Генная инженерия простыми словами: что такое ГМО на самом деле

Генетически модифицированный организм, или ГМО, — это организм, генетический материал которого изменили с помощью методов генетической инженерии.

Изменить ДНК можно по-разному. Учёные могут добавить новую последовательность, выключить существующий ген, изменить его работу или отредактировать определённый участок. Иногда в организм переносят ген другого вида — например, ген бактерии в растение. Но это лишь один из возможных вариантов.

Не стоит путать несколько терминов:

• Генная инженерия — набор методов, с помощью которых учёные изменяют генетический материал.
• Редактирование генома — один из подходов, позволяющий целенаправленно менять определённые участки ДНК. Самый известный инструмент для этого — CRISPR-Cas9.
• ГМО — организм, генетический материал которого изменён с помощью методов генетической инженерии. При этом точное определение ГМО и правила обращения с такими организмами зависят от законодательства той или иной страны.

А чем это отличается от селекции

Селекция тоже меняет геном — просто другим способом. Например, чтобы получить сорт пшеницы с нужным признаком, селекционер скрещивает растения и выбирает потомство, в котором этот признак проявился. При скрещивании вместе с генами, связанными с нужным признаком, потомству передаётся множество других вариантов генов. Поэтому селекционеру приходится отбирать растения с подходящим сочетанием признаков.

Генная инженерия позволяет работать с выбранными генами или участками ДНК. Можно, например, добавить определённый ген или изменить работу уже существующего. Оба подхода используют биологические механизмы и могут приводить к дополнительным генетическим изменениям.

В начале 1970-х учёные научились создавать рекомбинантную ДНК — молекулы, в которых соединены фрагменты ДНК разного происхождения. В 1972 году Пол Берг и его коллеги получили одну из первых таких молекул, а в 1973 году Стэнли Коэн, Герберт Бойер и их коллеги показали, что рекомбинантную ДНК можно переносить в бактерии. Так учёные получили возможность целенаправленно работать с генами.

С тех пор инструменты сильно изменились. Сегодня исследователи умеют переносить генетический материал между организмами и редактировать отдельные участки генома.

Сначала определяют, какое свойство хотят получить. Например, растение должно быть устойчивым к определённому вредителю или вирусу. Затем выбирают ген или участок ДНК, который может дать нужный признак, и с помощью подходящей технологии изменяют генетический материал клеток.

После этого отбирают клетки с нужным изменением и выращивают из них организм. Учёные проверяют, действительно ли изменение произошло и как оно повлияло на свойства растения или животного. Для пищевых продуктов дополнительно изучают их состав и возможные риски: например, появление новых аллергенов, изменения питательной ценности или токсикологические свойства.

Какие ГМ-культуры выращивают чаще всего

В коммерческом сельском хозяйстве наиболее распространены ГМ-сорта сои, кукурузы, хлопчатника и рапса. Чаще всего растения делают устойчивыми к насекомым или определённым гербицидам.

Например, некоторые сорта кукурузы и хлопчатника производят белок бактерии Bacillus thuringiensis. Он действует на определённых насекомых-вредителей. Такие растения называют Bt-культурами.

Они могут уменьшать потребность в обработке посевов инсектицидами. Но это не означает, что химические средства защиты исчезают совсем: эффект зависит от культуры, вредителей и условий выращивания. Кроме того, при постоянном использовании одной технологии у вредителей может развиваться устойчивость.

Есть и растения, устойчивые к определённым гербицидам. Благодаря этому фермер может использовать такой препарат против сорняков, не повреждая саму культуру.

Эта технология иногда позволяет сократить механическую обработку почвы и тем самым уменьшить эрозию. Но говорить, что ГМ-культуры автоматически уменьшают использование гербицидов, нельзя: всё зависит от растения, препарата и агротехники.

Один из самых известных современных инструментов редактирования генома — CRISPR-Cas9. Упрощённо его можно представить как систему навигации и молекулярные ножницы. Направляющая РНК помогает системе найти нужную последовательность ДНК, а фермент Cas9 делает разрез в этом месте.

Дальше клетка ремонтирует повреждение. Cas9 делает разрез в нужном месте, после чего клетка пытается восстановить повреждённую ДНК. В зависимости от выбранного подхода это позволяет выключить ген, изменить последовательность или, если в систему добавлены дополнительные компоненты, вставить нужный фрагмент ДНК.

Одно из преимуществ CRISPR — относительно простая настройка по сравнению со многими более ранними системами редактирования генома. Чтобы направить систему на другой участок генома, достаточно изменить направляющую РНК. Это сделало многие эксперименты с редактированием генов быстрее и доступнее, чем раньше.

