Як ГМА могуць выратаваць цывілізацыю (і, магчыма, ужо ёсць)

Допіс для гасцей доктар Майкл Эйзен, кандыдат філасофскіх навук, прафесар малекулярнай і клеткавай біялогіі УК Берклі

Доўгая гісторыя генетычных мадыфікацый

Людзі ўпершыню пачалі збіраць і вырошчваць ядомыя збожжа, садавіну і карані, а таксама дзікіх жывёл на мяса, малако і матэрыяльныя даброты тысячы гадоў таму. З тых часоў мы стваралі гэтыя расліны і жывёл для задавальнення нашых патрэбаў і жаданняў. Параўнайце кукурузу з продкам, тэосінтэ, буйной рагатай жывёлай з аўрохамі, з якіх яны былі атрыманы - альбо з любымі іншымі культурамі і жывёлай, на якую мы абапіраемся на сваіх дзікіх сваякоў - і вы знойдзеце выдатную гісторыю чалавечага земляробства і пераўтваральнай сілы штучнага выбар.

Поспех нашых продкаў у стварэнні сучасных рагавіц прыручаных раслін і жывёл тым больш адметны тым, што яны амаль не разумеюць, адкуль бяруцца новыя рысы характару і як яны перадаюцца з пакалення ў другое. Яны не ведалі, што ўсялякая прыкмета, якую яны аддаюць перавагу, узнікае праз адну або некалькі выпадковых зменаў - мутацый - да генетычнага кода выгляду, які перадаецца ад бацькоў нашчадкам у выглядзе ДНК.

Нябачныя для фермераў, пастухоў, хлебапёкаў і півавараў, чые дзеянні рэзка змянілі знешні выгляд прыручаных раслін і жывёл, тысячы гадоў штучнага адбору зрабілі яшчэ больш дзіўную трансфармацыю генетычнага складу гэтых відаў. Да мільёнаў адзінкавых змен генетычнага кода літар - разам з прыбыткамі, стратамі, дубліраваннямі і рэарганізацыяй асобных генаў, а часам і сур'ёзнымі зменамі ў структурах цэлых храмасом - зараз асобныя одомашненные культуры і жывёлы мы разлічваем на прадукты харчавання ад продкаў. Умяшанне чалавека настолькі змяніла ход эвалюцыі, што біёлагі лічаць, што многія прыручаныя арганізмы зусім новыя віды нашага ўласнага тварэння.

Такім чынам, столькі, колькі гісторыя чалавека з'яўляецца гісторыяй сельскай гаспадаркі, гэта таксама гісторыя генетычнай мадыфікацыі раслін, жывёл і мікробаў - што дазволіла чалавецтву пераадолець мноства перашкод, з якімі яны сутыкнуліся на працягу тысячагоддзяў. Можна з упэўненасцю сказаць, што без сістэмнай генетычнай мадыфікацыі ўраджаю і жывёлы цывілізацыя не існавала б.

Цяпер чалавецтва стаіць перад новым і грандыёзным наборам праблем, а сельская гаспадарка зноў у цэнтры. Мы павінны пракарміць усё большае насельніцтва, але фермеры і іх ураджаі імкнуцца прыстасоўвацца да больш цёплай тэмпературы і змененых умоў надвор'я. А жывёлагадоўля, аснова нашай харчовай сістэмы на працягу тысячагоддзяў, з'яўляюцца асноўнымі вінаватымі ў змяненні клімату, недахопе вады, стратах біяразнастайнасці і маштабнай дэградацыі і знішчэнні лясоў і іншых экасістэм - прымушаючы нас хутка перайсці да рацыёну пераважна на расліннай аснове.

Для вырашэння гэтых праблем мы павінны выкарыстоўваць усе тэхналагічныя інструменты, якія ёсць у нашым распараджэнні. Гэта ўключае ў сябе значна ўдасканаленае разуменне механізмаў спадчыннасці і малекулярнай асновы рысаў, якія нас цікавяць, і магутныя новыя інструменты, якія дазваляюць нам змяняць ДНК, каб стварыць пэўныя каштоўныя рысы, а не чакаць іх дастаўкі выпадковым чынам. вятры мутацыі.

Але працэс генетычнай мадыфікацыі, галоўнай для прагрэсу сельскай гаспадаркі на працягу ўсёй гісторыі, стаў супярэчлівым. Як генетык, які штодня выкарыстоўвае ў сваіх даследаваннях сучасныя інструменты для мадыфікацыі ДНК і які выкладае пра гэтыя метады і праблемы, якія іх акружаюць, я перажываю, што няправільны страх з нагоды іх выкарыстання ў сельскай гаспадарцы будзе перашкаджаць нашым намаганням па вырашэнні кліматычных змен, прадуктаў харчавання. няўпэўненасць і дэградацыя нашага прыроднага асяроддзя.

