Он вам не ГМО
Вчера мне попалась небольшая новостная статья в журнале “Вокруг Света” [1] от которой у меня знатно пригорело. Статья называется “Удача после 700 попыток: как в России создали первого в мире генно-отредактированного кролика”. К самим ученым, которые создали кролика, у меня особых вопросов нет, но вот подача этой истории стала поводом поговорить о довольно принципиальном для меня моменте.
На самом деле первого генетически-модифицированного кролика создали давно. Статья 1985 года в журнале Nature под названием “Создание трансгеннных кроликов, овец и свиней с помощью микроинъекций” имеет более полутора тысяч цитирований [2]. Тогда в геном животных встраивали химерную генетическую конструкцию, которая содержала ген гормона роста, к которому приделали регуляторную область от другого гена, кодирующего белок, отвечающий за защиту от токсичности металлов. Возникает вопрос: почему же тогда эти российские кролики первые?
Еще в подзаголовке статьи есть уточнение, что технология, по которой созданы новые кролики “принципиально отличается от создания ГМО”. Далее идет противопоставление, что вот есть ГМО (генетически модифицированные организмы), которые критикуются и содержат чужеродные гены, а это “генно-отредактированные организмы” (ГОО). И это другое. Здесь я приведу обширное цитирование из заметки, претендующее на объяснение разницы.
“Генно-отредактированный организм принципиально отличается от модифицированного трансгенного с точки зрения технологии изменений. Во втором случае в геном животного добавляют новый ген, который бы не мог появиться там сам в естественных условиях, например, при скрещивании. И плюс к этому, чтобы его доставить, используется участок вирусного генома. В организм попадают сразу два чужеродных генетических материала, так еще и встраиваются они в случайное место в геноме, что может нарушить слаженное взаимодействие других генетических конструкций в нем. По этим причинам у трансгенной технологии есть противники. А вот генное редактирование использует только родной генетический материал: в организм не вводят никаких чужеродных генов, а изменяют те, что уже есть, чтобы получить нужные результаты”.
Когда-то давно я размышлял на тему ребрендинга термина ГМО. Очевидно, что исходный термин оказался неудачным и вызывает у людей неприятные ассоциации. Можно придумать другое слово, тогда и противников будет поменьше. В качестве шутки я даже предлагал ввести термин БОНГи вместе с их обязательной маркировкой. БОНГ - это биологический организм с неизвестными генами. Ирония была в том, что как раз генные инженеры обычно знают какие гены и куда они встраивают, а вот при селекции или обычном скрещивании как раз получаются организмы с неведанными генетическими комбинациями, в детали которых обычно никто не вдается. Не может же природа создать ничего плохого (сарказм).
Но, если честно, идея с ребрендингом ГМО мне никогда не нравилась. Потому, что вместо того, чтобы бороться с надуманными фобиями и объяснять общественности молекулярную биологию с генетикой, мы как бы прогибаемся и говорим “да-да, вы правы, ГМО это плохо, но вот вам совершенно другая технология”. Есть в этом и элемент манипуляции и поощрения иррациональности. Именно поэтому у меня так пригорело от приведенного выше отрывка про разницу между ГМО и ГОО.
Во-первых, с помощью современных технологий генетического редактирования вроде CRISPR/Cas9 и не только мы умеем создавать трансгенные организмы, у которых вставка “чужеродного” гена будет находиться в строго определенном месте. Встраивать в случайное место генома совершенно не обязательно. Хотя и это никогда не было настолько большой проблемой: даже если бы вставка была в случайном месте, ничто не мешает узнать, где именно она произошла и отобрать те особи, где она ничего важного не поломала. Благо у млекопитающих важные гены составляют лишь малую часть генома.
Во-вторых, о добавлении нового “чужеродного” гена говорится как о чем-то особенно рискованном по сравнению с, например, редактированием или удалением какого-то уже имеющегося “родного” гена. Тут уместно напомнить читателям, что все известные генетические заболевания людей, начиная от серповидноклеточной анемии, гемофилии и муковисцидоза, заканчивая синдромом Вернера и прогерией, ведущими к преждевременному старению и сотни других, связаны с изменениями уже имевшихся “родных” генов (иногда целых хромосом), причем исключительно естественным путем (в том числе в результате скрещивания). Сказать, что мутация безопасна или “не нарушит слаженное взаимодействие других генетических конструкций” только потому, что аналогичная мутация может появиться сама - это абсурд с биологической точки зрения.
