Что нас ждет в ближайшем будущем - трансгенные растения?
Научные исследования в этой области ведутся по целому ряду перспективных направлений. Уже получены интересные результаты, значит, в ближайшем будущем следует ожидать появления новых, невиданных сортов с новыми возможностями. Прежде всего большое внимание уделяется повышению эффективности борьбы с болезнями растений. Упор делается на создание устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных растений. При этом используются два подхода. Во первых, выделены, клонированы и перенесены в генетический материал растений многочисленные гены, связанные со стимуляцией неспецифического (то есть не направленного против определенного патогена) иммунитета растения. Для этого применяют гены ферментов амилаз, хитиназ, полифенолоксидаз, пероксидаз, а также фитоалексинов и лизозимов, лектинов. Второй подход основан на выделении и клонировании мощных генов устойчивости к болезням от диких видов. Так, недавно американским ученым удалось перенести ген устойчивости к самому опасному заболеванию картофеля — фитофторозу от дикого вида картофеля Solarium bulbocastanum к широко используемому, но не устойчивому к этому патогену сорту Катадин. Благодаря этой технологии появилась возможность существенно повысить фитофторо устойчивость многих проверенных сортов картофеля. В принципе ценные гены от диких видов можно использовать и с помощью методов традиционной селекции. Но лишь генетическая инженерия позволяет целенаправленно улучшать сорта, добавляя отдельные гены и не изменяя остальных характеристик сорта. Это особо актуально для таких высокогетерозиготных культур, как картофель, для которого любое скрещивание в ходе традиционной селекции сопровождается полным изменением исходного генотипа.
Следующее важное направление генетической инженерии — селекция сортов, устойчивых к стрессовым факторам среды: засухе, жаре, холоду, повышенному засолению почвы. Поскольку все эти стрессы относятся к разряду осмотических, то и подходы по всем этим направлениям общие. Идет работа над выделением, клонированием и переносом в растения трансгенов, кодирующих образование различных осмопротекторов (ионов, протеинов, аминокислот, Сахаров, полиаминов), регулирующих содержание ненасыщенных жирных кислот в мембранах клеток и т.д.
Оказывается, с помощью генетической инженерии можно повышать и урожайность сельскохозяйственных растений, несмотря на то что этот признак является полигенным, то есть он определяется активностью очень большого количества генов.
Тем не менее можно найти и применять отдельные гены, продукты которых позволяют существенно усилить процессы роста и в итоге повысить продуктивность растения. Так, встраивание в геном картофеля гена фитохрома В от арабидопсиса приводило к повышению интенсивности фотосинтеза и увеличению урожая клубней. По данным российских ученых из Иркутского университета, перенос в геном картофеля гена, кодирующего образование фермента УДФГ трансферазы созревающего зерна кукурузы, сопровождался усилением биосинтеза ростовых фитогормонов, что позволяло повысить урожай клубней в два раза, уровень сухих веществ в клубнях до 27% (у обычных менее 20%), аскорбиновой кислоты до 9%. Разрезанные клубни не темнели на воздухе. Всходы от таких клубней появлялись на 7 — 10 дней раньше, чем у обычных сортов. Применение этого же гена для генетической модификации томатов позволило достигнуть урожая плодов в теплице до 32 килограммов, а в сочетании с другими генами — даже 46 до килограммов с квадратного метра (у ^модифицированных растений урожай составил 20,7 килограмма с квадратного метра).
Интенсивно используя традиционные генно-инженерные подходы, можно добиться повышения качественных и потребительских свойств сельскохозяйственной продукции. Ведутся работы и получены обнадеживающие результаты по созданию кофе без кофеина, табака без никотина, арахиса, не содержащего характерных для него аллергенов. Большой резонанс в обществе вызвала разработка швейцарских ученых, посвященная созданию так называемого «золотого» риса. Им удалось получить и перенести в растения риса генетическую конструкцию, содержащую сразу три гена от разных организмов, необходимых для биосинтеза каротина (провитамина А): гены фитоендеса-туразы и ликопин р-циклазы от нарцисса и ген каротиндесатуразы от бактерий. В результате растения риса приобрели способность синтезировать каротин, концентрация которого в зерне достигала 1,6 — 2 микрограммов на грамм сырой массы. Конечно, этого недостаточно, чтобы в полной мере решить проблему ослабленного зрения детей Юго-Восточной Азии, вызванную дефицитом витамина А в продуктах питания. Для этого детям 4 — 6 лет необходимо ежедневно съедать порядка 1,2 килограмма «золотого риса», что нереально. Тем не менее первый шаг в этом направлении сделан, и полученные результаты действительно открывают широкие перспективы в решении данной проблемы.
Идея использования трансгенных растений в качестве «биореакторов» для производства различных ценных фармацевтических соединений, так называемых рекомбинантных протеинов, постоянно привлекает внимание ученых. Японским исследователям удалось получить растения картофеля и табака с встроенным геном человеческого интерферона альфа, который применяют для лечения человека от гепатита С и некоторых форм рака. Созданы растения табака с человеческим интерлейкином 10 (стимулятор иммунитета), растения араби-допсиса, синтезирующие витамин Е. Преимущества таких «биофабрик» очевидны. Можно производить вещества, являвшиеся ранее очень редкими и дорогими, практически в неограниченных количествах. При этом не стоит проблема их тщательной очистки, как в случае с генетически модифицированными микроорганизмами. Да и возможности растений по сравнению с микроорганизмами для биосинтеза специфических для высших организмов веществ существенно шире, поскольку растения намного ближе к ним в эволюционном плане. Отсутствуют риски переноса скрытых инфекций, характерные для традиционных методов производства некоторых препаратов путем выделения из трупного материала, органов животных или донорской крови.
Большой интерес представляет использование трансгенных растений в целях получения съедобных вакцин для повышения устойчивости организма человека к опасным заболеваниям.
Для этого предлагается достаточно простая схема. В генетический материал растения переносят небольшой фрагмент ДНК какого-либо патогена (чаще всего вируса). В результате в плодах такого трансгенного растения образуется определенный протеин, характерный для патогена (сам по себе он не может вызвать заболевание). При поедании этот протеин может достигать тонкого кишечника, где происходит его всасывание в кровь. Здесь он выступает в качестве чужеродного агента — антигена, к которому организм вырабатывает благодаря естественному механизму иммунитета соответствующие антитела. Теперь в случае попадания в организм активных вирусных частиц их ждет уже созданная система обороны, которая способна их обезвреживать. Используя описанную стратегию, удалось, например, получить растения бананов, поедание плодов которых индуцирует образование антител к вирусам папилломы, которые могут вызывать у людей некоторые формы рака.
Направления использования трансгенных растений могут быть совершенно неожиданными. Так, предлагается применять их для очистки почвы от загрязнений нефтью и тяжелыми металлами. Для этого в них встраивают соответствующие гены от микроорганизмов, способных утилизировать и деградировать эти вещества. В царстве микробов такие формы — не редкость. Самое удивительное, что растения табака с подобными свойствами уже получены. На очереди — создание генетически модифицированных растений, которые можно использовать непосредственно в практической деятельности, например различных древесных пород. Как указывалось выше, растения — удобная система для производства съедобных вакцин. Оказалось, что аналогичный подход можно использовать для получения вакцин, обладающих контрацептивным (противозачаточным) действием! Для этого в их геном достаточно встроить гены, кодирующие антигены половых клеток (сперматозоидов) или половых гормонов. Поле применения таких оральных контрацептивов очень широко. Например, предлагается использовать их для относительно дешевого и гуманного регулирования численности популяций некоторых диких животных.
