Интервью главного научного сотрудника Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН, профессора кафедры генетики и биотехнологии РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, д. б. н. Александра Гапоненко.
– Александр Константинович, более 40 лет вы занимаетесь исследованиями в области генетики и биотехнологии растений. Как изменились эти науки за прошедшее время? Каковы наиболее значимые этапы их развития, на ваш взгляд?
– Генетика – молодая наука, ей чуть более 100 лет. В настоящее время она переживает самую настоящую революцию и смену парадигмы, т. е. совокупности фундаментальных научных установок и представлений. Генетика – это наука о закономерностях и материальных основах наследственности и изменчивости. Термин наследственность можно пояснить таким примером: у слона рождается слоненок, у пеночки в потомстве появляются только пеночки, а не кукушки, зерна пшеницы дают пшеницу, а не рожь, а у человека рождается человечий ребенок, а не как у А. С. Пушкина в сказке о царе Салтане: “Родила царица в ночь; Не то сына, не то дочь; Не мышонка, не лягушку; А неведому зверюшку”. Если бы царь Салтан знал законы генетики, Гвидон с царицей не оказались бы в бочке. Кажется смешно, но полвека назад, во времена академика Трофима Лысенко утверждали, что пшеница может переродиться в рожь.
Суть изменчивости заключается в том, что потомки организмов одного вида в разной степени похожи на родителей, а часто и не похожи.
За последние 40 лет биология существенно увеличила арсенал методов исследований, используя физические, химические, а теперь и математические методы – специальные компьютерные программы, позволяющие анализировать банки данных генов и выявлять новые гены. Поэтому в 1953 г. была раскрыта структура ДНК, за что Джеймс Уотсон и Френсис Крик в 1962 г. удостоились Нобелевской премии в области физиологии и медицины. В 2006 г. американские ученые Эндрю Файер и Крейг Мелло получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за работы, опубликованные в 1998 г., по изучению РНК-интерференции у нематоды. Это открытие коренным образом изменило парадигму генетики.
В результате исследований д-ров Файера и Мелло оказалось, что существуют не только известные уже ранее информационная РНК, транспортная РНК и рибосомальная РНК, но и многочисленный класс так называемых малых некодирующих РНК, которые участвуют во многих важных биологических процессах, в том числе процессах подавления экспрессии генов. Это явление было названо РНК-интерференцией.
Процессы РНК-интерференции обнаружены в клетках многих эукариот: у животных, растений и грибов. РНК-интерференцию используют для систематического “выключения” или замолкания генов в клетках для установления функций генов, при изучении деления клетки или при создании ГМ-культур, чтобы подавить действие генов патогенных вирусов и насекомых вредителей.
В течение более чем полстолетия жизнь живых существ описывали, как основанную на синтезе белков, кодируемых генами, которые представляют участки молекулы ДНК с определенными последовательностями нуклеотидов. РНК отводили важную роль в синтезе белка, и констатировали, что в отличие от ДНК, РНК не образует двойных спиралей. Однако в свете научных биологических открытий, произошедших за последние несколько лет, можно с уверенностью сказать, что роль РНК по сравнению с ДНК все это время умалялась.
Полстолетия генетики полагали, что знают все о функциях ДНК, РНК, белков и их роли в жизни организма. ДНК – это носитель генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. Именно молекулами ДНК определяются два основополагающих свойства живых организмов – наследственность и изменчивость. В ходе процесса, называемого репликацией ДНК, образуются две копии исходной цепочки, наследуемые дочерними клетками при делении, таким образом, образовавшиеся клетки, оказываются генетически идентичны исходной.
РНК представлялась скорее неким скромным “курьером” генной информации и переносчиком “строительных материалов”. Количество вновь открываемых РНК огромно, и в свете последних открытий наши взгляды на генетику меняются. Ранее полагали, что гены – это просто что-то наподобие архива с информацией о том, как и из чего, строить белки. Теперь же они выглядят скорее как фабрики по производству белков и РНК. И может оказаться, что гены, участвующие в биосинтезе белка, на самом деле в меньшинстве.
