восточной Азии, распространились на новые страны, среди которых оказались Северная Корея, Монголия, Таджикистан, Армения и Грузия.
Начали сокращаться размеры посевных площадей, общий объем производства минеральных удобрений и продуктивность рек, озер, морей и океанов - три основных условия роста продовольственных ресурсов. За счет бурного роста городов уменьшилось сельское население. Из-за дефицита геологических источников топлива миллионы тонн сахарного тростника, кукурузы, картофеля, соевого и пальмового масла стали перерабатываться на жидкое "биотопливо" для автомобидьного транспорта.
В этих условиях возможности новых генетических биотехнологий, открытые лишь 30 лет назад, многими воспринимались с энтузиазмом. Генетическая инженерия обещала радикально улучшить биологическую ценность продовольственных культур.
Не все понимают, почему вокруг генетически модифицированных продуктов возникает столько споров. Многим кажется, что генетические инженеры делают ту же работу, что и традиционные гибритизаторы и селекционеры, только другими методами. В действительности это совсем не так. При обычной гибридизации скрещивания проводятся внутри видов: пшеницу скрещивают с пшеницей, рожь - с рожью. При трансгенной гибридизации природных ограничений нет. Пшеницу можно скрестить и с попугаем, и с треской, и с бактерией холеры, внедряя в их ДНК чужие гены путем молекулярных манипуляций, а не с помощью оплодотворения.
Биотехнологическая рекомбинация генов обходит природные лимиты эволюции. Создание новых форм растений и животных перестает принципиально отличаться от создания новой модели мобильного телефона. Можно менять генетические коды не только растений и животных, но и микробов. В геномы бактерий можно внедрять участки ДНК человека. Именно так в геном кишечной палочки Escherichia coli был "врезан" ген гормона инсулина, необходимого больным диабетом. В настоящее время 80% больных диабетом получают инъекции трансгенного инсулина. Его выделение и очистка обходятся дешевле, чем выделение инсулина из поджелудочных желез свиней по прежним технологиям.
Подробности многих интересных трансгенных рекомбинаций, вроде внедрения в геном помидоров генов белков-антифризов северных рыб, я не могу описать по той простой причине, что они глубоко засекречены. В генетической инженерии действует строгая система секретности, поскольку эта отрасль науки может работать на пользу человека, но может действовать и во вред. Немалое число биотехнологических компаний - это бывшие лаборатории, создававшие новые формы биологического оружия. Представьте себе, что бы произошло, если бы к той же кишечной палочке добавили не ген инсулина, а ген ботулина - сильнейшего биотоксина. Эта бактерия перешла бы в разряд биологического оружия массового уничтожения. Такое оружие страшнее атомного, так как его легче создать, но уже невозможно уничтожить.
Другой пример. В агробизнесе США доминирует кукуруза, устойчивая к высоким дозам гербицидов. Но если этот же ген сверхустойчивости к гербицидам перекочует к сорнякам, например к пырею, то это может стать катастрофой для сельского хозяйства. Это делает понятным возникновение организаций, протестующих против распространения трансгенных манипуляций.
В 1974 -75 годах, когда трансгенная технология была открыта в США, немалое число ученых предлагало ввести мораторий на исследования в этой области. Но джин был уже выпущен из бутылки. Был разгадан механизм, с помощью которого вирусные ДНК внедряются в геномы растений, животных и человека. К этому времени ученые уже умели выделять гены из разных клеток. Теперь появилась возможность внедрять эти гены, по отдельности или группами, в оплодотворенные яйцеклетки животных и растений, а также в микроорганизмы. Организмы, получившие новые гены (их стали называть трансгенными), приобретали новые возможности. Корова, например, получив ген человеческого молочного альбумина, могла давать молоко, в составе которого были не только коровьи, но и человеческие белки.
В эти годы ученые США начали полную расшифровку генома человека. Это был очень дорогой, многомиллиардный проект, в котором учавствовали сотни лабораторий и тысячи ученых. Открывались гены разных белков, устанавливалась генетическая природа разных болезней и аномалий. Делалась даже попытка открыть гены, определяющие продолжительность жизни.
