Просто геном

В этом и заключается будущее редактирования генов. По сравнению с обычными методами разведения, включая естественный мутагенез, генезис с использованием рентгеновских лучей или химикатов и гибридизацией между различными видами растений (что наводняет геном тысячами новых генов) CRISPR и родственные ей технологии дают учёным уровень контроля над геномом, который не имеет аналогов. Возможности этой технологии для сельского хозяйства были подчеркнуты, когда в 2014 году учёные из китайской Академии наук использовали инструменты редактирования генов, в том числе CRISPR, для изменения шести копий гена Mlo в пшенице Triticum aestivum, одной из самых важных основных культур в мире. Растения, которые имели все шесть мутированных генов Mlo, были устойчивы к мучнистой росе, – фантастический результат, и, кроме того, исследователям не нужно было беспокоиться о вредных или нежелательных эффектах любых других мутаций, поскольку были отредактированы только гены Mlo. Независимо от того, являются ли желаемыми изменения генов (как в случае с геном Mlo), исправления генов, вставка генов или удаление генов, учёные могут изменять геном с беспрецедентной точностью и делать это практически с любым геномом и любой последовательностью ДНК.

Мучнистая роса является лишь одним из примеров сельскохозяйственных проблем, которые можно решить с помощью CRISPR. За несколько лет с момента своего создания технология CRISPR использовалась для редактирования генов в рисе, которые обеспечивают защиту этого растения от бактериальных болезней, снижающих урожайность; использовалась она и для придания кукурузе, соевым бобам и картофелю естественной устойчивости к гербицидам – химическим веществам, применяемым для уничтожения сорняков; также при помощи CRISPR были созданы грибы, которые не поддаются преждевременной порче и не темнеют.

Ученые использовали CRISPR для редактирования генома сладких апельсинов, а команда калифорнийских академиков и сейчас пытается применить эту технологию, чтобы спасти индустрию цитрусовых в США от бактериальной болезни растений, называемой хуанлун, – это китайское название переводится как «болезнь желтого дракона». Болезнь уже опустошила части Азии и теперь угрожает фруктовым садам во Флориде, Техасе и Калифорнии. Между тем в Южной Корее учёный Джин-Су Ким и его коллеги надеются, что редактирование генов в бананах может помочь спасти ценный сорт бананов Кавендиш, которому угрожает распространение разрушительного почвенного гриба от вымирания. Во многих других точках Земли исследователи манипулируют с возможностью введения целой бактериальной системы CRISPR, перепрограммированной для того, чтобы обеспечить сельскохозяйственные культуры совершенно новой противовирусной иммунной системой.

Особенно интригуют возможности использования генного редактирования с целью производства более здоровой пищи. Здесь можно привести два ярких примера. Первый пример касается соевых бобов, из которых получают около 50 миллионов тонн соевого масла в год. К сожалению, соевое масло содержит высокие уровни трансжиров, которые врачи связывают с повышением уровня холестерина и риском возникновения болезней сердца. Но недавно учёные-диетологи из компании Calyxt, что находится в Миннесоте, использовали технологию редактирования генов на основе нуклеаз TALEN для того, чтобы изменить два гена сои, создав семена с резко сниженным количеством вредных жирных кислот и общим содержанием жира, аналогичного его количеству в оливковом масле. Диетологи достигли этого простой генной манипуляцией, не вызывая никаких непреднамеренных мутаций и не вводя чужеродную ДНК в геном.

Другой пример генного редактирования с целью сделать пищу более здоровой касается картофеля – третьей по величине в мире культуры после пшеницы и риса. Длительное хранение этого продукта в холодильнике, необходимое для увеличения срока годности, может привести к вызванному холодом подслащиванию – явлению, при котором крахмалы превращаются в сахара, такие как глюкоза и фруктоза. Любой процесс приготовления пищи с использованием высокой температуры, необходимой для получения, например, картофеля фри или чипсов, превращает эти сахара в акриламид, – химическое вещество, которое представляет собой нейротоксин и потенциальный канцероген. В жареных или запечённых продуктах такой нейротоксин образовывается, как правило, при температурах выше 180 °С. Используя редактирование генов, исследователи решили: они инактивируют единственный ген, который продуцирует глюкозу и фруктозу. Результатом стало 70-процентное снижение уровня содержания акриламида в картофельных чипсах.