Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей

Одно из возможных практических применений организмов с “минимальными” синтетическими хромосомами – создание эффективных производителей питательных веществ или биотоплива. Нехватка последнего остро ощущается с давних времен. “Во время Второй мировой войны Германия использовала спирт в качестве топлива для ракет Фау-2”, – рассказывал в своих мемуарах генерал Вальтер Дорнбергер, руководивший ракетно-исследовательским центром в Пенемюнде. Фау-2 создавались под его административным руководством и техническим руководством знаменитого немецко-американского ученого и конструктора ракет Вернера фон Брауна. Алкоголя хватало для медицинских и пищевых целей, но никому даже в голову не приходило, что в промышленных масштабах имеющееся количество спирта ничтожно. Когда Гитлер настаивал на увеличении производства Фау-2, Дорнбергер отвечал: “У нас нет столько спирта”. Возможно, что именно для борьбы с вражескими мощностями по производству спирта, получаемого в значительном количестве из картофеля, Германия разрабатывала во время Второй мировой войны энтомологическое оружие – сбрасываемых с самолетов колорадских жуков (история слишком необычная, чтобы о ней умолчать, но есть вероятность, что это всего лишь легенда).

Современные попытки использовать растения для промышленного создания биотоплива имели определенные нежелательные эффекты, такие как рост цен на продовольствие. Проиллюстрировать эту проблему нам поможет отрывок из романа Томаса Майн Рида “Квартеронка". Еще сто пятьдесят лет назад автор предвидел не только появление биотоплива, но и последствия попыток его массового применения.

“К сожалению, должен сказать, что теперь уж нет надежды обогнать “Магнолию”. Мы с ней в неравном положении. Она бросает в топки копченые окорока, которые заготовила на этот случай, а я после того, как обещал вам не участвовать в гонках, не погрузил ни одного. Бессмысленно начинать гонку только на дровах…” – так описывал гонку двух пароходов Майн Рид. Положение отстающего парохода спасла пассажирка, которая везла груз окороков. “Окорока были куплены для моих людей на плантации, но они им пока не нужны”, – заявила дама. Реальность такова, что переход на выращивание технических культур для выработки биотоплива приводит к увеличению цен на продовольствие. Сцена с гонкой пароходов примечательна и своей концовкой: “Раздался треск, во все стороны посыпались доски, люди с пронзительными криками взлетели вверх, дым и пар застлали все кругом, и ужасный вопль сотен голосов раздался во мраке ночи”. Взорвался паровой котел.

Надежда на то, что производство биотоплива можно сделать эффективным и выгодным, возродилась вместе с созданием ГМ бактерий, обладающих искусственными метаболическими путями³³¹. Продукты жизнедеятельности таких бактерий можно использовать для создания биотоплива разного качества, в том числе пригодного для запуска ракет³³². Но и здесь возникает проблема налаживания эффективного промышленного производства.

Проблема при использовании многих существующих микроорганизмов заключается в недостаточной эффективности их метаболизма. У них слишком много лишних генов и слишком большие геномы, на воспроизводство которых уходит много энергии. Для того чтобы сделать по-настоящему эффективного производителя, было бы полезно создать “минимальный" организм, содержащий лишь самые важные гены. Впоследствии его можно было бы вооружать генами нужных метаболических путей в зависимости от того, что мы хотим производить.

Для таких целей команда ученых из Венгерской академии наук разработала упрощенную кишечную палочку, из генома которой удалены многие ненужные фрагменты ДНК. В одной из первых работ они смогли сократить количество генов на 9,3 %, уменьшить размер генома на 8,1 %, в том числе убрав из него 24 из 44 мобильных элементов (транспозонов)³³³. Устранение последних особенно полезно при создании стабильных штаммов бактерий-производителей, так как транспозоны могут, перескакивая из одного участка генома в другой, создавать лишние мутации, нарушая работу встроенных в бактерию генов. Позже ученым удалось избавиться и от многих других элементов генома кишечной палочки, уменьшив его размер аж на 15 %³³⁴. Полученные бактерии имели целый ряд преимуществ с точки зрения их последующего направленного генетического улучшения – например, в них было легче переносить новый генетический материал.

Еще одна ключевая публикация в области создания новых форм жизни вышла в 2014 году в журнале Nature. Ученые из Исследовательского института Скриппса показали, что можно менять не только нуклеотиды в геноме, но даже “алфавит” молекулы ДНК. В своей работе под названием “Полусинтетический организм с расширенным генетическим алфавитом”³³⁵ исследователи добавили к двум комплементарным парам нуклеотидов еще одну: в новой двойной спирали, которую получили ученые, нуклеотиды с названием dySICS стоят напротив нуклеотидов dNaM.