По данным д-ра Исидора Ригоутсоса из исследовательского центра компании IBM, количество различных микро-РНК у человека может достигать 37 тыс. Для сравнения – белки у человека кодируют приблизительно 21 тыс. генов. Поскольку все виды РНК и микро-РНК кодируются генами, то число генов, кодирующих микро-РНК, превышает число генов, кодирующих белки. Очевидно, что микро-РНК определяют регуляцию экспрессии генов, кодирующих белки. Гуго Де Фриз, Карел Э. Корренс и Э. Чермак, которые переоткрыли в 1900 г. законы первооткрывателя генетики Грегора Менделя, а также селекционеры на протяжении всего прошлого столетия, как и Мендель, шли от признака растения к гену.
Давайте проследим эволюцию определения ген. Определение гена в 1865-1900 гг.: “Ген – это дискретная единица наследственности”. Определение 1940-х: “Ген – это чертеж белка”. Определение 1950-х: “Ген – это физическая молекула”. Определение 1960-х: “Ген – это транскрибируемый код”. Определение 1990-2000-х: “Аннотированная структурная единица генома, зарегистрированная в одной из баз данных”. А согласно определению Sequence Ontology Consortium (2006 г.): “Ген – это локализуемый участок последовательности генома, соответствующий единице наследственности, которая ассоциирована с регуляторными, транскрипционными и другими функциональными участками последовательности”. Современная компьютерная аналогия: “Ген – это подпрограмма в операционной системе генома”.
Что представляют собой гены, стало известно примерно 40 лет назад. И большинство генетиков придерживаются такого определения, которое позволяет работать, не нарушая установленные принципы генетики: “Ген – структурная и функциональная единица наследственности живых организмов, представляющая участок ДНК, задающий последовательность определенного полипептида либо функциональной РНК”. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.
Новая биология, начавшаяся 40 лет назад, базируется на знаниях о строении носителя генов – молекулы ДНК. Современные генные инженеры и селекционеры идут с другого конца – от гена к признаку. Это стало возможным отчасти благодаря таким достижениям последних лет, как способность быстро определять последовательность нуклеотидов ДНК (секвинировать) геномов любых видов и расшифровывать эту информацию, определяя функции генов, открытых в этих просеквинированных, но еще полностью не расшифрованных геномах. Только для 60% открытых генов известны их функции. Прорыв в генетике начался с усовершенствований методик сиквенса ДНК.
В 2000 г. был проведен полный сиквенс генома арабидопсиса, цветкового растения из семейства крестоцветных (Nature 408, 796-815, 14 December 2000). Это не имеющее никакого агрономического значения маленькое растение стало модельным растением генетиков, как мушка дрозофила выступает в качестве модельного объекта в генетике животного мира. Оказалось, что геном арабидопсиса составляет 125 млн. пар нуклеотидов и содержит 25498 генов. Два года спустя, в декабре 2002 г. международный консорциум объявил об успешном завершении секвенирования генома риса. В августе 2005 г. журнал Nature сообщил сведения, касающиеся его расшифровки: в 12 хромосомах риса генетики обнаружили 37544 генов, часть из которых продублирована в нескольких местах. 71% генов риса содержится и в геноме арабидопсиса, а 2871 остальных генов уникальны. Размер генома риса – 389 млн. пар нуклеотидов.
Прошло еще 10 лет, и в ноябре 2012 г. многочисленный международный консорциум ученых опубликовал в том же престижном научном журнале Nature статью под названием: “Полный сиквенс генома мягкой пшеницы”. Гигантский геном мягкой пшеницы пока еще не расшифрован полностью. Он состоит примерно из 17 млрд. пар нуклеотидных оснований и содержит от 94 до 96 тыс. генов. Это поистине огромный геном – он в три раза больше генома человека, поскольку гексаплоидный.
Кстати, международный проект “Геном человека” начался в 1990 г. под руководством Джеймса Уотсона и под эгидой Национальной организации здравоохранения США. В 2000 г. был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном – в 2003 г., однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков еще не закончен, но определено, что геном человека содержит 20-25 тыс. генов.
К настоящему времени просеквинированы и расшифровываются геномы многих важных культур – кукурузы, сои и других. Эта работа постоянно продолжается.
– Когда и как ученые стали модифицировать растения?
– 30 лет назад состоялось наиболее яркое и значимое событие в генетике растений. Можно сказать, что эра генетической инженерии растений началась 18 января 1983 г. на симпозиуме в Майами, США (Miami Winter Symposium), когда на одном заседании три группы исследователей доложили работы о введении и экспрессии бактериальных генов в двудольные трансгенные растения. Мари-Делл Хилтон, Университет штата Вашингтон, Сиэтл, США, доложила о получении растений табака, устойчивых к антибиотику канамицину. Джеф Шелл и Марк ван Монтегю, университет Гент, Бельгия, сообщили о создании растений табака, устойчивых к канамицину и метатриоксату, Роберт Фралей и Роберт Хорч компании “Монсанто”, Сант-Льюса, штат Миссури, США, получили растения петунии, устойчивые к канамицину. Все эти работы основывались на изучении свойств почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, которая обладает свойством переносить гены в растения. Стало ясно, что прогресс, полученный во всех трех группах, делает реальностью улучшение сельхозкультур методами генной инженерии, перенося гены других видов растений, бактерий и прочих таксонов животного мира.
Ранее выделение и перенос генов бактерий положили начало созданию нового направления в науке – генной инженерии. Генная и клеточная инженерия стали важнейшими методами, лежащими в основе современной биотехнологии.
– Расскажите немного об истории развития генной инженерии.
– В природе генная инженерия началась 7 млн. лет назад. Об этом говорит модель филогенеза (происхождения вида) мягкой пшеницы (Triticum aestivum L), составленной на анализе сиквенса генома AABBDD пшеницы.
17 июля 2014 г. ученые, исследующие результаты сиквенса генома пшеницы, опубликовали в журнале Science 4 работы о некоторых результатах расшифровки пшеничного генома. Они показали, что дифференциация родов Triticum и Aegilops (А и В геномы), от общего предка началась примерно 6,5 млн. лет назад. Гибридизация между А и В геномами произошла около 5,5 млн. лет назад и привела к происхождению D генома и видообразованию Aegilops tauschii. Вторая гибридизация, между близкими родственниками Aegilops speltoides (BB геном) и Triticum urartu (АА геном), дала возникновению аллотетраплоида пшеницы полбы (Triticum turgidum subsp. dicoccon (геном ААВВ). Мягкая пшеница (Triticum aestivum L, геном AABBDD), возникла в результате полиплодизации гибрида от третьей гибридизации между Triticum turgidum (геном ААВВ) и Ae. tauschii (геном DD). По данным сиквенса, эта гибридизация произошла где-то 400 тыс. лет назад.
Более 99,5% времени из почти 2 млн. лет пребывания на Земле человек занимался охотой и собирательством и только последние 10-12 тыс. лет начал одомашнивать растения и приручать животных. Именно земледелие положило начало прогрессу нашей цивилизации, изменив многовековой уклад первобытного человека.
По археологическим данным, переход к земледелию, т. е. к производящим формам добычи пищи, был довольно длительным и охватывал от одного до трех тысячелетий. Его последствия были столь важны, что он получил название неолитическая, или земледельческая, революция. Развитие земледелия обусловило переход от кочевого образа жизни к оседлому, поскольку земледельцы нуждаются в постоянном жилье, и появлению земледельческих орудий (например, вкладышей для серпов) или орудий переработки зерна (например, зернотерок). Доместицируя растения, человек неизбежно “одомашнивал” и самого себя. Изменяя окружающую его природу, он преобразовывал и себя, став не только разумным, но и общественным существом. Освоение человеком, не умеющим писать, читать и считать, базовых навыков земледелия – событие революционное. Оно коренным образом изменило его существование и дало в конечном итоге то, что мы сегодня называем “цивилизация”.
Не только пшеница, но и почти все возделываемые продовольственные культуры – это результат деятельности человека каменного века. Только несколько тысячелетий спустя, при конструировании нужных ему генотипов растений, человек перешел к целенаправленному использованию отдельных генов и/или их комплексов, причем только для “исправления” каких-либо единичных недостатков у ранее введенных в культуру видов.
Современный человек может и должен улучшать растения методами современной генной инженерии. Это позволит приспособить новые сорта для нужд человечества в течение не миллионов, а всего десятков лет. В этом выход из мирового продовольственного кризиса.
– Какова роль биотехнологии в современном сельском хозяйстве?
– Биотехнология растений – это скорей не наука, а использование методов науки генетики, для улучшения свойств бактерий, растений и животных на благо человеку. Биотехнология основана на достижениях последних лет в генетике, молекулярной биологии, биохимии и ряде новых наук постгеномной эры, помогающих выявлять и выделять нужные гены. Это такие науки, как функциональная геномика, протеомика, транскриптомика и биоинформатика, основанная на математических методах анализа просеквинированных геномов.