В 1980 году Верховный Суд США принял решение о легальности патентования генов, и Конгресс США принял новый "Акт о патентах", разрешив ученым, лабораториям и биотехнологическим компаниям получать патенты на генетические компоненты, гены и трансгенные организмы. В прошлом на природные вещества и организмы эксклюзивные патенты не выдавались. У пенициллина, например, да и у многих других антибиотиков никогда не было "собственников". Ученые, открывшие их свойства, публиковали результаты своих изысканий в обычной научной прессе. Гены - это также природные образования, поэтому многие высказывали сомнения в легальности их патентования. Но американское законодательство решило иначе.
По закону, семенной материал переходил в категорию "интеллектуальной собственности". Процедура создания тех или иных трансгенных растений засекречивалась. Фермер мог приобретать такие семена для текущего посева у владельцев патента, но не имел легального права оставлять часть урожая "не семена" для следующего сезона. Эта практика противоречила тысячелетним традициям земледелия. Нарушения были нередки и рассматривались в сотнях судебных исков.
В результате американский агробизнес получил явное преимущество в испоьзовании трансгенных культур по сравнению с другими странами. К 1995 году Патентное бюро США выдало 112 патентов со сроком действия 17 лет на трансгенные микроорганизмы, растения и на трансгенных животных. Однако в последнее десятилетие создание трансгенных культур замедлилось - в основном из-за протестов "зеленых" и запретов в Европе. Главными противниками генетически модифицированных культур стали Греция, Польша, Дания, Португалия, Германия и Франция. А органическое сельское хозяйство, которое с недавних пор стало развиваться в Европе, полностью запрещает использование трансгенных культур.
Большинство трансгенных культур создавалось с целью повышения их устойчивости к пестицидам. К 1980 году широкое применение ядохимикатов привело к появлению (в результате изменчивости и отбора) устойчивых к ним сорняков, грибов и других паразитов. Для решения проблемы нужно было либо находить новые, более токсичные пестициды, либо увеличивать концентрации уже применяемых. Но высокие концентрации токсичных пестицидов повреждали и основную культуру. С помощью генетических модификаций удавалось производить более устойчивые к пестицидам растения, что позволяло бороться с сорняками и паразитами технологическим путем, без значительных затрат рабочей силы. Это было выгодно фермерам и производителям трансгенных семян, но не потребителям, которые получали те же по качеству продукты, но с риском наличия в них большей концентрации остаточных пестицидов. Страдали и окружающие флора и фауна.
К 1990 году в США, Канаде и Бразилии среди выращиваемых кукурузы, сои, хлопка и рапса почти половину составляли генетически модифицированные по устойчивости к пестицидам сорта. Но в Азии, Европе и в Африке, где в сельском хозяйстве доминируют мелкие фермеры, применение повышенных доз пестицидов не было популярным. Здесь фермеры обычно живут на территории своих наделов и не практикуют монокультуры, распространенные в США. Разнообразные севообороты со сменой культур на одном и том же поле в разные годы всегда были лучшей защитой от сорняков и вредителей. В Советском Союзе, а затем и в России урожаи от многих вредителей спасала суровая зима с глубоким промерзанием почвы.
Среди первого поколения генетически модифицированных культур появились овощи с более привлекательным цветом и формой и с очень большим сроками хранения. Все это не имело никакого отношения к нуждам бедных стран. К тому же успехи часто были временными. Например, хлопок, получивший бактериальный ген токсина, убивавшего особого хлопкового паразитического червя, продержался в культуре только два года. Очень скоро появились устойчивые формы паразита, и ущерб хлопковым плантациям снова стал крупной проблемой.
Другой неожиданностью оказалась неустойчивость "чужих" генов, вводимых в ДНК растения-хозяина. Гены устойчивости к гербицидам, внедренные в хромосомы рапса в 1996 году, в последующие годы мигрировали в другие растения, создав опасность появления устойчивости к гербицидам у сорняков. В этом случае приходилось менять территории посевов или состав гербицидов. Устойчивая к ржавчине (грибу, поражающему растения) трансгенная пшеница продержалась только четыре года и привела к появлению более агрессивных ржавчинных грибов. Бананы с новым геном, обеспечившим устойчивость к "панаскому" грибу, привели к отбору гриба-мутанта, который размножался быстрее прежнего. Соя, получившая гены устойчивости ко многим пестицидам, оказалась более чувствительной к вирусным болезням, которые снизили урожаи сои в Бразилии и США в 2005 году на 10-40%. Подобные примеры можно было бы продолжать.
С помощью трансгенных технологий предстояло решить наиболее важную задачу - искоренить голод на планете. С этой целью были созданы новые формы растений и животных.
Кукуруза - основной продукт питания для полутора миллиардов человек : жителей Африки, Южной и Центральной Америки и Мексики. В США кукуруза выращивается главным образом как кормовая культура и на экспорт. Главным недостатком кукурузы как пищевой и кормовой культуры является низкое содержание в ее белках незаминимой аминокислоты - триптофана. Содержание триптофана в белках зерен кукурузы в два раза ниже, чем в белках риса или сои. Поэтому белок кукурузы считается неполноценным.
Преобладание кукурузы в питании многих африканцев из-за белковой недостаточности приводит к широкому распространению среди них тяжелой болезни - пеллагры, вызванной дефицитом ниацина, или никотиновой кислоты. Этот витамин группы B образуется в организме именно из триптофана. Пеллагру, которая и в настоящее время встречается у миллионов людей, недополучающих белки, можно успешно лечитьне только ниацином, но и изменением рациона, вводя в него продукты, богатые триптофаном. В начале прошлого века в некоторых провинциях Испании, Италии и Франции население предпочитало кукурузу менее урожайной пшенице, в результате чего тамтоже встречалась пеллагра. В настоящее время это один из распространенных авитаминозов в бедных южных странах.
Первым крупным проектом биотехнологии по улучшению качества питания в бедных странах и искоренению пеллагры стала попытка создания трансгенной кукурузы с повышенным содержанием триптофана. В 1985 году в США был выдан патент на кукурузу, семена которй были богаты триптофаном. Сведения о способе создания этой культуры не публиковались в открытой печати. Было, однако, очевидно, что дополнительный триптофан не входил в состав белков кукурузы, а продуцировался введенным в хромосомы бактериальным геном ферментной системы синтеза триптофана. Но, к сожалению, этот дополнительный триптофан оказался токсичным. Потребление такой триптофан-богатой кукурузы вызывало боль в мышцах, слабость, увеличение лимфоцитов и другие симптомы, которые поначалу классифицировались как новая болезнь.
Впоследствии было доказано, что триптофан поступающий в организм человека не в составе белка (то есть не в комплексе с другими аминокислотами), а отдельно, попадает в другие циклы метаболизма. Триптофан - это самая сложная аминокислота, и он может быть токсичным, если его концентрация в крови превышает норму. Поступая в организм человека как свободная аминокислота, вне белка, медленно перевариваемого в пищеварительной системе, он оказался токсичным. "Чудо-кукуруза", просуществовав пять лет, была запрещена для культивации.
Соя, представленная множеством видов, - важный источник растительного масла и белка, пищевого и кормового. В питании людей она занимает четвертое место после риса, пшеницы и кукурузы. Основным производителем сои являются США, где ее сборы вдвое превышают урожаи пшеницы. на втором месте по производству сои находится Бразилия, на третьем - Китай. Это главный продукт для миллионов вегетарианцев.
Однако соевые белки дефицитны по метионину - незаменимой аминокислоте, необходимой для синтеза белков. Содержание метионина в белках сои составляет 1,5% - в два раза ниже, чем в животных белках. Это, безусловно, уменьшает пищевые и кормовые достоинства сои. Именно, поэтому возникла идея увеличения содержания метионина в белках сои путем генетической инженерии. В качестве "донора" было решено использовать белки бразильских орехов, которые содержат очень высокий процент метионина.
