Автор: Ольга Косникова, пищевой химик-технолог

Редактор: Максим Иванников

Они заботятся, чтобы мы вкусно ели и дружно хмелели. Они охраняют наше здоровье и окружающую среду. Они помогают учёным. Их мы знаем лучше, чем самих себя.

Они — генетически модифицированные дрожжи. Неожиданно, да? Но все чистая правда!

Дрожжи в пищевом мире окутаны мифами и страшилками. Наш постоянный автор Ольга Косникова пошла дальше и решила разобрать тему ГМО-дрожжей. Для этого она пригласила специалиста.

Анна Иванова — биоинформатик, магистр по специальности интеллектуальный анализ больших данных (профиль: анализ медицинских данных и биоинформатика), соавтор научно-популярного блога в инстаграм lab.mouse. Будет немного сложно, но очень интересно!

Как это работает?

Современные биотехнологии поставили на службу человечеству множество организмов. Самые известные среди них, пожалуй, бактерии. Думаю, многие знают, что почти весь инсулин (лекарство от диабета) в мире производит генетически модифицированная кишечная палочка. Теперь нам не нужно добывать его из свиней, коров или китов.

Если вы интересуетесь новостями экологии, то наверняка слышали новости о ГМ-бактериях, которых «научили» есть пластик или нефть на местах катастроф. Много всего полезного могут делать малыши-бактерии.

Много, но не все. Дело в некоторых генетических механизмах, которые различаются в человеке (или мышке) и бактериях. Мы с вами — ядерные (эукариоты), а бактерии ядра не имеют (прокариоты). Когда у тебя есть ядро, ты используешь более сложные механизмы прочтения генов с ДНК в белки. Да и сами белки укладываешь в пространстве немного иначе.

Зачем нам более сложные механизмы? В человеческой ДНК 3 млрд «букв». И только около 20 000 белок кодирующих генов! А различных белков при этом в нас намного больше.

Это обеспечивается благодаря тому, что с одного и того же гена можно считать несколько разных белков. Такой механизм называется альтернативный сплайсинг.

Представьте, что у вас есть книжка с отдельными главами. Если вырвать все страницы и поменять порядок глав, то смысл книжки может измениться, хотя содержание осталось прежним (Таким приемом, например, пользовался писатель Хулио Кортасар в своем знаменитом романе «Игра в классики»).

Клетки эукариот похожи на этот роман тем, что их гены будто состоят из нескольких «глав». Сначала «генетические машинки» считывают все «главы» последовательно, потом разрезают их в определенных местах (выкидывая «мусорные» фрагменты), а затем, по известным им правилам, переставляют эти главы-части в разном порядке. Так они считывают с ДНК части гена в порядке 1-2-3-4, а после всех процедур могут получить матрицы для белков вида 3-2-1, 4-2 и 2-4-1.

В нашем игрушечном примере частей всего 4, а в реальности их могут быть десятки. Бактерии же — личности бесхитростные: «читать» гены умеют только подряд, резать не умеют, да и в их маленькие геномы слишком длинные гены не вместить.

Поэтому выращивать в бактериях более сложные и близкие к человеческим белки часто невозможно — вместо прокариотов, нам нужны похожие на нас эукариоты.

И тут на помощь приходят дрожжи и млекопитающие. Да-да! Мы можем вырастить ГМ-кролика, который дает напёрсток молока с лекарственными ГМ-белками в нём. Один такой кролик заменит целый биотехнологический цех! Но это другая история, а мы вернемся к дрожжам.

Пусть внешне они так похожи на бактерий, но внутри они нам почти родственники. У них тоже есть ядро, а значит, и все нужные нам для производства сложных белков генетические механизмы.

Ученые по всему миру работают с дрожжами. Накоплены огромные базы данных их геномов. Все эти данные доступны из любого уголка планеты.

Как используют ГМО-дрожжи?

Сейчас в России одобрены всего несколько ГМ-штаммов дрожжей (МУ 2.3.2.1935-04 «Порядок и организация контроля за пищевой продукцией, полученной из/или с использованием генетически модифицированных микроорганизмов и микроорганизмов, имеющих генетически модифицированные аналоги», почитать можно по ссылке).

Их используют на производстве этилового спирта и в крахмалопаточной промышленности. Но во всем мире применение ГМ-дрожжей намного шире!

Например, можно попробовать мороженое, которое не кристаллизуется даже при очень низких температурах. Происходит это благодаря добавлению антифриз-белков, изготовленных ГМ-дрожжами. Дрожжи получили гены таких белков от животных, способных выживать при крайне низких температурах.

ГМ-дрожжи используются в пивной и винной промышленности, помогая добиваться большей устойчивости вкусовых характеристик от партии к партии, чего много сложнее добиться при использовании традиционных методов.

Не обходится без ГМ-дрожжей и фармацевтическая отрасль. Например, создан штамм для производства противомалярийного лекарства артемизинина.

Во многих странах людям из-за стоимости недоступны обезболивающие средства. Штаммы дрожжей, разработанные для производства опиатов из сахара, могут решить и эту проблему. Поля, засаженные опиумным маком, из которого получают любимый доктором Хаусом викодин, возможно заменить небольшим биотехнологическим производством, способным быстро, качественно и дешевле производить это лекарство.