Ад выпадковых да кіраваных генетычных мадыфікацый

Стварэнне новых геномаў шляхам мэтанакіраванага селекцыйнага развядзення - старажытнае чалавечае пачынанне, але нядаўнія поспехі ў малекулярнай біялогіі зрабілі працэс больш дакладным, мэтанакіраваным, прадказальным, эфектыўным і бяспечным.

Па-першае, нам больш не трэба спадзявацца на выпадковыя мутацыі (прадукт памылак, якія ўзнікаюць пры капіраванні і перадачы генетычнага матэрыялу паміж пакаленнямі) як крыніцу новых карысных рыс. Замест гэтага мы можам рэдагаваць геномы практычна гэтак жа, як вы карыстаецеся тэкставы працэсар, падпраўляючы ДНК па адной літары, альбо выразаючы, капіруючы і ўстаўляючы ў межах або паміж відамі больш ці менш па жаданні.

Па-другое, дзякуючы нашаму пастаяннаму ўдасканаленню разумення генетычнай асновы важных прыкмет раслін і жывёл і магутных інструментаў для разумення наступстваў змяненняў як на малекулярным, так і на фізіялагічным узроўні мы можам быць значна больш кансерватыўнымі і дакладнымі з мадыфікацыямі, якія мы прадставіць.

Крытыкі геннай інжынерыі адлюстроўваюць сучасных навукоўцаў у галіне сельскай гаспадаркі, як гуляючы Бога з прыродай небяспечнымі спосабамі з невядомымі наступствамі. Але на самой справе ўзровень кантролю над гэтымі новымі інструментамі нам паказвае, што менавіта нашы продкі гулялі ў непрадказальную гульню ў генетычную рулетку. Кожны раз, калі фермеры і жывёлаводы ў мінулым годзе разводзілі расліна ці жывёла з ліку прыручаных пагалоўя альбо перасякалі іх дзікімі гатункамі, яны стваралі цалкам новы для планеты геном. Гэтыя генетычныя ГМА адрозніваліся ад тых, што папярэднічалі ім, куды большымі, і з наступствамі куды менш прадказальнымі, чым тыя, што ствараліся сучаснай мэтанакіраванай геннай інжынерыяй. Затым яны ўвялі вынікі гэтых некантралюемых генетычных эксперыментаў у харчаванне, сляпыя да наступстваў і без кантролю.

У адрозненне ад гэтага, сёння генетычна мадыфікаваныя арганізмы неверагодна сціплыя. Яны ўключаюць у сябе меншыя, больш старанна разгледжаныя, кантраляваныя і кансерватыўныя змены ДНК, чым калі-небудзь раней у гісторыі чалавецтва.

Гэта не значыць, што працэс ідэальны.

У нас ёсць няпоўнае разуменне біялогіі, і нават наўмысныя, дакладныя змены могуць мець ненаўмысныя наступствы альбо, што часцей за ўсё, проста не даюць жаданых станоўчых эфектаў. Але ўлічваючы надзённую неабходнасць працягваць удасканальваць віды прадуктаў харчавання, мы павінны харчаваць дзесяць мільярдаў чалавек - пры мінімізацыі ўплыву сельскай гаспадаркі на наш клімат - у поўнай меры скарыстацца перавагамі нашага сучаснага рэпертуару генетычных метадаў - гэта не маніторынг. Важна не тое, як мы ствараем арганізмы з новымі геномамі, а тое, што мы ствараем, і як гэта будзе прыносіць карысць чалавецтву.

Інжынерныя мікробы ў медыцыне і харчаванні

Хоць сучасная генетычная мадыфікацыя для прамысловых (у адрозненне ад даследчых) ужыванняў найбольш вядомая ў раслінных раслінах, яна пачалася ў мікробаў, дзе яна амаль адразу зрабіла пераўтваральны, выратавальны ўклад у медыцыну.

Тры мільёны амерыканцаў маюць цукровы дыябет тыпу 1, захворванне, пры якім іх арганізм перастае выпрацоўваць неабходны інсулін гармона. Дыябет тыпу 1 быў смяротным да пачатку 1900-х гадоў, калі канадскія даследчыкі паказалі, што можна было кіраваць пры штодзённай ін'екцыі ачышчанага ад свіней інсуліну. Хоць ён падтрымліваў людзей жывымі, свіны інсулін не быў ідэальнай заменай чалавечаму калегу і часта прыводзіў да імунных рэакцый.

