Монопольные тенденции в США

В 1970-х годах трансгенная технология позволяла ученым осуществлять многочисленные манипуляции с отдельными генами или группами генов. Геном растений и животных состоит из двойных спиралей ДНК, локализованных в хромосомах. При нагревании в растворах двойные спирали раскручиваются на однонитчатые ДНК, из которых можно «вырезать» отдельные фрагменты – гены. Эти гены можно копировать с помощью ДНК-полимераз. Такой процесс размножения генов, называемый амплификацией, осуществляется в настоящее время особыми приборами. Именно благодаря возможности амплификации ДНК ученым (а при расследовании преступлений – полиции) достаточно иметь ничтожное количество материала, иногда небольшое пятно крови или один волосок, чтобы установить генетический профиль человека. Вирусы имеют особые ферментативные системы, позволяющие им проникать внутрь клеток, внутрь хромосом, а затем встраиваться в ДНК клетки хозяина. Вирус, таким образом, становится частью генома. Он может долго не проявляться. Скрытые, латентные формы вирусных инфекций (герпеса, гепатитов, иммунодефицита и др.) могут длиться месяцы или даже годы, а иногда и всю жизнь. Однако вирусную частицу, размножаемую в культурах клеток, можно инактивировать и присоединить к ней полезный ген, например инсулина, гормона роста, альбумина молока и т. д. После этого такой ген можно внедрить в клетки, в которых этого гена не было. Таким образом получают трансгенный организм, обладающий новыми свойствами. Яйцеклетка коровы, в которую внедряется ген человеческого молочного альбумина, может привести к рождению теленка, который, став коровой, будет давать молоко не только с коровьим, но и человеческим альбумином.

В этот период в США были начаты работы по обширной программе «Геном человека», в которой участвовали сотни лабораторий. На ее финансирование правительство выделило несколько миллиардов долларов. Почти каждую неделю публиковались сообщения об открытии генов разных белков, иногда с аномалиями, объяснявшими природу некоторых генетических болезней и синдромов. Делались многочисленные попытки открытия гена или генов, определяющих продолжительность жизни у разных видов животных.

В условиях фактически монополии США на открытия, изоляцию и амплификацию генов возникла проблема собственности на гены. Имеет ли ученый, открывший и размноживший ген для синтеза гормона X, авторское право (copyright) на этот ген? Может ли он получить патент и собирать гонорары с тех лабораторий, институтов или клиник, которые используют его методику? В прошлом патенты на открываемые природные вещества не выдавались. На пенициллин и другие антибиотики нет патентов, хотя новые оригинальные технологии по их выделению из грибков можно запатентовать. В 1980 г. Верховный суд США, рассматривавший аргументы за и против, разрешил патентовать гены. Конгресс США принял новый «Акт о патентах», позволив ученым, лабораториям и биотехнологическим компаниям получать патенты на генетические компоненты, гены и трансгенные организмы. Эта «продукция» переходила в категорию «интеллектуальной собственности».

В соответствии с принятым законом семена трансгенных растений с новыми свойствами можно покупать только у тех компаний, которые являются их легальными собственниками. Фермер может, например, покупать семена трансгенной кукурузы, устойчивой к паразитам или к гербицидам, для текущего посева, но не имеет права оставлять часть своего урожая на семена для следующего сезона. В новом году он должен опять закупать семенной материал у компаний, нередко находящихся в сотнях километров от его полей. Такая практика противоречит тысячелетним традициям земледелия. Нарушения были нередкими и рассматривались в сотнях судебных исков. Практика обязательной покупки семян для новых посевов ограничила возможности использования трансгенных культур, особенно в тех странах, где преобладают мелкие семейные фермы, а это характерно не только для Азии и Африки, но и для многих стран Европы. Крупные фермы в США и весь комплекс агробизнеса в Америке получили безусловное преимущество в использовании трансгенных культур. К 2000 г. Патентное бюро США выдало сотни патентов на трансгенные растения и животных. Срок исключительного права был определен в 17 лет. Этими законодательными ограничениями и объясняется то, что к 2007 г. больее 90% всех сельскохозяйственных площадей, занятых трансгенными культурами, находились на американском континенте: в США, Аргентине, Бразилии и в Канаде [3].

Трансгенные культуры и проблема голода

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА БЕЛКОВ КУКУРУЗЫ

Кукуруза является основным продуктом питания для 1,5 млрд человек – жителей Южной и Центральной Америки, Мексики, Африки, засушливых районов Азии и горных районов Закавказья. В США кукуруза выращивается в основном как кормовая и техническая культура и на экспорт как продовольственная и кормовая. Из всех зерновых культур кукуруза наиболее урожайная. Однако белки кукурузы, основным из которых является зеин, бедны по двум незаменимым аминокислотам – триптофану и лизину. Содержание триптофана в белках кукурузы составляет лишь 0,7%, что почти в два раза меньше, чем в белках пшеницы, риса или сои. Содержание лизина в белках кукурузы (2,7%) ниже, чем в белках ржи (4,1%), и значительно ниже, чем в белках сои (6,9%). Поэтому белок кукурузы считается неполноценным. Преобладание кукурузы в питании населения приводило в прошлом к широкому распространению белковой недостаточности и тяжелой болезни пеллагры, связанной с дефицитом витамина ниацина (или никотиновой кислоты), который является производным обмена триптофана. Пеллагру, которая и в настоящее время диагностируется у миллионов людей, можно успешно лечить не только ниацином, но и полноценной белковой диетой. Эта болезнь была распространена в некоторых провинциях Испании, Италии и Франции, где в начале прошлого века население предпочитало кукурузу менее урожайной пшенице.

Одним из первых проектов по улучшению качества питания в бедных странах и искоренению пеллагры стал проект создания трансгенной кукурузы с повышенным содержанием триптофана. Уже в 1985 г. в США был выдан патент на кукурузу, зерна которой были богаты триптофаном. Детали методик создания этой кукурузы не публиковались. Было, однако, очевидно, что дополнительный триптофан не входил в состав белков кукурузы, а продуцировался бактериальными ферментами как свободная аминокислота. В геном кукурузы были введены бактериальные гены. Дополнительный триптофан, присутствовавший в зернах кукурузы не в составе белков, оказался токсичным, так как его концентрация в крови не была сбалансирована другими аминокислотами. Потребление такой триптофан-богатой кукурузы вызывало боль в мышцах, слабость, увеличение лимфоцитов и другие симптомы, которые первоначально классифицировали как новую болезнь [4]. Триптофан-обогащенная кукуруза, просуществовав пять лет, была запрещена для культивации.

Таким же образом в течение многих лет пытались получить трансгенную кукурузу, зерна которой были бы обогащены лизином. При этом были учтены ошибки предыдущих опытов, и ученые пытались не просто добавить лизин в зерна кукурузы, а уменьшить содержание в зернах зеина, бедного триптофаном и лизином, и увеличить содержание других белков путем амплификации их генов. Первые успехи в этом проекте были достигнуты в 2006 г. [5]. Однако запатентованные трансгенные сорта кукурузы с увеличенным содержанием более полноценных белков пока используются в небольших объемах лишь для кормления скота.

ПОПЫТКА ОБОГАТИТЬ БЕЛКИ СОИ МЕТИОНИНОМ

Соя является важным источником растительного масла и пищевого и кормового белка. В балансе питания людей соя находится на четвертом месте после риса, пшеницы и кукурузы. Первое место в мире по производству сои занимают США, на втором месте – Бразилия, на третьем – Аргентина. Китай, где соя была введена в культуру около 5 тыс. лет назад, в настоящее время ее импортирует. Соя является главным белковым продуктом для миллионов вегетарианцев. Однако соевые белки дефицитны по метионину, незаменимой аминокислоте, необходимой не только для синтеза белков, но и биологически активных пептидов, например глютатиона. Содержание метионина в белках сои (1,5%) в два раза ниже, чем в животных белках. Это, безусловно, снижает пищевые и кормовые достоинства сои. Поэтому возник проект увеличения содержания метионина в белках сои путем генетической инженерии с использованием генов белков бразильских орехов, которые особенно богаты именно метионином (до 10%). Проект был запущен в 1987 г., и после семи лет совместной работы нескольких биотехнологических компаний появились трансгенные формы сои, которые помимо собственных белков образовывали один из альбуминов бразильского ореха [6]. Полученный результат был воспринят как крупный успех биотехнологии в создании культурных растений с улучшенными питательными свойствами. Использование трансгенной сои на корм скоту не создавало никаких проблем. Однако наличие сои с альбумином бразильского ореха в пищевых продуктах приводило к сильным аллергическим реакциям у 2% взрослых и 8% детей. Аллергеном оказался именно альбумин [7]. Белки многих орехов являются аллергенами. Это происходит потому, что из-за малых размеров молекул альбумина орехов небольшое количество такого белка может проникать через стенку кишечника в кровь без расщепления в пищеварительной системе. Это вызывает сильную иммунную реакцию, аналогичную реакции на любой чужеродный белок, или патоген. Сильная аллергия может привести к астме, экземе, дерматитам, расстройству пищеварения и, в редких случаях, к летальному исходу. Поскольку компании, создавшие трансгенную метионин-богатую сою, не могли контролировать распределение соевых бобов между производством кормов и пищевой промышленностью, то эту сою убрали из торговли. Однако идею обогащения белков сои метионином не оставили. С этой целью начались исследования по использованию генов белков семян подсолнечника, которые не являются аллергенами.

Генетически модифицированный помидор

Помидоры, в прошлом сезонные овощи, приобрели столь широкую популярность, что потребителю хотелось видеть их на полках магазинов круглый год. В богатые страны помидоры теперь везут отовсюду, и по морю, и по суше, и по воздуху. Именно поэтому традиционная селекция создавала новые сорта томатов с расчетом на их транспортабельность и длительные сроки хранения. Такие возможности давали толстая кожура и сбор незрелых плодов, которые нередко доводили до кондиции под действием газовых стимуляторов. В результате поставляемые в торговлю в массовом количестве помидоры утратили свой специфический «томатный» вкус и аромат, характерные для плодов, дозревающих на грядках.