Еще пример — каннабиноиды — психотропные вещества.

Исследования их применения в медицине в последние год набирает обороты. Каннабиноиды рассматривают даже как средство для лечения эпилепсии. Вот только получать их из растений или в лабораторных условиях крайне тяжело и нерентабельно. А с дрожжами опять же проще и дешевле.

Вот такие они — наши маленькие, но очень полезные помощники, дрожжи.

Банк данных геномов дрожжей, доступ к которому открыт ученым со всего мира самые любопытные читатели смогут найти по ссылке.

Ещё в подзаголовке статьи есть уточнение, что технология, по которой созданы новые кролики, “принципиально отличается от создания ГМО”. Далее идёт 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 отрывок из заметки, претендующий 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 вдаётся. 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 определённом 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 чём-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), причём 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. Всё зависит от конкретных генов. Именно поэтому вся эта классификация организмов на “естественные”, “трансгенные”, “генетически модифицированные” или “генно-отредактированные” не несёт 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 нём 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. В 2020 году тем же методом были получены кролики с врождённым иммунодефицитом. Тут тоже менялись только “родные гены” и вообще воспроизводилась распространённая 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 – учёные наблюдали, как у них развивается атеросклероз.

Есть и более ранние работы, например, 2014 года, где у кроликов вырезали сразу несколько “родных генов”. 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 ещё один ген, связанный с липидным обменом, что привело к снижению воспаления и риска атеросклероза на жирной диете. Собственно, и в российской работе, по словам авторов, речь идёт 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. А ещё была знаменитая работа про создание “мышей-качков” с поломанным геном миостатина – белком, ограничивающим рост мышечной массы.

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 всё-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 учёных, которые стараются отмежеваться от термина “ГМО”, чтобы их работы не получили общественного неодобрения. Мы знаем, что большинство людей, увы, пугаются, услышав страшное слово из трёх 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 приведённому 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 времён, 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.

Про гостя

Михаил Сергеевич Гельфанд — российский биоинформатик, доктор биологических наук, который занимается вопросами изучения эволюции генома. В подкасте Гельфанд прокомментировал отказ от вакцинации и употребления ГМО, а также ответил на вопросы об иммунной системе.

Что такое иммунитет с научной точки зрения

Биоинформатик отмечает, что иммунитет, с точки зрения эволюции, делится на две категории:

Во-первых, иммунитет — это подстройка системы адаптивного иммунитета под новый фактор, который появился: например, под новый вирус. Это быстрая эволюция, которая происходит внутри каждого человека и не наследуется.

Во-вторых, это наследуемые изменения — то, что у ребенка будет от мамы с папой: может случиться мутация в ряду наследуемых геномов. Это ДНК, которые непрерывно наследуются через поколение. Там гены меняются медленно, но можно смотреть их изменения на больших временных отрезках.

Откуда берутся аутоиммунные заболевания

Сейчас активно обсуждаются аутоиммунные заболевания, которые проявляются, как последствие слишком высокой активности иммунной системы организма относительно его же собственных клеток. Биоинформатик объяснил это явление простыми словами:

Аутоиммунное заболевание — это когда в организме появляется клон лимфоцитов, который на какой-то собственный белок начинает реагировать как на внешний. Есть целая система убивания тех клонов, которые реагируют на собственные белки в организме. Когда генерируются эти случайные исходные лимфоциты, то вполне может оказаться такой, который будет реагировать на собственные белки. Их специально отбраковывают.

Почему ангина провоцирует ревматизм?

При ревматизме те лимфоциты, которые натренировались на стрептококки, узнали какой-то из белков в сердце и начали атаковать дальше. Аутоиммунные заболевания — это пробой в системе отбраковки лейкоцитов, которые могли бы атаковать собственные клетки.

Как укрепить иммунную систему своего ребенка

Многие родители боятся развития у своего ребенка аллергии, которая тоже является гипер реакцией организма, только на что-то внешнее. Михаил Сергеевич отмечает, что на развитие аллергии во многом влияет изменение гигиенических привычек современных людей: в северном полушарии большинство живет в чистоте, но из-за этого иммунная система не тренируется.

Известная вещь: наличие домашней кошки или собаки сильно способствует тому, чтобы у ребенка не возникли аллергии к подростковому возрасту. Есть универсальный биологический принцип: если система не загружена — она начинается заниматься ерундой. Система признана опознавать чужих, но она начинает опознавать своих.

Почему антиваксеры не правы

Сейчас очень популярна тема отказа от вакцинации. Есть большая идея: то, что колят, нам не нужно, оно, наоборот, нас убивает. Мнение биоинформатика о вакцине такое:

Во-первых, оно нам нужно. Если вы не хотите болеть оспой, нужно было прививаться от оспы. Сейчас от неё прививаться не надо, потому что оспа в мире уничтожена благодаря вакцине. Отлично можно было бы избавиться от полиомиелита, если бы не вера некоторых людей, что прививки от полиомиелита снижают мужскую силу. Регионы, в которых сохраняется полиомиелитное антиваксерство, — Пакистан, Африка — источник заражений, потому что оттуда это распространяется по всему миру. Прививки работают — это показано.