Генноинженерные методы направлены на конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. В результате применения генноинженерных методов можно получать рекомбинантные (модифицированные) молекулы РНК и ДНК, для чего производится выделение отдельных генов, кодирующих нужный продукт, из клеток какого-либо организма. После проведения определенных манипуляций с этими генами их введут в другие организмы (бактерии, дрожжи и млекопитающие), которые, получив новый ген, будут способны синтезировать конечные продукты с измененными, в нужном человеку направлении, свойствами. Иными словами, генная инженерия позволяет получать заданные (желаемые) качества изменяемых или генетически модифицированных организмов или так называемых “трансгенных” растений и животных.
Вклад агробиотехнологии в современное сельское хозяйство велик. Международная служба по применению агробиотехнологии (ISAAA) выпустила доклад, в котором говорится, что в 2013 г. ГМ-культуры выращивали более 18 млн. фермеров в 27 странах, что на 5 млн. га, или на 3% больше, чем в предыдущем году. Кроме того, в 2013 г. в США впервые стали выращивать устойчивую к засухе кукурузу на коммерческой основе. В мировом масштабе площади ГМ-культур возросли с 1,7 млн. га в 1996 г. до 175,2 млн. га в 2013 г. Всего в течение этих 18 лет площади коммерческих посевов ГМ-культур увеличились более чем в 100 раз. США продолжают оставаться лидером по выращиванию ГМ-культур на 70,1 млн. га, или на 40% общей площади пахотных земель.
– В чем преимущества ГМ-культур?
– С 1996 г. по 2012 г. ГМ-культуры сыграли положительную роль за счет ряда факторов. Это снижение издержек производства и повышение производительности (оценивается в 377 млн. т) на $117 млрд.; экологические преимущества за счет сокращения объема вносимых пестицидов на 497 млн. кг (по действующему веществу); снижение выбросов CO2 на 27 млрд. кг только в 2012 г. (что эквивалентно удалению с дорог 12 млн. автомобилей в течение одного года); сохранения биоразнообразия за счет сокращения распахивания новых земель на 123 млн. га земли с 1996 г. по 2012 г.; борьба с бедностью для 16,5 млн. мелких фермеров и фермерских семей, что всего затрагивает более 65 млн. человек.
Доли внедрения ГМ-сельскохозяйственных культур в мире: соя – 81%, 93% – в США, 100% – в Аргентине, 88% – в Бразилии; хлопок – 81%, 94% – в США, 93% – в Индии, 80% – в Китае; кукуруза – 35%, 88% – в США, 75% – в Бразилии; канола – 30%, 93% – в США, 97,5% – в Канаде.
– Вы создали пшеницу, устойчивую к клопу вредная черепашка. Почему она не появилась на российских полях?
– Десять лет назад мы запатентовали идеологию получения пшеницы, устойчивой к клопу вредная черепашка. Затем усовершенствовали методы генетической трансформации продуктивных сортов пшеницы российской селекции, нашли источник гена Bt, и показали, что его продукт вызывает гибель клопа на искусственной диете. Но сам ген пока еще не выделен. Для этой работы и создания пшеницы, устойчивой к клопу, нужно финансирование – не менее 100 млн. руб. на 3 года. Но в финансировании нам пока госорганизации РФ отказывают, хотя сам проект получил положительную экспертизу Минсельхоза России и корпорации Роснано.
– Вы также уже несколько лет занимаетесь разработкой форм трансгенной пшеницы с повышенной толерантностью к засухе и засолению. Поделитесь, как продвигается эта работа? Трудно ли создавать ГМ-пшеницу? Ваши планы на 2014 г. и ближайшее будущее.
– Проблемы существуют, прежде всего, с выделением и патентованием генов транскрипционных факторов, ответственных за толерантность растений к дефициту воды. Это должны быть работы, выполненные в России. А для этого необходимо создание Центра функциональной геномики, что прописано в дорожной карте генной инженерии, утвержденной премьер-министром Дмитрием Медведевым.