Иногда изменения происходят в других местах генома, где это не было запланировано — их называют off-target-эффектами (эффект с отклонением от цели). Поэтому при разработке медицинских методов редактирования их специально ищут и контролируют.

Один из самых известных примеров — человеческий инсулин. Его производят с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Такая технология используется в медицине уже несколько десятилетий.

Учёные могут генетически изменять клетки человека, чтобы использовать их для лечения заболеваний. В таком случае редактируют клетки, которые затем возвращают пациенту.

В 2023 году FDA одобрила Casgevy — первую терапию на основе CRISPR/Cas9. Она применяется при серповидноклеточной болезни и трансфузионно-зависимой β-талассемии. В 2026 году FDA расширила применение препарата на пациентов от двух лет. При такой терапии у пациента берут собственные кроветворные клетки, редактируют их вне организма, а затем возвращают обратно.

А можно ли редактировать эмбрионы человека

Технически учёные уже умеют редактировать генетический материал эмбриональных клеток в лабораторных исследованиях. Но это не означает, что технологию можно безопасно использовать для создания генетически отредактированных людей.

Особенно спорно наследуемое редактирование генома — изменение эмбриона или половых клеток так, чтобы оно могло передаваться следующим поколениям. Клиническое применение наследуемого редактирования генома человека сейчас не разрешено в большинстве юрисдикций и считается неприемлемым для клинической практики многими международными научными и медицинскими организациями.

Генетически модифицированный организм может содержать совершенно разные изменения и использоваться для разных целей. Поэтому безопасность оценивают для определённого продукта, а не для всех ГМО сразу. При такой оценке изучают состав продукта, питательные свойства, потенциальные аллергены, токсикологические характеристики и другие особенности.

Национальные академии наук США в обзоре данных о безопасности генетически модифицированных пищевых продуктов не обнаружили оснований считать, что сама технология генетической инженерии делает такие продукты опаснее традиционно выведенных. При этом академии подчёркивали необходимость оценивать безопасность каждого продукта отдельно.

Может ли ДНК из ГМ-продукта встроиться в ДНК человека

Употребление ГМ-пищи не приводит к тому, что изменённая ДНК встраивается в геном человека. На самом деле человек постоянно ест пищу, содержащую ДНК растений, животных, грибов и микроорганизмов. ДНК из пищи в процессе пищеварения в основном расщепляется на более мелкие фрагменты, а затем организм использует или выводит продукты их распада.

То, что ДНК растения была изменена в лаборатории, не делает её способной самостоятельно проникнуть в клетки человека и встроиться в их хромосомы.

При выращивании ГМ-культур нужно учитывать возможность распространения генов в природных популяциях. Если растение способно скрещиваться с родственными дикими видами, исследователи оценивают вероятность такого переноса и его возможные последствия.

Есть и проблема устойчивости вредителей. Если из года в год использовать одну и ту же защитную технологию, часть насекомых может приобрести устойчивость. Поэтому для замедления этого процесса применяют специальные агротехнические меры.

Отдельно оценивают воздействие культуры на окружающую среду и нецелевые организмы.

Одна из причин — само слово «модифицированный». Оно может создавать впечатление, что речь идёт о чём-то чуждом природе.

В природе встречаются токсичные вещества и аллергены, да и привычная селекция тоже способна сильно менять свойства растений.

Кроме того, в спорах о ГМО часто смешиваются разные темы: безопасность продуктов, использование пестицидов, влияние сельского хозяйства на природу, патенты на семена и экономические интересы производителей.

Если хочется разобраться в безопасности продукта, полезно посмотреть:

• какой организм исследовали;
• что именно изменили в его ДНК;
• какой признак получили;
• как изменение повлияло на состав продукта;
• какие исследования проводились перед допуском;
• как технологию используют на практике.

В России требования к продукции с ГМО регулируются в том числе нормами Евразийского экономического союза. Для пищевой продукции действует порог 0,9% для случайного или технически неизбежного присутствия ГМО. Если содержание не превышает этот уровень, отдельное указание наличия ГМО для такого случая не требуется.

В пределах установленного порога случайная или технически неизбежная примесь может не указываться на упаковке.

Генная инженерия давно вышла за пределы лабораторий. Её используют в сельском хозяйстве, производстве лекарств и медицине: создают устойчивые к вредителям культуры, получают человеческий инсулин и лечат некоторые заболевания с помощью CRISPR.

ГМО — не отдельный класс хороших или плохих организмов. За этими тремя буквами могут стоять очень разные технологии, организмы и задачи.