В-третьих, на генах нет, и никогда не было пометки, что этот ген кролика, а этот ген человека или паука. Организму плевать чужеродный ген это или родной. Все гены состоят из одинаковых нуклеотидов, которые мы обозначаем буквами “A”, “T”, “G” и “C”. И некоторые гены разных видов очень похожи, вплоть до полной идентичности. Удвоение или утрата некоторых “родных” генов может привести к куда большим последствиям, чем добавление некоторых чужеродных. А может не привести. Все зависит от конкретных генов. Именно поэтому вся эта классификация организмов на “естественные”, “трансгенные”, “генетически модифицированные” или “генно-отредактированные” не несет никакого биологического смысла. По факту мы все мутанты. И важен не способ или принцип генетических изменений, а конкретные мутации, которые произошли. Сказать, что организм выведен с помощью селекции, что он трансгенный, или что в нем менялись только “родные” для него гены, значит не сказать совершенно ничего ценного для того, кто планирует эти организмы съесть. Это пустая информация в отрыве от описания конкретных изменений, которые произошли.
В-четвертых, даже если принять терминологию, что генетически-отредактированные организмы “это другое”, никакая это не первая работа на кроликах. Например, в 2021 году была работа, где кроликам поломали их родной ген бета-глобина с помощью генетического редактирования (CRISPR/Cas9) и получили кроличью модель бета-талассемии [3]. В 2020 году тем же методом были получены кролики с врожденным иммунодефицитом [4]. Тут тоже менялись только “родные гены” и вообще воспроизводилась распространенная в природе, в том числе у людей, мутация с крайне неприятными последствиями. В 2019 году были созданы кролики, которым поломали два родных гена, связанных с липидным обменом и наблюдали, как у них развивается атеросклероз [5].
Есть и более ранние работы, например, 2014 года, где у кроликов вырезали сразу несколько “родных генов” [6]. Вы могли заметить паттерн, что работая с уже имеющимися генами, можно много чего поломать. А можно кое-что улучшить, например, в работе 2021 китайские ученые поломали еще один ген, связанный с липидным обменом, что привело к снижению воспаления и риска атеросклероза на жирной диете [7]. Собственно и в российской работе, по словам авторов, речь идет об удалении гена, регулирующего липидный обмен, с целью улучшения массы тела и вкусовых качеств мяса. Ну а на мышах вообще есть куча работ, где выключение тех или иных генов продлевало жизнь [8] или вот знаменитая работа про создание “мышей-качков” с поломанным геном миостатина - белком, ограничивающим рост мышечной массы [9].
Итак, важна не технология редактирования ДНК, а какие конкретно гены являются мишенями. Нет ничего априори плохого или хорошего в ГМО, “трансгенных организмах”, “генетически-отредактированных организмах” и так далее. Но по сравнению с классической селекций у всех методов генной инженерии все-таки есть одно преимущество: любые манипуляции с генами делаются осознанно, с пониманием функций редактируемых, доставляемых, или выключаемых генов. В то время как природа пользуется исключительно методом проб и ошибок, создавая кучу мутаций с непредсказуемыми последствиями.
С одной стороны я прекрасно понимаю позицию ученых, которые стараются отмежеваться от термина “ГМО”, чтобы их работы не получили общественного неодобрения. Мы знаем, что большинство людей, увы, пугаются, услышав страшное слово из трех букв, чем прекрасно пользуются маркетологи, продавая “натуральные продукты без ГМО” по завышенной цене. Но мне кажется, что решение должно лежать не в попытке переименоваться, а в честном донесении до широкой общественности, что ничего ужасного в новых технологиях изменения ДНК нет. Ну, или хотя бы не лить воду на мельницу таких страхов странными сравнениями.