Разрабатывать ГМ-пшеницу, конечно, трудно. Тем не менее мы работаем в этом направлении, используя дружеские связи с индийскими учеными из университета Джавахарлала Неру (Дели, Индия), которые широко известны во всем мире работами по выделению генов транскрипционных факторов, определяющих устойчивость растений. У нас хорошая база как в Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН, так и в РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, привлечены молодые ученые и студенты, но нужны финансы на обеспечение работ и зарплату молодым специалистам. А финансирования пока нет.
– За какими технологиями и решениями будущее российского сельского хозяйства, на ваш взгляд?
– Без всякого сомнения, это должны быть отечественные ГМ-культуры. Но их создание наукоемко и требует применения высоких технологий генетической инженерии, которые охраняются патентами.
Сотни разнообразных как по видовому, так и по фенотипическому составу ГМ-культур, успешно используемые 18 лет, созданы всего несколькими транснациональными компаниями. Это Monsanto (США), Syngenta (Швейцария), Dow AgroSciences (США), Pioneer Hi-Bred (США), Cargill (США), Bayer CropScience и BASF (Германия), а также научные организации Министерства сельского хозяйства США. 90% всех ГМ-сортов и гибридов и, следовательно, патентов на компоненты, необходимые для их создания, принадлежит компаниям США. Поэтому фермеры, использующие ГМ-семена, оказываются в зависимости от поставщика семян и необходимых для их выращивания гербицидов. Трансгенные семена обычно продаются на таких условиях, что покупатель не может оставить часть урожая ГМ-сорта для посева в следующем сезоне, в противном случае он нарушает патентное право и подвергается судебному преследованию.
В современных условиях российские сельхозпроизводители могут оказаться в зависимости от семян, производимых компаниями США. Поэтому необходимо создание российских ГМ-сортов и гибридов сахарной свеклы, кукурузы и пшеницы.
– Способны ли российские селекционеры обеспечить страну ГМ-сортами и гибридами основных культур?
– Гибриды, как известно, по сравнению с сортами, обладают повышенной продуктивностью и широко используются в производстве сахарной свеклы, кукурузы, подсолнечника и ряда других перекрестно опыляемых растений. Кроме повышенной продуктивности, гибридные семена обладают важным свойством для их оригинаторов, поскольку эффект гетерозиса (усиление полезных качеств) наблюдается только в первом поколении гибридов, поэтому на следующий год производители должны покупать новые гибридные семена. Неграмотные журналисты и депутаты Госдумы часто ошибочно заявляют о том, что ГМ-семена стерильны во втором поколении. Это неправильно, гибридные ГМ-семена фертильны и во втором поколении, но при этом наблюдается большая потеря продуктивности.
ГМ-сорта сохраняют фертильность и потенциальную продуктивность на протяжении многих поколений. Так называемые “терминаторные технологии”, созданные с целью ограничения продолжительности жизнеспособности ГМ-семян созданы для физической защиты авторских прав создателей трансгенных растений. Однако они уже не используются в практике по политическим мотивам, зато часто упоминаются противниками ГМ-культур в качестве доводов против ГМО.
Для важнейших сельхозкультур – хлебных злаков (ячменя и пшеницы) система гибридизации недавно создана компаниями Сингента и Пионер (Дюпон), но эта система еще не поступила в коммерческое производство. Разработчики обещают широкое внедрение гибридной пшеницы к 2020 г. и ожидают повышения урожайности на 20%.
– Что необходимо для создания в России ГМ-растений, устойчивых к гербицидам, насекомым или неблагоприятным факторам среды?
– Первое – высокопродуктивные сорта или линии компонентов гибридов, которым нужно придать новый признак.
Второе – гены, отвечающие за полезный признак. Для поиска и выделения таких генов используются новые науки, возникшие в постгеномной эре: функциональная геномика, протеомика, транскриптомики, биоинформатика и молекулярно-генетические методы.
Третье – системы генетической трансформации. Это способы введения полезных генов в геномы улучшаемых растений, которые специфичны для каждой культуры. Для прямого ввода генов используются “генные пушки”, другой метод основан на использовании модифицированной агробактерии, способной переносить гены в растения.
Четвертое – это регуляторы экспрессии генов. К ним относятся регуляторные последовательности генов – промоторы и системы выключения действия генов самого растения или его вредителя (насекомого, вируса или микроорганизма). Это важный компонент, позволяющий сохранить продуктивность исходного растительного материала.
На все эти 4 компонента, необходимые для создания коммерческого продукта – ГМ-семян, на селекционный материал, на гены, на системы трансформации и регуляторы экспрессии генов, нужно владеть патентами.
– Есть ли у российских селекционеров высокопродуктивные сорта и гибриды, подходящие для улучшения методами генной инженерии?
– Есть, особенно для улучшения сортов важнейшей культуры мира – пшеницы. Сорта, созданные в ведущих институтах юга страны: КНИИСХ им. П. П. Лукьяненко, под руководством академика Л. А. Беспаловой; ВНИИ зерновых культур им. И. Г. Калиненко под руководством профессора В. И. Ковтун и к. б. н. Н. Е. Самофаловой; Ставропольского НИИСХ под руководством д. б. н. профессора В. И. Ковтун; ГНУ Донской ЗНИИСХ под руководством А. И. Грабовец, а также в НИИСХ Юго-востока под руководством к. б. н. Р. Г. Сайфуллина и ГНУ Московский НИИСХ “Немчиновка” под руководством академика Б. И. Сандухадзе и д. с-х. н. Н. В. Давыдовой могут в полной мере использовать ресурсы среды каждой экологической зоны, каждого поля РФ.
В “Программе развития биотехнологий в Российской Федерации до 2020 г.”, утвержденной В. Путиным 24 апреля 2012 г., сказано: “Наиболее приоритетным является создание новых сортов сельхозрастений с использованием постгеномных и биотехнологических методов. В настоящее время в РФ практически не создаются сорта и гибриды нового поколения, устойчивые к засухе, болезням, гербицидам, насекомым-вредителям и неблагоприятным условиям среды, с использованием генетической инженерии. Без использования биотехнологических инноваций сельхозпроизводство России будет по-прежнему высоко затратным, и проигрывать в конкурентоспособности зарубежным странам”.
Кроме пшеницы, вопрос стоит и о генноинженерном улучшении сортов и гибридов масличных, овощных и технических культур. Приведем данные об использовании семян иностранной селекции в производстве основных культур России.
Доля высева семян сортов (гибридов) иностранной селекции в РФ, 2012 г. (данные МСХ РФ)
| Культура | Всего высеяно семян, тыс. т | Высеяно семян сортов (гибридов) иностранной селекции | |
| тыс. т | % | ||
| Пшеница озимая | 2596 | 31 | 1,2 |
| Ячмень яровой | 1689 | 256 | 15,2 |
| Соя | 160 | 3 | 1,8 |
| Горох | 371 | 86 | 23,2 |
| Кукуруза | 69 | 24 | 34,7 |
| Подсолнечник | 33 | 12 | 37,9 |
| Сахарная свекла | 4 | 2 | 67,3 |
| Овощи | 5 | 3 | 66,6 |
| Картофель | 708 | 276 | 39,0 |
Как видно из представленных данных, доля импортных семян в сельхозпроизводстве РФ высока. В реальности доля импортных семян намного выше. По данным профессора И. Я. Балкова, в производстве сахарной свеклы в РФ уже несколько лет использование иностранных гибридных семян составляет 90-100%. Это связано с неконкурентоспособностью сортов и гибридов российской селекции как по потенциальной продуктивности, так и по сахаристости. Схожая картина наблюдается для российских гибридов кукурузы и сортов овощных культур. Поэтому прежде чем приступать к генетическим модификациям важнейших культур, надо начинать с улучшения селекции и семеноводства, чтобы использовать в создании ГМ-культур российские сорта и гибриды. Для этого требуется увеличение бюджетного финансирования, подготовка кадров и создание российских селекцентров.
– Как обстоят дела с наличием генов, ответственных за полезные признаки, например, устойчивость растений к экстремальным температурам, дефициту воды, гербицидам, насекомым и патогенным микроорганизмам?
– Работы по выявлению и выделению таких генов в РФ системно не ведутся, хотя существуют Центр Биоинженерии РАН и институт сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН (ВНИИСБ), Центры молекулярной биологии. Редкое исключение представляет работа лаборатории стрессоустойчивости растений ВНИИСБ, в которой под руководством д. б. н. А. В. Бабакова выделены гены транскрипционных факторов, регуляторных белков, белков холодового шока и антимикробных генов.