У канцы 1970-х даследчыкі ў невялікім каліфарнійскім біятэхналагічным запуску змаглі выпрацаваць штам бактэрыі кішачнай палачкі, якая перавозіла чалавечы ген для інсуліну, што дазваляе вырабляць яго для ін'екцый дыябетыкам. Гэты рэкамбінантны чалавечы інсулін больш бяспечны, надзейны і больш эфектыўны, чым свіны інсулін, і аказвае велізарнае станоўчае ўздзеянне на жыццё больш за 100 000 дзяцей і падлеткаў, якія дыягнаставалі дыябет тыпу 1 кожны год. Дзясяткі выратавальных лекаў і вакцын - якія выкарыстоўваюцца для прадухілення і лячэння інфарктаў, рака, артрыту і сур'ёзных інфекцый - зараз выпрацоўваюцца генетычна мадыфікаванымі бактэрыямі і дрожджамі.

Гэты ж працэс усё часцей выкарыстоўваецца для атрымання бялкоў, якія выкарыстоўваюцца ў ежы. Самы прыкметны прыклад - хімозін, фермент, які выкарыстоўваецца для згушчвання малака для атрымання сыру. Хімозін знаходзіцца ў страўніках дзіцячых млекакормячых, дзе яго актыўнасць згусання спрыяе выводзінам пажыўных рэчываў з малака іх маці. Традыцыйныя сыравары традыцыйна атрымліваюць хімасін у сычугу, прэпарат згушчонкі, узяты са страўніка забітых цялят. Але расце попыт на сыр стварыў патрэбу ў больш бяспечнай, паслядоўнай і эканамічнай замене сычужнага сыравіны.

Больш за 25 гадоў таму, натхнёны поспехам рэкамбінантнага інсуліну, навукоўцы ў Еўропе ўвялі ген, які кадуе бычыны хімозін, у дражджавыя клеткі, што дазваляе дрожджам вырабляць хімозін, які можна здабываць і чысціць для выкарыстання ў сыры. Ферментацыя выраблены хімозін (FPC) быў першым рэкамбінантным бялком, які быў ухвалены ў ежу Амерыканскай адміністрацыяй па харчаванні і леках. Сёння прыблізна 50% сыру, вырабленага ва ўсім свеце, вырабляецца з выкарыстаннем FPC, а не бялку, які здабываецца са страўніка цялят, і свет лепш для гэтага.

Ад сыру да мяса

Некалькі гадоў таму кампанія Impossible Foods, якую я раіў з моманту яе стварэння, сутыкнулася з падобнай праблемай. Немагчымая ежа была створана для барацьбы з змяненнем клімату шляхам ліквідацыі патрэбы ў сельскай гаспадарцы жывёл, найбольш разбуральнай для навакольнага асяроддзя чалавечай дзейнасці і асноўнай крыніцы выкідаў парніковых газаў, якія выклікаюць глабальнае пацяпленне. Іх задача - замяніць жывёл як харчовую тэхналогію, вызначаючы інгрэдыенты з раслін, якія можна выкарыстоўваць для ўзнаўлення складаных тэкстур, водараў і знешняга выгляду мяса, рыбы, малочных прадуктаў, яек і іншых прадуктаў, якія мы традыцыйна атрымліваем ад жывёл.

Іх першы прадукт "Немагчымы бургер" амаль цалкам вырабляецца з звычайных культур: пшаніцы, кукурузы, соі, какоса і бульбы. Але ключавы інгрэдыент, гем, малекула, якая надае мясу яго крывавы густ у сырам выглядзе і стварае інтэнсіўныя, мясістыя густы і водары, калі яго рыхтуюць, атрымаць не так проста. Асноўнай крыніцай гема ў мясе з'яўляецца бялок міяглабіну. Аказваецца, соя ўтварае функцыянальна ідэнтычны бялок, вядомы як легемаглабін. На жаль, гэта ўкараняецца ў каранях, і выкапаць карані соі складана, дорага і страшна для глебы.

Такім чынам, навукоўцы кампаніі Impossible Foods распрацавалі адзін з відаў дрожджаў для вырабу легемаглабіну з соі. Як і хімозін, яны вырошчваюць гэтыя дрожджы ў ферментатарах, як тыя, якія вы маглі б знайсці на бровары, але замест піва яны атрымліваюць шмат легемаглабіну і могуць зарабляць па цане, якая дазваляе ім прадаваць катлеты па выгаднай цане.

Цяпер, калі вам не падабаецца генная інжынерыя, вы можаце сцвярджаць, што нам не трэба мяса на расліннай аснове. Людзі могуць (і шмат хто гэта можа) весці цалкам здаровую і шчаслівую жыццё, еўшы іншыя прадукты на расліннай аснове. Аднак мяса - у многіх яго формах - з'яўляецца неад'емнай часткай глабальнага рацыёну, і нават калі людзі разумеюць, што мяса ўздзейнічае на навакольнае асяроддзе, сусветнае спажыванне працягвае расці, а не падаць.