И здесь пятая претензия к приведенному абзацу из обсуждаемой заметки. ГМО критикуют вовсе не потому, что “чужеродные гены” якобы могут что-то там поломать в слаженной работе генома. Давайте будем откровенны: просто большинство людей вообще не знают, что такое гены и мутации. На вопрос “верно ли, что обычные растения не содержат гены, а генетически модифицированные растения - содержат”, только 29% опрошенных в РФ отвечают правильно “нет”. А в США по данным департамента сельскохозяйственной экономики штата Оклахома 82.28% респондентов выступили за маркировку продуктов, созданных с помощью генной инженерии, но также 80.44% респондентов выступили за обязательную маркировку продуктов, содержащих ДНК. Со времен, когда я писал Сумму Биотехнологии, эти цифры могли устареть, но вряд ли сильно изменились. Есть и магическое мышление в критике ГМО в духе “я съем ГМО и сам генетически модифицируюсь”. Но сколько бы мы не ели генов картошки, ботва у нас из ушей не вырастает. Мой призыв довольно прост: давайте устранять невежество, а не “неправильные” слова.
Иллюстрация: Midjourney. "Кролик с геном гирлянды" (С) Никита Бухтий из комментариев.
[1] Белецкая Е. Удача после 700 попыток: как в России создали первого в мире генно-отредактированного кролика. Вокруг Света. 15 августа 2023.
[2] Hammer RE et al. Production of transgenic rabbits, sheep and pigs by microinjection. Nature. 1985 Jun 20-26;315(6021):680-3
[3] Yang Y et al. CRISPR/Cas9-mediated β-globin gene knockout in rabbits recapitulates human β-thalassemia. J Biol Chem. 2021
[4] Hashikawa, Y. et al. Generation of knockout rabbits with X-linked severe combined immunodeficiency (X-SCID) using CRISPR/Cas9. Sci Rep 10, 9957 (2020)
[5] Yuan, T., Zhong, Y., Wang, Y. et al. Generation of hyperlipidemic rabbit models using multiple sgRNAs targeted CRISPR/Cas9 gene editing system. Lipids Health Dis 18, 69 (2019)
[6] Yan Q et al. Generation of multi-gene knockout rabbits using the Cas9/gRNA system. Cell Regen. 2014 Sep 27;3(1):12
[7] Zha Y. CRISPR/Cas9-mediated knockout of APOC3 stabilizes plasma lipids and inhibits atherosclerosis in rabbits. Lipids Health Dis. 2021 Dec 18;20(1):180
[8] Bonkowski MS et al. Targeted disruption of growth hormone receptor interferes with the beneficial actions of calorie restriction. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 May 16;103(20):7901-5
[9] Lin J et al. Myostatin knockout in mice increases myogenesis and decreases adipogenesis. Biochem Biophys Res Commun. 2002 Mar 1;291(3):701-6
На самом деле первого генетически-модифицированного кролика создали давно. Статья 1985 года в журнале Nature под названием “Создание трансгеннных кроликов, овец и свиней с помощью микроинъекций” имеет более полутора тысяч цитирований [2]. Тогда в геном животных встраивали химерную генетическую конструкцию, которая содержала ген гормона роста, к которому приделали регуляторную область от другого гена, кодирующего белок, отвечающий за защиту от токсичности металлов. Возникает вопрос: почему же тогда эти российские кролики первые?
Еще в подзаголовке статьи есть уточнение, что технология, по которой созданы новые кролики “принципиально отличается от создания ГМО”. Далее идет противопоставление, что вот есть ГМО (генетически модифицированные организмы), которые критикуются и содержат чужеродные гены, а это “генно-отредактированные организмы” (ГОО). И это другое. Здесь я приведу обширное цитирование из заметки, претендующее на объяснение разницы.
“Генно-отредактированный организм принципиально отличается от модифицированного трансгенного с точки зрения технологии изменений. Во втором случае в геном животного добавляют новый ген, который бы не мог появиться там сам в естественных условиях, например, при скрещивании. И плюс к этому, чтобы его доставить, используется участок вирусного генома. В организм попадают сразу два чужеродных генетических материала, так еще и встраиваются они в случайное место в геноме, что может нарушить слаженное взаимодействие других генетических конструкций в нем. По этим причинам у трансгенной технологии есть противники. А вот генное редактирование использует только родной генетический материал: в организм не вводят никаких чужеродных генов, а изменяют те, что уже есть, чтобы получить нужные результаты”.
Когда-то давно я размышлял на тему ребрендинга термина ГМО. Очевидно, что исходный термин оказался неудачным и вызывает у людей неприятные ассоциации. Можно придумать другое слово, тогда и противников будет поменьше. В качестве шутки я даже предлагал ввести термин БОНГи вместе с их обязательной маркировкой. БОНГ - это биологический организм с неизвестными генами. Ирония была в том, что как раз генные инженеры обычно знают какие гены и куда они встраивают, а вот при селекции или обычном скрещивании как раз получаются организмы с неведанными генетическими комбинациями, в детали которых обычно никто не вдается. Не может же природа создать ничего плохого (сарказм).