В распоряжении правительства РФ от 18 июля 2013 г. №1247-р. утвержден план мероприятий дорожной карты “Развития биотехнологий и генной инженерии”, в которой прописан пункт 57: “Создание центра функциональной геномики сельскохозяйственных растений, животных и аквакультуры”, срок исполнения – январь 2014 г., среди ответственных министерств – Минсельхоз России. Центр функциональной геномики сельхозрастений насущно необходим России. Он позволит иметь собственные, выделенные и запатентованные гены в РФ и не зависеть от генов, выделенных зарубежными учеными и компаниями при создании нового поколения устойчивых сортов.
– Вы говорили еще о двух компонентах, необходимых для получения российских ГМ-растений…
– Что касается третьей и четвертой компоненты получения ГМ-гибридов и сортов – системы генетической трансформации сельхозрастений и регуляторов экспрессии генов, то с ними в России ситуация выглядит достаточно благополучно. Я, например, много лет успешно разрабатываю методы культуры клеток злаков и методы генетической трансформации. Результатом работ нашего коллектива стали запатентованные способы генетической трансформации подсолнечника, сахарной свеклы и способ улучшения устойчивости пшеницы к клопу вредная черепашка (ИБР им. Н. К. Кольцова и РГАУ-ТСХА). В лаборатории д. б. н. С. В. Долгова (ИБХ им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН) проведены работы по регуляции экспрессии генов методом РНК интерференции – замолкания генов в трансгенных томатах. Трансформация важной масличной культуры рапса рутинно ведется в ВНИИСБ. В институте цитологии и генетики СО РАН лаборатория биоинженерии растений (зав. лабораторией Е. В. Дейнеко) разрабатывает технологии создания трансгенных растений для решения фундаментальных и прикладных задач, и изучается стабильность экспрессии и наследование чужеродных генов у трансгенных растений. В лаборатории генетической инженерии этого же института (зав. А. В. Кочетов) изучаются такие важные темы, как: промоторы пшеницы для экспрессии трансгенов; роль рибонуклеаз в механизмах устойчивости к патогенам; устойчивость растений к различным видам абиотических стрессов.
– Сколько потребуется времени для создания российских ГМ-сортов и гибридов для коммерческого выращивания?
– При нынешнем состоянии науки в РФ первые результаты, как ни странно, могут быть получены уже через 3-4 года. Тем не менее я считаю, что в ближайшие 5 лет российские биотехнологи неспособны обеспечить страну ГМ-гибридами основных культур. Даже если немедленно приступить к финансированию готовых инновационных проектов для полного самообеспечения РФ новым поколением ГМ-культур, устойчивых к абиотическим (засухе, засолению, экстремальным температурам и гербицидам) и биотическим (насекомым, вирусам, патогенным микроорганизмам) стрессам среды, потребуется порядка 10 лет.
– Какие культуры наиболее вероятно станут объектами генной модификации в России и почему?
– Сахарная свекла, пшеница, картофель, кукуруза, лен и рапс.
Для сахарной свеклы мы еще в 2006 г. разработали методику получения трансгенных растений Beta vulgaris, устойчивых к гербицидам. Производители сахарной свеклы ждут такие ГМ-гибриды, поскольку они позволят ввести новую технологию выращивания сахарной свеклы, намного более производительную и рентабельную, в разы уменьшающую применение гербицидов, расход горючего и затраты труда. Ген epsps, обеспечивающий устойчивость к глифосату, уже 3 года патентно свободен, поскольку срок действия патента “Монсанто” на него истек. Работы в этом направлении ведутся на Кубанской ССС.
ГМ-картофель, устойчивый к колорадскому жуку, создан в Центре Биоинженерия РАН по технологии и с Bt-геном, который принадлежит компании “Монсанто”. Устойчивые сорта были зарегистрированы, но вследствие отсутствия разрешения не выпущены для коммерческого использования.
Пшеница, устойчивая к главному вредителю злаков в России – клопу вредная черепашка, как мы уже говорили, разработана в нашей лаборатории.
Рапс успешно трансформируется во ВНИИСБ, но используются российские сорта, урожайность которых в 2-3 раза меньше, чем у зарубежных. Поскольку генноинженерные работы достаточно дороги, то эта “овчинка не стоит выделки”.
– Какие бюджетные вливания требуются для создания одного ГМ-сорта или гибрида?