Да, действительно, от вакцин бывают осложнения, но они страшно редкие — вероятность того, что у вас будут серьезные осложнения от вакцинирования куда меньше, чем вероятность, что вы помрете от того, что вы заболеете этой болезнью.

Социальные психологи отмечают, что человек чисто эмоционально ошибку неделания воспринимает мягче, чем ошибку делания. Если я привила ребенка, а он заболел, то все: я не мать а злыдня. Фатальное действие воспринимается гораздо острее, чем фатальное бездействие.

Но как, прививаясь, быть уверенным, что вакцины не окажут плохое влияние на нас, когда нам будет 60 или 70?

Для того, чтобы вам стало 60 и 70 надо не умереть, когда вам 15 или 3. Второе — большинство вакцин начали делать не сейчас, а очень давно, и мы знаем как они повлияют. Третье — изменение иммунитета под влиянием вакцин моментальные и не наследуются — это никак не повлияет на наших внуков.

ГМО — вредно или нет

ГМО — такая же спорная тема, как вакцины. Биоинформатик ответил, стоит ли верить надписи «БЕЗ ГМО» на продуктах и может ли генетически модифицированный организм как-то повлиять на нас:

Конечно может. Если вы в помидор подсадите гены бледной поганки, то у вас будет ядовитый помидор. Но то, что пишут на пачках в магазинах — это маркетинговый ход. В самой по себе генной модификации никаких ужасов не появляется.

Чтобы объяснить, в чем польза ГМО, Гельфанд привел любимый пример российского биолога и научного журналиста Саши Панчина, который заключается в том, что в классической селекции оказался картофель с большим содержанием соланина в клубнях. Такой картофель был немного ядовитый, но никому не приходило в голову, что такое может быть с классической селекцией, поэтому картофель поступил в культуру, а народ начал травиться.

Примером того, что может быть из-за ГМО реально, станут аллергические реакции. Например, у человека была аллергия на бразильский орех, а его ген подсадили в сою — она становится аллергенной для человека, у которого аллергия на бразильский орех.

Нет разницы между генной инженерией и классической селекцией. Классическая селекция — вещь гораздо более страшная, потому что начиная с середины прошлого века семена обрабатывают или облучают химическим мутагеном, в них происходит много неконтролируемых изменений.

Истории про дальнодействие — фуфло. Причем фуфло экспериментально — в американском животноводстве ГМО используют, и никакой эпидемии и ужасов у этих коров нет — так и теоретически тоже нет никакого механизма, по которому ГМО могло быть страшно вредно.

Почему все обезьяны не превратились в человека

Напоследок Гельфанд ответил и на самый популярный вопрос, который ему задают: почему, если мы произошли от обезьяны, то все обезьяны еще не превратились в человека?

Какая-то популяция обезьян эволюционировала в человека, потому что они жили в тех условиях, в которых это было эволюционно выгодно. Попыток сделать человека, на самом деле, было довольно много. Не надо думать, что эволюция состоит в том, что все обязательно бросаются в одну сторону. Эволюция — это дерево: какие-то популяции эволюционируют вслед за меняющимися условиями, а другие нет.

Биоинформатик приводит пример изменения условий, которые могли повлиять на эволюцию:

Изменился климат, джунгли сменяются саванной, лиан уже нет, есть открытые пространства и поэтому нужно прямохождение, чтобы видеть, кто тебя пытается съесть. А те популяции, которые остались в джунглях, эволюционировали в шимпанзе. Наш общий предок с шимпанзе вовсе не был таким, как мы сейчас, но и не был таким, как шимпанзе сейчас — то есть шимпанзе тоже эволюционировали. Мы эволюционировали в две стороны.

Вероятность того, что какие-то обезьяны эволюционируют в людей очень маленькая, потому что ниша занята. Нужно, во-первых, сильное давление, должно что-то поменяться, и кроме того жизнь не зарождается сейчас, потому что даже если она зародится, то существующие бактерии её съедят.

Следите за новостями науки в удобном формате — PCR.NEWS. Полезный телеграм-канал федерального научного СМИ для тех, кто хочет получать достоверную информацию об инновациях в биологии, медицине и смежных областях. Все материалы подтверждаются источниками!

О подкасте

С 2019 года в этом подкасте я встречаюсь с людьми, достигшими впечатляющих успехов в своей деятельности.

Среди последних героев — Андрей Кривенко, основатель «ВкусВилл»; Федор Овчинников, основатель «Додо Пицца»; Маргулан Сейсембаев, «Forbes Казахстан №33»; Оскар Хартманн, основатель «KupiVip», Евгений Демин, основатель «SPLAT Global»; Игорь Рыбаков «Forbes «№84»; психолог Андрей Курпатов; комик Нурлан Сабуров и многие другие сильнейшие предприниматели, медийные личности и ученые.

Послушать полную версию выпуска можно здесь:

YouTube | ВКонтакте | Telegram