Но, если честно, идея с ребрендингом ГМО мне никогда не нравилась. Потому, что вместо того, чтобы бороться с надуманными фобиями и объяснять общественности молекулярную биологию с генетикой, мы как бы прогибаемся и говорим “да-да, вы правы, ГМО это плохо, но вот вам совершенно другая технология”. Есть в этом и элемент манипуляции и поощрения иррациональности. Именно поэтому у меня так пригорело от приведенного выше отрывка про разницу между ГМО и ГОО.
Во-первых, с помощью современных технологий генетического редактирования вроде CRISPR/Cas9 и не только мы умеем создавать трансгенные организмы, у которых вставка “чужеродного” гена будет находиться в строго определенном месте. Встраивать в случайное место генома совершенно не обязательно. Хотя и это никогда не было настолько большой проблемой: даже если бы вставка была в случайном месте, ничто не мешает узнать, где именно она произошла и отобрать те особи, где она ничего важного не поломала. Благо у млекопитающих важные гены составляют лишь малую часть генома.
Во-вторых, о добавлении нового “чужеродного” гена говорится как о чем-то особенно рискованном по сравнению с, например, редактированием или удалением какого-то уже имеющегося “родного” гена. Тут уместно напомнить читателям, что все известные генетические заболевания людей, начиная от серповидноклеточной анемии, гемофилии и муковисцидоза, заканчивая синдромом Вернера и прогерией, ведущими к преждевременному старению и сотни других, связаны с изменениями уже имевшихся “родных” генов (иногда целых хромосом), причем исключительно естественным путем (в том числе в результате скрещивания). Сказать, что мутация безопасна или “не нарушит слаженное взаимодействие других генетических конструкций” только потому, что аналогичная мутация может появиться сама - это абсурд с биологической точки зрения.
В-третьих, на генах нет, и никогда не было пометки, что этот ген кролика, а этот ген человека или паука. Организму плевать чужеродный ген это или родной. Все гены состоят из одинаковых нуклеотидов, которые мы обозначаем буквами “A”, “T”, “G” и “C”. И некоторые гены разных видов очень похожи, вплоть до полной идентичности. Удвоение или утрата некоторых “родных” генов может привести к куда большим последствиям, чем добавление некоторых чужеродных. А может не привести. Все зависит от конкретных генов. Именно поэтому вся эта классификация организмов на “естественные”, “трансгенные”, “генетически модифицированные” или “генно-отредактированные” не несет никакого биологического смысла. По факту мы все мутанты. И важен не способ или принцип генетических изменений, а конкретные мутации, которые произошли. Сказать, что организм выведен с помощью селекции, что он трансгенный, или что в нем менялись только “родные” для него гены, значит не сказать совершенно ничего ценного для того, кто планирует эти организмы съесть. Это пустая информация в отрыве от описания конкретных изменений, которые произошли.
В-четвертых, даже если принять терминологию, что генетически-отредактированные организмы “это другое”, никакая это не первая работа на кроликах. Например, в 2021 году была работа, где кроликам поломали их родной ген бета-глобина с помощью генетического редактирования (CRISPR/Cas9) и получили кроличью модель бета-талассемии [3]. В 2020 году тем же методом были получены кролики с врожденным иммунодефицитом [4]. Тут тоже менялись только “родные гены” и вообще воспроизводилась распространенная в природе, в том числе у людей, мутация с крайне неприятными последствиями. В 2019 году были созданы кролики, которым поломали два родных гена, связанных с липидным обменом и наблюдали, как у них развивается атеросклероз [5].
Есть и более ранние работы, например, 2014 года, где у кроликов вырезали сразу несколько “родных генов” [6]. Вы могли заметить паттерн, что работая с уже имеющимися генами, можно много чего поломать. А можно кое-что улучшить, например, в работе 2021 китайские ученые поломали еще один ген, связанный с липидным обменом, что привело к снижению воспаления и риска атеросклероза на жирной диете [7]. Собственно и в российской работе, по словам авторов, речь идет об удалении гена, регулирующего липидный обмен, с целью улучшения массы тела и вкусовых качеств мяса. Ну а на мышах вообще есть куча работ, где выключение тех или иных генов продлевало жизнь [8] или вот знаменитая работа про создание “мышей-качков” с поломанным геном миостатина - белком, ограничивающим рост мышечной массы [9].