В 1989 г. небольшая калифорнийская биотехнологическая компания «Калген» (Calgene) сумела в результате пятилетних исследований восстановить у коммерческих помидоров вкус и аромат их исторических предшественников. Это было сделано не добавлением новых генов, а, наоборот, удалением гена, который контролировал образование фермента, вызывавшего размягчение плода при созревании и покраснении [8]. Помидоры могли дозревать на кустах, не размягчаясь, что позволяло их машинную уборку и транспортировку, а также обеспечивало длительную «лежкость». Однако новый сорт помидора, знаменитый «Flavr Savr Tomato» (первый трансгенный овощ), долго не поступал в продажу из-за сопротивления конкурентов, которые были монополистами в производстве и продаже томатов и томатного сока.

«Флавр Савр» смог попасть на полки американских супермаркетов лишь в 1994 г., после того как американские сенаторы, убедившись в его преимуществах в ресторане здания Конгресса, вынесли специальное решение Сената. Но на эти помидоры были установлены более высокие цены, и к 2000 г. они практически исчезли из продажи, что в обзорах по биотехнологии объясняли как «коммерческую неудачу». В действительности же главный конкурент «Калгена», мировой биотехнологический монополист «Монсанто» (Monsanto Company), просто купил соперника. «Флавр Савр» остался историей, описанной не только в десятках статей, но даже в книгах.

Трансгенный картофель

Картофель, как известно, повреждается множеством болезней и паразитов. В северных странах с влажным климатом основной ущерб картофелю наносит грибок фитофтора. В странах с более сухим и теплым климатом, в том числе в США, основными паразитами картофеля являются почвенные нематоды и колорадские жуки. Только из-за нематод иногда гибнет до 20 – 30% урожая. Около десяти лет назад компания «Монсанто» получила патент на трансгенный картофель, устойчивый к нематодам и колорадскому жуку. Эта устойчивость была достигнута путем введения в геном картофеля генов бактериального токсина из Bacillus thuringiensis, микроба, который считается безвредным для человека и других млекопитающих. Тот же ген еще раньше вводился в геном кукурузы, где он выполнял ту же роль инсектицида. Этот ген обычно обозначается символом Bt. Содержащие его бактерии являются паразитами личинок различных насекомых. Их токсины белковой природы повреждают стенки кишечника гусениц, вызывая сепсис и смерть. Однако любители картофеля и крупные ресторанные сети быстрой еды избегали закупать картофель, содержащий бактериальный токсин, даже если он был безвреден для человека. Интересы фермеров и потребителей картофеля в этом случае не совпадали. Потребитель не убежден в полной безвредности любых ядов. В США Bt-картофель не вышел за пределы 5% от общей продажи картофеля, что было невыгодно фермерам. В 2003 г. он исчез из торговли.

Значительно больший успех выпал на долю технического картофеля, который выращивается для производства амилопектина и используется в производстве глянцевой бумаги, а также как кормовой продукт. Этот картофель, названный Amflora, был выведен крупной немецкой биотехнологической компанией BASF сравнительно недавно. В его клубнях образуется амилопектин, одна из разновидностей крахмала, более устойчивая к действию амилазы. Несмотря на протесты, этот картофель высевается в Германии, а с 2010 г. и в Швеции. Выращивание трансгенного картофеля Amflora, в порядке исключения, было одобрено Европейской Комиссией [9].

Трансгенные кукуруза и хлопок

В США и в других американских странах гены Bt, обеспечиваю щ ие образ ование бактериального токс ин а-инсекти цида, вводятся в настоящее время в кукурузу, предназначенную для кормовых и технических целей. Эти же гены вводятся и в семена хлопка и сои. Однако введение этих генов в растения сладкой кукурузы, предназначенной для питания и производства корнфлекса и попкорна, вызвало негативную реакцию потребителей. Аргументы в пользу введения генов заключались в том, что наличие биологического природного инсектицида непосредственно в растениях избавляет фермеров от необходимости частых опрыскиваний культур синтетическими пестицидами, создающими больший риск для здоровья. Однако противники такой практики предсказывали, что постоянное присутствие в той или иной культуре бактериального токсина неизбежно приведет к приспособительным реакциям и к отбору в популяциях насекомых устойчивых форм. К 2007 г. устойчивые к Bt-токсину гусеницы действительно начали появляться. Опрыскивание пестицидами решает эту же проблему увеличением концентрации растворов или применением новых и разных пестицидов в течение одного сезона. Генетические модификации не дают такой возможности. Обнаружилось также, что Bt-токсин убивает не только насекомых паразитов картофеля или кукурузы, но и некоторых полезных насекомых, а также гусениц красивых бабочек, которые развиваются на растениях дикой флоры. Это было нарушением природного биоценоза.