– В США на создание, испытания, регистрацию и авторизацию одного сорта или гибрида требуется около $100 млн. В России только на создание ГМ-сорта или гибрида, по нашим оценкам, надо финансирование в 300 млн. руб. на 5 лет. Сколько потребуется на коммерциализацию ГМ-гибридов и ГМ-сортов в РФ, пока неизвестно.
– Где в России занимаются ГМ-разработками для сельского хозяйства?
– ВНИИСБ РАН; ИБХ им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН; РГАУ-МСХА им. К. А Тимирязева и ИБР им. Н. К. Кольцова РАН.
– Насколько высок уровень развития агробиотехнологии в России?
– К сожалению, в РФ все, что касается агробиотехнологии, Минсельхоз России несколько лет не финансирует, а для Министерства науки и образования растениеводство остается непрофильным направлением. В головном институте РАН – Институте общей генетики им. Н. И. Вавилова работы по получению трансгенных растений не ведутся. Центр Биоинженерии РАН, в котором активно занимались созданием ГМ-картофеля и ГМ-сахарной свеклы до 2007 г., эти работы прекратил. Фундаментальные исследования по разработке трансгенных растений ведутся в Институте цитологии и генетики СО РАН, но объектами этих работ выступают модельные растения. Методами трансформации пшеницы и других важных культур этот институт не владеет. Вследствие этого наблюдается сильнейшее отставание российской биотехнологии от мировой.
В мире к настоящему времени подробно описаны молекулярные механизмы и выделены гены транскрипционных факторов, определяющих толерантность растений к засухе с помощью транскриптомной, метаболомной и протеомной платформ. Ученые в геномных центрах Австралии, Великобритании, США, Франции исследуют состав генома, экспрессию генов и метаболических процессов злаков и других культур, чтобы понять сложные процессы, протекающие в растениях при стрессовых условиях. Новые фундаментальные идеи должны ускорить производство новых сортов, которые могут справиться с неблагоприятными условиями окружающей среды.
– “Защита растений” публиковала открытое письмо группы ученых к председателю правительства, призывающих остановить ненаучные гонения на ГМО и дать “зеленый свет” российским биотехнологиям. Как, на ваш взгляд, должен выглядеть “режима максимального благоприятствования российским разработкам в области ГМ-культур”?
– Первое, что необходимо, – это изменить отношение правительства РФ к разработкам в области ГМ-культур. На высшем уровне в стране нет понимания главных тенденций развития современного растениеводства.
Второе – немедленно начать существенное финансирование готовых крупных, национально-значимых инновационных проектов. На базе выполнения таких проектов сформируются научные коллективы и будут подготовлены необходимые кадры, которых остро не хватает.
Нужно также в разы повысить заплату научным сотрудникам и аспирантам, поскольку сегодня у молодых людей в России нет мотивации заниматься научной деятельностью. Средняя зарплата по Москве составляет 50 тыс. руб., зарплата кандидата наук со степенью – 20 тыс. руб., доктора наук – 30 тыс. руб. В таких условиях все квалифицированные сотрудники иммигрируют. Наконец, следует ускорить разработку правовых актов о генноинженерной деятельности, регистрации и коммерциализации ГМ-культур в России.
– Что нужно для того, чтобы объединить работу биотехнологов и селекционеров с целью создания российских ГМ-сортов и гибридов? С какими трудностями сталкиваются генетики и биотехнологи в России и как их можно решить, на ваш взгляд?
– Нужна политическая воля правительства РФ, основанная на научном подходе, и завершение “Комплексной программы развития биотехнологий в РФ до 2020 г., утвержденной президентом РФ Владимиром Путиным. Нужно финансирование этой программы и в первую очередь инновационных проектов создания нового поколения ГМ-культур, устойчивых к абиотическим и биотическим факторам среды. Пока правят бал люди, наживающиеся на создании страшилок о ГМО. Научной экспертизы, на которой настаивает Министерство образования и науки, пока нет, и совместные письма ученых в поддержку генной инженерии, несмотря на все наши старания, не работают. Хотя в некоторых СМИ и в газете “Защита растений” был опубликован ряд прекрасных статей о ГМО и необходимости внедрения новых технологий для создания высокотехнологичного растениеводства в России, которое может стать конкурентоспособным и рентабельным. (agroxxi.ru/Пищепром Украины и мира)