Як нaукoвці мoдифікують гeнoм живиx істoт, і чoму ГМO нe варто боятися

Матеріал друкованого видання

№ 51 (527)

від 21 грудня, 2017

«Український тиждень»

29 листопада в науковому журналі Nature опубліковані результати дослідження щодо створення синтетичного мікроорганізму. Ще у 2014-му науковці модифікували бактерію кишкової палички Escherichia coli, у ДНК якої до чотирьох природних «букв» генетичного коду, нуклеотидів, додали ще дві, створені генетиками. Бактерії могли передавати їх через ділення своїм нащадкам, та для практичної користі потрібно, щоб вони могли синтезувати амінокислоти й білки. І от цього року мета досягнута. 4 млрд років еволюції живі організми використовували чотири нуклеотиди, але не минуло й 70 років із відкриття молекули ДНК, як генні інженери розширили генетичний «алфавіт» природи. 8 листопада в тому самому журналі було описано успішне лікування хлопчика, якому пересадили 80% шкіри, що була вирощена за допомогою генетично модифікованих клітин. Місяцем раніше у Верховній Раді України зареєстрували два законопроекти: № 7210 про обов’яз­кове маркування продуктів із генетично модифікованими організмами та № 7186 про посилення контролю за обігом ГМО. І це на додачу до законопроекту № 4968 про мораторій на будь-яке використання ГМ-продукції, окрім наукових цілей.

Нещодавно мені на очі потрапила етикетка біологічно активних добавок, на якій гордовито написано: «Містить ДНК». За словами виробника, «ДНК засвоюється передусім ушкодженими клітинами, активує механізми природного відновлення, підвищує життєвий тонус організму». А сама БАД «рекомендована як додаткове джерело ДНК». Із таким самим успіхом можна рекомендувати будь-який продукт рослинного чи тваринного походження. Не кажучи вже про абсолютно неправильне з погляду біології описання дії ДНК на клітини.

Генна терапія, тобто генетична модифікація клітин людей або тварин із метою лікування генетичних хвороб, успішно себе зарекомендувала у медичній практиці

Навряд чи виробники такі необізнані в біології (хоча хтозна). Найімовірніше, вони розраховують на слабкі знання покупців їхньої продукції. Ще менше, ніж етикетка «містить ДНК», може інформувати хіба «не містить ГМО». Адже в певному сенсі всі ми генетично модифіковані організми.

Опитування показують, що люди часто не розуміють ні що таке ГМО, ні що таке ДНК, хоча в шкільній програмі цій молекулі приділяється чимало часу. Візьмімо, наприклад, відоме опитування від Університету Оклахоми: 82% його учасників висловилися за маркування продуктів із ГМО, а 80% уже хотіли промаркувати й ДНК. І цим незнанням користуються законотворці в популістських цілях та задля лобіювання інтересів агропромислового бізнесу.

Молекула ДНК — основа передачі спадкової інформації будь-якого живого організму. Сумарну кількість усіх цих молекул у ньому називають геномом. В організмів із клітинними ядрами (до яких належать люди, тварини, рослини, гриби) геном складається з молекул ДНК — хромосом. Геном людей представлений 22 нестатевими хромосомами та двома статевими — Х та Y. Більшість клітин містить по парі нестатевих хромосом, пару X-хромосом, якщо йдеться про жінок, і по одній Х та Y, якщо про чоловіків. Кожна молекула ДНК — це два закручені по спіралі ланцюжки, що складаються з великої кількості нуклеотидів: аденіну (А), гуаніну (G), тиміну (T) й цитозину (C). Гени ж — це ділянки ДНК, що задають певний принцип кодування білків. Найчастіше приводиться аналогія кулінарної книжки. Книжка — це геном, а гени — то рецепти, які містять інструкції, як «готувати» білки.

Читайте також: Органіка – не хімія

У ДНК постійно виникають мутації. Наприклад, один із нуклеотидів може бути випадково замінений на інший. Мутації виникають і під дією зовнішніх чинників, як-от вплив радіації, хімічних речовин, так і самі собою, абсолютно випадково. Якби не постійні мутації, нас із вами не існувало б, адже вони двигун еволюції. У деякому сенсі всі ми генетично модифіковані організми, які вижили внаслідок суворого еволюційного відбору. Генні інженери просто роблять ці мутації керованими й змінюють гени так, як їм хочеться. Однак їхню діяльність суспільство сприймає з насторогою.

Завдання цих інженерів полягає в тому, щоб ізолювати ген, який їх цікавить, додати його в молекулу нуклеїнової кислоти (вектор), яка перенесе ген у ДНК модифікованого організму, і відібрати успішні результати модифікації. Усі інструменти генних інженерів були вже створені природою. Для того щоб розрізати ДНК у потрібному місці, вони використовують ферменти рестриктази. Найпопулярніші — EcoRI та EcoK — виділені з тієї ж кишкової палички. Ферменти лігази здатні «зшивати» частини ДНК. Деякі з них науковці запозичили у вірусів, наприклад, бактеріофага T4, який уражає кишкову паличку.

Читайте також: ГМОфобія

Інша технологія, що стрімко набирає популярності, — CRISPR/Cas9. CRISPR/Cas входить до системи імунітету майже всіх архей і багатьох бактерій. Вона складається із CRISPR-касети та генів cas. CRISPR-касета — це ділянка з майже паліндромних повторів із 24–48 пар нуклеотидів, що розділені спейсерами — унікальними послідовностями практично такої самої довжини. Спейсери такі самі, як і ділянки вірусів, що загрожують або колись загрожували бактеріям і археям. Вони ніби відбитки пальців злочинців, що збираються поліцейським відділком — системою імунітету. Гени cas відповідають за додавання нових спейсерів і реакцію на небезпеку. Заснований на CRISPR імунітет формується так: бактерія зустрічається з новим вірусом, білки, створені генами cas, розрізають вірусну ДНК і додають нові спейсери в CRISPR-касету, «базу даних поліцейського відділку». 

Науковці навчилися застосовувати цю схему для редагування генетичної інформації та лікування генетичних хвороб. Для цього створюються кільцеві молекули ДНК (плазміди), у яких є ген cas9 і направляюча РНК, що розпізнає ген, який спричиняє хворобу. Плазміди доставляють у клітини, РНК розпізнає дефектний ген, а cas9 його вирізає. Так як клітини людини складаються з 23 пар ДНК, то ро%