Учёные создали метод изменения генома, не требующий введения в клетку чужеродной ДНК. Новая технология позволит уменьшить число ошибок при редактировании генов. К тому же она не подпадает под ограничения, наложенные на ГМО-продукты в некоторых странах.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Plant Cell Reports.
Безопасно, но запрещено
Генетически модифицированные продукты безопасны при употреблению в пищу. Такой вывод сделан во многих сотнях научных исследований. Раз за разом экспериментаторы не обнаруживали никакой разницы в состоянии здоровья между подопытными животными, которых кормили ГМО-продукцией, и теми, кому доставался обычный корм.
И это неудивительно. Ведь биологи тщательно следят за тем, какие гены они меняют и к каким последствиям это приводит. Это куда более разумный и осторожный подход, чем широко применяемая уже много десятилетий мутационная селекция.
Напомним, что при такой селекции в геноме организма инициируется множество непредсказуемых мутаций (с помощью радиации или химических мутагенов). А уж потом эксперты проверяют, не появились ли случайно у растения какие-нибудь полезные свойства. На современные технологии точечного редактирования генома в заранее выбранных местах это похоже не больше, чем ковровая бомбардировка на хирургическую операцию.
Мутационной селекции попросту повезло появиться до того, как общество охватил иррациональный страх перед "ненатуральным". И десятилетия её успешного применения убедили политиков, что с ней всё хорошо. А вот к куда более аккуратным ГМО-технологиям правительства многих стран до сих пор относятся настороженно, и лавина исследований их ни в чём не убеждает. Например, в России производство сельскохозяйственной ГМО-продукции запрещено федеральным законом от 03.07.2016 № 358-ФЗ.
Не только можно, но и нельзя
В этих запретах есть нюанс. В некоторых странах (например, в США, но не в России) организм признаётся генно-модифицированным лишь в том случае, если к его геному была добавлена ДНК другого биологического вида.
Казалось бы, это открывает широкий простор для деятельности. Ведь не обязательно добавлять новую ДНК, чтобы получить новые свойства организма. Можно удалить часть прежних генов или переставить их местами, и то, что получится, формально не окажется ГМО.
Однако не тут-то было. Чтобы отредактировать геном, нужен белок Cas9, прозванный молекулярными ножницами за свою способность разрезать молекулу ДНК. Требуется и РНК-гид, указывающий, в каком месте резать.
Как доставить этот белок и РНК в ядро клетки? Обычно биологи просто вводят в клетку ДНК, кодирующую эту пару. И всё, в организме уже есть чужеродный ген (кодирующий тот самый белок и РНК). Значит, с точки зрения законодателя наступил кошмар и ужас, подпадающий под драконовские нормы регулирования ГМО-продукции.
Впрочем, у внедрения в клетку ДНК, кодирующей Cas9, есть и реальный, а не созданный бюрократическими барьерами, недостаток. Дело в том, что ДНК довольно долговечна. Это чревато тем, что молекула белка Cas9 будет синтезирована многократно и в конце концов разрежет в геноме что-нибудь не то.
Вряд ли это сделает продукт опасным (уж во всяком случае не опаснее, чем детища мутационной селекции, у которых "что-нибудь не то" в геноме возникает в товарных количествах). Но незапланированная мутация может сказаться на жизнеспособности и полезных качествах организма.
Кроме того, уже сейчас редактирование ДНК человеческих клеток применяется для лечения некоторых заболеваний. А уж здесь побочные изменения в генах точно нежелательны.
Чужих геномов не хотим ни пяди
Теперь группа биологов из США нашла способ внедрять в клетку готовый белок Cas9 и направляющую его РНК, а не кодирующую их ДНК. Это значит, что с точки зрения законов США и некоторых других стран организм с отредактированным геномом не будет ГМО.
Кроме того, молекула Cas9 разложится за 3–5 дней и не будет синтезирована снова, т.к. в клетке не будет отвечающих за это генов. Это сильно уменьшает вероятность, что "молекулярные ножницы" внесут в геном незапланированные изменения.
"Впервые кто-то придумал метод доставки белка Cas9 в растительные клетки путём липофекции", – говорит первый автор статьи Ушэн Лю (Wusheng Liu) из Университета Северной Каролины.
Липофекция – это доставка молекул в клетку с помощью искусственных липосом. Липосома же – это маленькая внутриклеточная органелла со стенкой из липидов. Это своеобразный пузырь, наполненный нужным веществом. Он может проникнуть сквозь мембрану клетки и доставить внутрь своё содержимое.
Липофекция широко применяется в экспериментальных медицинских методах. Ранее её использовали для транспортировки белка Cas9 и направляющей его РНК в клетки млекопитающих. Но никто ещё не проделывал этого с растениями. А ведь выведение новых сортов – одно из главных применений технологии редактирования ДНК.
Чтобы проверить свой метод, авторы соединили Cas9 с белком, вызывающим флуоресцентное свечение. Они внедрили эту пару белков в клетки обычного табака. И через несколько часов растения засияло, показывая, что нужные вещества действительно попали в клетки.
Трудности и перспективы
Разумеется, с новой технологией не всё гладко. Она требует удаления жёсткой стенки растительной клетки. Из такой "обнажённой клетки" (протопласта) можно получить целое растение, но это требует тщательного подбора растительных гормонов и питательных веществ. Методы выращивания из протопласта известны более чем для 50 сельскохозяйственных культур, но для остальных их ещё предстоит разработать.
Разумеется, такая процедура нужна только первым представителям сорта, созданного подобным методом редактирования ДНК. Получив несколько полноценных растений, можно размножать их обычным образом.
Тем не менее авторы работают над тем, чтобы липофекция не требовала удаления клеточной стенки. Например, они тестируют доставку Cas9 в клетки пыльцы с помощью наночастиц.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как технологию CRISPR/Cas9 можно использовать для управления работой генома без его редактирования. Кроме того, мы говорили об использовании вместо Cas9 другого белка, допускающего меньше ошибок при разрезании ДНК.