C 1987 несколько американских биотехнологических компаний решали задачу внедрения генов белков бразильских орехов в сою. Через семь лет совместными усилиями ученых была создана трансгенная форма сои, которая, помимо собственных белков, содержала один из белков бразильских орехов.
Это достижение воспринималось как крупный успех биотехнологии в создании культур с улучшенными питательными свойствами. Кормовое использование трансгенной сои не создавало никаких проблем. Однако пищевое использование трансгенной сои приводило к сильным аллергическим реакциям у 2% взрослых и у 8% детей. Аллергеном оказался именно белок бразильских орехов. Белки многих орехов являются аллергенами, поскольку часть из них имеет молекулы небольшого размера и может проникать в кровь без расщепления в пищеварительной системе. Это вызывает сильную иммунную реакцию на любой чужеродный белок.
Сильная аллергия может приводить к астме, дерматитам, расстройству пищеварения, а в редких случаях - и к летальному исходу. Поскольку компании, создавшие трансгенную сою, не могли контролировать распределение соевых бобов между кормовой и пищевой промышленностью, то метионин-обогащенная соя была полностью удалена с коммерческих рынков.
Помидоры, когда-то сезонные овощи, приобрели столь большую популярность, что потребитель желал видеть их на прилавках круглый год. В богатые страны помидоры везли отовсюду: по морю, суше и воздуху. В Лондоне продаются помидоры из Австралии, Южной Африки и Южной Америки. Традиционная селекция в последние 30 лет создавала новые сорта с расчетом на "транспортабельность" и сроки хранения. Это обеспечивалось толстой кожурой и ранней пегминтацией еще не зрелых плодов. В результате этого помидоры, попадавшие в магазины, утратили не только свой вкус, но и специфический аромат, образуемые примерно 20 различными веществами.
В 1989 году американская биотехнологическая компания "Калген" (Calgene) в результате пятилетней работы путем генетических манипуляций сумела добавить помидорам вкус и аромат их историческим предшественников. Это первый случай успешного создания нового продукта с более высокими качествами. Был получен знаменитый сорт "Flavr Savr", который, однако, много лет не поступал в продажу из-за жесточайшей конкуренции. Он появился в супермаркетах только в 1995 году после специального разрешения Сената США. Цена на эти помидоры значительно превашает другие массовые сорта.
Картофель, как известно, повреждается многими паразитами. В северных влажных странах главные потери картофеля вызываются грибом фитофторой. В южных странах и в США главные паразиты картофеля - почвенные нематоды, из-за которых иногда гибнет 20-30% урожая. Несколько лет назад был получен трансгенный сорт картофеля, устойчивый к нематодам и к колорадскому жуку. Это было достигнуто введением в картофельные клетки бактериального гена, образующего токсин, обозначенный символом Bt. Судя по испытаниям, этот токсин безвреден для человека. Не исключено, конечно, что через несколько лет могут появиться и устойчивые к этому токсину паразиты.
В течение последних 20 лет было создано около 30 форм трансгенных рыб для искусственного выращивания в прудах и морских запрудах. Рыбы растут медленно, поэтому основные усилия генетических инженеров были направлены на увеличение в геномах рыб (карпов, форели, лососевых и др.) дополнительных гормонов роста. Современные способы генетической инженерии позволяют выделять из животных отдельные гены, размножать их клонированием и снова внедрять в яйцеклетки уже клоны. Рыбы с увеличенным числом генов гормонов роста активнее питаются, и их рост ускоряется в 2-10 раз. За короткий срок они становятся гигантами.
Существует вероятность выхода таких рыб в открытые водоемы в результате повреждения запруд, например штормами. Однако считается, что это не опасно, так как трансгенные гиганты плохо приспособлены в природных водоемах, они погибают в условиях жесткой конкуренции.