Итак, важна не технология редактирования ДНК, а какие конкретно гены являются мишенями. Нет ничего априори плохого или хорошего в ГМО, “трансгенных организмах”, “генетически-отредактированных организмах” и так далее. Но по сравнению с классической селекций у всех методов генной инженерии все-таки есть одно преимущество: любые манипуляции с генами делаются осознанно, с пониманием функций редактируемых, доставляемых, или выключаемых генов. В то время как природа пользуется исключительно методом проб и ошибок, создавая кучу мутаций с непредсказуемыми последствиями.
С одной стороны я прекрасно понимаю позицию ученых, которые стараются отмежеваться от термина “ГМО”, чтобы их работы не получили общественного неодобрения. Мы знаем, что большинство людей, увы, пугаются, услышав страшное слово из трех букв, чем прекрасно пользуются маркетологи, продавая “натуральные продукты без ГМО” по завышенной цене. Но мне кажется, что решение должно лежать не в попытке переименоваться, а в честном донесении до широкой общественности, что ничего ужасного в новых технологиях изменения ДНК нет. Ну, или хотя бы не лить воду на мельницу таких страхов странными сравнениями.
И здесь пятая претензия к приведенному абзацу из обсуждаемой заметки. ГМО критикуют вовсе не потому, что “чужеродные гены” якобы могут что-то там поломать в слаженной работе генома. Давайте будем откровенны: просто большинство людей вообще не знают, что такое гены и мутации. На вопрос “верно ли, что обычные растения не содержат гены, а генетически модифицированные растения - содержат”, только 29% опрошенных в РФ отвечают правильно “нет”. А в США по данным департамента сельскохозяйственной экономики штата Оклахома 82.28% респондентов выступили за маркировку продуктов, созданных с помощью генной инженерии, но также 80.44% респондентов выступили за обязательную маркировку продуктов, содержащих ДНК. Со времен, когда я писал Сумму Биотехнологии, эти цифры могли устареть, но вряд ли сильно изменились. Есть и магическое мышление в критике ГМО в духе “я съем ГМО и сам генетически модифицируюсь”. Но сколько бы мы не ели генов картошки, ботва у нас из ушей не вырастает. Мой призыв довольно прост: давайте устранять невежество, а не “неправильные” слова.
Иллюстрация: Midjourney. "Кролик с геном гирлянды" (С) Никита Бухтий из комментариев.
[1] Белецкая Е. Удача после 700 попыток: как в России создали первого в мире генно-отредактированного кролика. Вокруг Света. 15 августа 2023.
[2] Hammer RE et al. Production of transgenic rabbits, sheep and pigs by microinjection. Nature. 1985 Jun 20-26;315(6021):680-3
[3] Yang Y et al. CRISPR/Cas9-mediated β-globin gene knockout in rabbits recapitulates human β-thalassemia. J Biol Chem. 2021
[4] Hashikawa, Y. et al. Generation of knockout rabbits with X-linked severe combined immunodeficiency (X-SCID) using CRISPR/Cas9. Sci Rep 10, 9957 (2020)
[5] Yuan, T., Zhong, Y., Wang, Y. et al. Generation of hyperlipidemic rabbit models using multiple sgRNAs targeted CRISPR/Cas9 gene editing system. Lipids Health Dis 18, 69 (2019)
[6] Yan Q et al. Generation of multi-gene knockout rabbits using the Cas9/gRNA system. Cell Regen. 2014 Sep 27;3(1):12
[7] Zha Y. CRISPR/Cas9-mediated knockout of APOC3 stabilizes plasma lipids and inhibits atherosclerosis in rabbits. Lipids Health Dis. 2021 Dec 18;20(1):180
[8] Bonkowski MS et al. Targeted disruption of growth hormone receptor interferes with the beneficial actions of calorie restriction. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 May 16;103(20):7901-5
[9] Lin J et al. Myostatin knockout in mice increases myogenesis and decreases adipogenesis. Biochem Biophys Res Commun. 2002 Mar 1;291(3):701-6