Прадастаўленне альтэрнатыў мясам жывёл, вырабленым з раслін, і гэтак жа прывабна для спажыўцоў, рэзка запаволіць глабальнае пацяпленне і зменшыць іншыя негатыўныя наступствы для жывёлагадоўлі на навакольнае асяроддзе. Але для гэтага вам трэба шмат гема; і каб атрымаць гэм, вам патрэбна генная інжынерыя.

Паколькі немагчымыя гамбургеры, вырабленыя з легемаглабінам, ствараюць 87% менш парніковых газаў, патрабуюць на 95% менш зямлі і выкарыстоўваюць 75% менш вады для атрымання каранёў ад кароў, гэта будзе вельмі безадказна перад планетай і яе людзьмі не ісці па гэтым шляху.

Генетычная інжынерыя для здаровай планеты

Хоць я лічу, што большасць страхаў ад існуючых ГМА знікае, я разумею, што ў людзей ёсць пытанні і праблемы з нагоды ГМА. Новыя інструменты, якія робяць працэс больш эфектыўным і дакладным, таксама робяць яго больш магутным. І нават у такіх навукоўцаў, як я, якія маніпулююць ДНК кожны дзень, ёсць нешта дзіўнае ў нашай здольнасці да жыцця інжынера.

Людзі маюць шматгадовую гісторыю выкарыстання магчымасцей, якія прадстаўляюцца магутнымі новымі тэхналогіямі для паляпшэння нашага жыцця, але некаторыя таксама выкарыстоўвалі іх безадказна. У свеце, які кіруецца пошукамі прыбытку, ёсць занадта шмат прыкладаў, калі людзі выкарыстоўваюць тэхналогіі для ўзбагачэння сябе за кошт здароўя і бяспекі людзей і планеты. Навукоўцы не могуць паблізу сказаць: "Не хвалюйцеся. Паверце нам. "

Існуюць рызыкі, звязаныя з выкарыстаннем альбо няправільным выкарыстаннем любых тэхналогій і геннай інжынерыі. Але ва ўмовах экзістэнцыяльных пагроз змянення клімату, разбурэння нашага прыроднага свету, узмацнення харчовай і харчовай бяспекі, рызыкі бязвыплатнага адхілення дасягненняў сучасных біятэхналогій значна большыя.

Мы павінны заслужыць давер шырокай грамадскасці для гэтага. Пачынаецца з празрыстасці - тлумачыць, што менавіта мы робім і чаму. Гэта патрабуе абавязацельства з боку кожнага навукоўца і арганізацыі, якая выкарыстоўвае біятэхналогіі, каб спытаць сябе, ці правільна мы падыходзім. І гэта патрабуе адукацыі, праслухоўвання і ўзаемадзеяння з крытыкамі.

Шэсць гадоў таму я пагадзіўся выконваць абавязкі навуковага саветніка па пытаннях немагчымай ежы, таму што веру ў іх заданне. Інавацыя таго, як мы вырошчваем і вырабляем ежу, з'яўляецца адным з лепшых спосабаў навукоўцаў дапамагчы вырашыць праблемы, з якімі мы сутыкаемся сёння. Немагчымая ежа - гэта мадэль для таго, як біятэхналогіі можна адказна выкарыстоўваць, на карысць планеты і яе людзей.

Праверце месцы, якія абслугоўваюць немагчымы Burger, і нашы FAQ, каб атрымаць дадатковую інфармацыю. Больш пытанняў? Звяжыцеся з намі па адрасе [email protected]

Доктар Майкл Эйзен - прафесар малекулярнай і клетачнай біялогіі ў Берліне, навуковы супрацоўнік Медыцынскага інстытута Говарда Х'юза і сузаснавальнік Публічнай бібліятэкі навук. Ён з'яўляецца дарадцам кампаніі Impossible Foods і з'яўляецца акцыянерам кампаніі. Ён мае ступень бакалаўра матэматыкі і кандыдата навук. у біяфізіцы, як з Гарвардскага універсітэта. Ён быў дактарантам з 1996 па 2000 год у лабараторыі Стэнфардскага універсітэта Патрыка О. Браўна, генеральнага дырэктара і заснавальніка кампаніі Impossible Foods. З 2000 года доктар Эйзен працуе на факультэце УК Берклі, дзе ён выкладае генетыку і кіруе даследчай лабараторыяй, вывучаючы, як геномы жывёл кадуюць прасторавыя ўзоры экспрэсіі генаў падчас развіцця.