С 1998 по 2004 годы Европейский Союз сохранял полный мораторий на ввоз в Европу семян, генетически модифицированных культур и на импорт и продажу продовольственных товаров, содержащих трансгенные компоненты. В европейских странах существовали биотехнологические компании для разработки новых методов лечения с использованием генетической инженерии, но не было компаний, разрабатывающих технологии получения трансгенных продуктов.
Во многих странах, включая Россию, Украину, Японию и Индию, не было моратория на импорт генетически иодифицированных продуктов. Однако существовало требование, чтобы наличие генетически модифицированных компонентов указывалось в ясной для покупателя форме. Коммерческие организации США такого условия не принимали, там генетически модифицированные продукты продаются без указания тех компонентов, которые в них содержаться.
Европейские запреты на импорт генетически модифицированных продуктов из США создавали большие финансовые потери для американских фермеров. Этот конфликт был серьезной проблемой для Всемирной торговой организации (ВТО) и противоречил ее уставу. Под давлением США и других стран Америки полный мораторий на импорт трансгенных семян в Европу был недавно отменен. В июне 2006 года Испания начала импорт генетически модифицированной кукурузы, которая в этой стране является в основном кормовой культурой. Однако и в Испании эти семена практически не высеиваются, так как фермеры требуют создания вокруг полей с трансгенной кукурузой "каратинных" зон радиусом 10-15 километров, чтобы не повредить переопылением свои местные сорта.
Европейское сопротивление генетически модифицированным культурам определяется иной структурой земледелия, изобилием ценных местных сортов, качества которых улучшалось столетиями. Большое значение имеют и традиции питания. Европейская кулинария, в отличие от США, тесно связана с сортами местных растений. Кухни европейских стран и даже отдельных провинций максимально разнообразны. Это разнообразие может поддерживаться традиционными гибридизацией и отбором, доступными любому фермеру. Трансгенные культуры унифицированы, так как создание любой из них требует больших временных затрат и вложения сотен миллионов долларов. Оправдание таких расходов может обеспечить крупный агробизнес, а не мелкие семейные фермы. Но главным в европейском сопротивлении является то, что страны ЕС в избытке обеспечивают свое население продовольствием и даже экспортируют его.
Традиционная гибридизация существует тысячи лет и, безусловно, сохранится как основной метод получения новых сортов. Генетическая инженерия пока только зарождается и создает в основном интересные проекты. Среди них есть очень важные, например создание "золотого риса", содержащего каротин - провитамин A, или безвредного малярийного комара, который не способен к переносу малярийного плазмодия, но сможет вытеснить смертельно опасного природного комара. Уже появились и трансгенные куры, несущие "антираковые" яйца.
Подобные проекты, если их удастся осуществить, могут спасти миллионы жизней. Но трансгенные технологии пока еще состоят из очень грубых манипуляций с генами и с ДНК. Они будут совершенствоваться еще много десятилетий, если не столетий. Природные мутации обычно меняют отдельные последовательности в ДНК в тех или иных генах. Трансгенные манипуляции добавляют сразу гены или группы генов и пока не способны внедрять их в нужные участки хромосом.
Реклама сильно опережает реальные успехи генетической инженерии. Но эта технология уже никуда не исчезнет. Планета Земля не обеспечивает слишком быстро растущие потребности увеличивающегося населения. Возникающий острый дефицит энергии люди надеются решить с помощью ядерной и термоядерной энергии, а возникающий дефицит продовольствия - с помощью новых форм растений и животных. Для людей будущего естественная природа может остаться только красивой декорацией.
В Северной и Южной Америке генетически модифицированные продукты, произведенные из трансгенных растений и животных, получили широкое распространение. В большинстве стран Европы их производство пока запрещено, поскольку оно вызывает серьезные опасения у медиков и экологов. Кто прав в этом международном споре?
Статья "Пища будущего, или риск для здоровья" опубликована в журнале "Будь здоров!", №10, 2006 год.
подписка на журнал "Будь Здоров!" в ближайшем отделении почты!
Посмотреть (от Google) карту"БУДЬ ЗДОРОВ!""60 ЛЕТ НЕ ВОЗРАСТ"©AR2008