Модифицировано природой
Генетические модификации бактериального происхождения есть в растениях хмеля, клюквы и чая.
Если мы берём ген мыши и переносим в бактерию, мы получаем генетически модифицированную – или трансгенную – бактерию. Можно взять ген человека и пересадить мыши, или можно взять ген растения одного вида и перенести в растение другого вида – и мы получим генетически модифицированную мышь и генетически модифицированное растение.
Трансгенных мышей активно используют, когда изучают функции человеческих генов; трансгенные растения прочно укоренились в сельском хозяйстве – с помощью генетических модификаций можно получить кукурузу или, к примеру, пшеницу, устойчивую к различным вредителям. Но трансгенные организмы появляются не только в лабораториях.
Давно известно, что бактерии могут передавать генетическую информацию не только по вертикали, то есть по линии предок–потомок, но и по горизонтали, то есть просто друг другу, вне процесса размножения – это называется горизонтальным переносом генов (ГПГ). Бактерии могут передавать и принимать чужую ДНК в ходе особого процесса, который называется конъюгацией, или же когда одна клетка поглощает другую, или же просто подбирая из окружающей среды ДНК, оставшуюся от другой клетки. Ген «осваивается» на новом месте и начинает работать на благо нового хозяина.
Важно, что подбираемая ДНК не обязательно происходит из бактерии того же вида; бактерии порой берут гены достаточно далёких родственников. ГПГ у них идёт очень активно, и эволюционную важность его трудно переоценить, ведь во многом именно благодаря горизонтальному переносу генов бактерии обеспечивают себе генетическое разнообразие и потому могут приспосабливаться к меняющимся условиям, осваивать новые субстраты и т. д. Но ведь ГПГ – это та же самая генетическая модификация; то есть бактерии непрерывно занимаются генетическими самомодификациями. Точно такими же самомодификациями занимаются и археи, хотя механизмы заимствования чужих генов у них иные.
Что же до эукариот, к которым относятся животные, растения, грибы, то у них, как считалось ещё совсем недавно, горизонтальный перенос генов очень и очень слаб, если вообще есть. Но со временем стали появляться данные, что природная трансгенность среди не-бактерий распространена гораздо шире, чем может показаться. Так, мы писали о том, что грибы неоднократно заимствовали гены бактерий, благодаря чему смогли наладить симбиоз с растениями, а некоторые виды грибов даже научились с помощью бактериальных генов чувствовать гравитацию.
И у растений тоже есть гены от бактерий, причём бактерий специально запускают свои гены в растительные клетки: в результате на корнях и стеблях появляются опухоли, в которых бактерии живут и питаются веществами, синтезируемыми в таких трансгенных наростах. (Эти микробы называются агробактериями, и у них есть специальная ДНК, которая предназначена именно для внедрения в растения.) Хотя растение, возможно, с радостью избавилось бы от наростов, гены бактерий всё же остаются в растительном геноме и начинают переходить из поколения в поколение. К таким «природно-трансгенным» растениям относятся некоторые представители рода Табака, рода Вьюнковых (к которым, кстати, относится батат – сладкий картофель) и рода Linaria (к которому относится лекарственное растение льнянка).
Но табаками, вьюнковыми и льнянками дело нет ограничивается. Сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) и Института молекулярной биологии растений в Страсбурге обнаружили фрагменты ДНК агробактерий в геномах ещё девятнадцати родов растений. Среди генетически модифицированных видов оказались ямс, банан заострённый, арахис, хмель, клюква и чай. Подробно результаты работы описаны в Plant Molecular Biology.
Такие исследования помогают понять, что происходит с трансгенными растениями, как идёт их эволюция, что с ними будет в дальнейшем (не через пять или десять лет, а спустя столетия и тысячелетия); как ведут себя чужие гены, какое им находится применение в растительном хозяйстве.
Отдельно хотелось бы подчеркнуть, что, судя по новым данным, люди уже довольно давно имеют дело с генетически модифицированными растениями, и никакой катастрофы не случилось. Возможно, потому что сами люди отчасти модифицированы: несколько лет назад исследователи из Кембриджа сообщали в Genome Biology, что у нас есть как минимум 145 генов, которые попали к нам от бактерий и простейших.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
По материалам пресс-службы СПбГУ.
5 ноября 2019
Статьи по теме:
