Можно ли, съев ГМ-продукты, приобрестиустойчивость к антибиотикам?
А.Л. Конов, специалист по генетическойинженерии растений
Среди проблем,обсуждаемых в связи с возделыванием ГМ-культур, одна из главных — возможностьпередачи генов от ГМ-растений к другим обитателям биоценоза и микроорганизмамризосферы, а также от ГМ-продуктов к бактериям желудочно-кишечного трактачеловека и животных. О чем же идет речь?
Во-первых, этоперенос генов (в основном устойчивости к гербицидам) от ГМ-растений к обычным(прежде всего сорнякам) за счет опыления на полях и делянках. Такойтрадиционный способ (опыление с образованием потомства) определяют термином«вертикальный перенос». Это — тема отдельного обсуждения, скажем только, чториск перекрестного опыления и, соответственно, обмена генами между разнымивидами растений различен для разных сельскохозяйственных культур и регионов и впринципе устраним правильными агротехническими приемами и превентивнымизащитными мерами.
Здесь же речьпойдет о другой проблеме — «горизонтальном» переносе генов (ГПГ) от ГМ-растенийк бактериям, а от них — к другим растениям, животным и человеку за счетестественной трансформации, т. е. передачи ДНК от одного организма к другому.Многие ГМ-растения содержат не только «целевые» гены (скажем, устойчивости кпатогенам или гербицидам), но и гены устойчивости к селективным агентам,например антибиотикам (подробнее об этом см. «ЭиЖ», 2001, №2, с. 66). Могут лиони из ГМ-растений попасть в микрофлору почв или от ГМ-пищи — к бактериямжелудочно-кишечного тракта животных и человека? Каков риск этого? Следует лиего опасаться или важнее обратить внимание на другие риски, связанные не сгенной инженерией, а, например, с обычными бактериями или агротехническимимероприятиями?
Перенос переносурознь. Что же такое ГПГ? Напомним, что вся информация об организме — отбактерии до человека — хранится (точнее, кодируется) в его ДНК. Знаменитаядвойная спираль молекулы ДНК состоит всего из 4 оснований: А (аденин), Т(тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин). Две нити ДНК связаны углеводородными«мостиками», соединяющими между собой (по принципу «ключ — замок»)соответствующие друг другу по химическому строению «концы» оснований (А — Т и Г— Ц). Допустим, нить ДНК представлена последовательностью: ТТТАТТГТТГЦТ.Разобьем ее на «слова» из трех «букв»: ТТТ АТТ ГТТ ГЦТ — это и естьгенетический код, в котором каждое «слово» (триплет, или кодон) кодируетопределенную аминокислоту. Так, выбранная последовательность кодирует короткийпептид (небольшой белок) из четырех аминокислот: фенилаланина, изолейцина,валина и аланина. Когда говорят об «экспрессии» генов (реализации в клеткезакодированной в ДНК информации), подразумевают, что кодоны считываютсяспециальными ферментами клетки с образованием промежуточной информационноймолекулы и-РНК (этап транскрипции), считывание триплетов которой (этаптрансляции) происходит в рибосомах с образованием белков.
Эти упрощенноописанные строение и механизм работы генетического аппарата, оказывается, единыдля всего живого. Поэтому одновременно существующие в природе формы (не толькоблизкородственные) в принципе могут обмениваться генами. Такой перенос наследственнойинформации не от родителей к потомству, а между одновременно существующимиорганизмами и назвали ГПГ.
Природныемеханизмы ГПГ. У бактерий ГПГ — один из важнейших механизмов эволюции (есть уних и половое размножение, но примитивное, без образования гамет и слиянияклеток). В Царстве бактерий можно выделить три основных способа ГПГ:трансдукция, конъюгация, трансформация. При трансдукции фрагменты ДНК отбактерии-донора к реципиенту переносят бактериофаги (вирусы, поражающиебактерий). При конъюгации обмен генами происходит в результате контакта междуклетками. Наконец, трансформация — это естественный захват бактерией чужероднойДНК с последующей экспрессией генов этой ДНК, причем, как и при трансдукции,контакт клеток не обязателен. Ученые считают, что вклад трансформации в ГПГ, посравнению с остальными механизмами, у бактерий невелик. Это важно, ибоединственным способом ГПГ от растений к бактериям в природе оказывается именнотрансформация.
ГПГ: опасностимнимые и подлинные. Бактерии несут разные гены устойчивости, которые ученыенаучились использовать в генной инженерии. Так, ген устойчивости к колорадскомужуку, который защищает ГМ-картофель от вредителя, выделен из бактерии Bacillusthuringiensis, живущей на листьях картофеля и в почве и абсолютно безвреднойдля человека, а ген устойчивости к антибиотику канамицину (используемый дляотбора ГМ-растений) — из всем известной кишечной палочки.
Потребляя овощи ифрукты с собственных грядок, мы уверены, что едим «экологически чистую» пищу.Но даже если мы тщательно вымоем овощи и фрукты, с пищей в организм попадутбактерии, в том числе и те, что могут нести различные гены устойчивости. Междутем обмен генами (природная «генная инженерия») — один из основных механизмовэволюции бактерий. А болезнетворные формы той же кишечной палочки опасны дляздоровья человека. Именно за счет трансформации генами других бактерий еебезвредные формы превращаются в патогенные.
Итак, прежде чемоценить риск неконтролируемого переноса гена (трансгена) из растения в бактерии,следует уяснить роль ГПГ в передаче наследственной информации между самимибактериями, обратив особое внимание на перенос болезнетворных генов и геновустойчивости к антибиотикам.
Бактерии иантибиотики. В последние годы ГПГ обнаружен у патогенных микроорганизмов(Salmonella, Acinetobacter, Streptococcus). Особо опасен он междустрептококками и кишечной палочкой. Очевидно, что ГПГ с участием болезнетворныхмикробов серьезно влияет на возникновение и развитие различных заболеваний.Этот распространенный в природе механизм ныне привлекает пристальное вниманиеэпидемиологов, которые надеются с его помощью разобраться в прежде необъяснимыхвспышках опасных болезней.
Многиемикроорганизмы вырабатывают антибиотики. В их числе и такие бактерии, какStreptomycetes spp., Erwinia carotovora, Pseudomonas aureofaciens. По мнениюряда авторов, ГПГ сыграл важную роль в эволюции генов антибиотиков устрептомицетов и ряда других бактерий.
С другой стороны,многие бактерии обладают генами устойчивости к антибиотикам. Развитие у рядаболезнетворных бактерий устойчивости к нескольким видам антибиотиковбольшинство ученых связывают именно с ГПГ, при котором та или иная бактерия нетолько сохранила «свой» ген устойчивости, но и приобрела «чужие». Чем ширеприменяют антибиотики в медицине, тем больше становится устойчивых к ниммикробов.
Так, ген nptII,обеспечивающий устойчивость к канамицину и ряду других антибиотиков, частоиспользуют в ГМ-растениях как маркер — ген, непосредственно не определяющийкакой-либо признак, но позволяющий судить о его передаче. (ГМ-растения,содержащие этот ген, прекрасно себя чувствуют в питательной среде, кудадобавлен антибиотик. В отличие от них обычные растения, в которых этого генанет, теряют способность к фотосинтезу и погибают.) Так вот, при оценкегипотетических рисков передачи этого гена от ГМ-растений бактериям не мешало быучесть, насколько широко он распространен в природе (найден в бактериях изстоков, навоза, речной воды, почв, кишечного тракта человека и животных), гдевполне возможен его перенос из одних бактерий в другие.
Но несмотря на этоего использование (как и других маркеров) в ГМ-растениях находится поджесточайшим контролем. Не означает ли это, что возможен ГПГ из растений вбактерии?
От растений — кбактериЯм. Попробуем оценить вероятность ГПГ от растений к бактериям, вкладэтого процесса в общий ГПГ и понять, опасен ли он. Как уже отмечалось,единственный природный механизм этого процесса — трансформация. Вероятность (аследовательно, и роль в эволюции) ГПГ от растений к бактериям зависит от рядаобстоятельств, которые должны совпасть, чтобы этот перенос произошел вестественной экосистеме:
выходнеповрежденной ДНК в окружающую среду;
ее абсорбциячастицами почвы для защиты от разрушения ферментами;
наличие«пригодных» для трансформации видов бактерий;
созданиенеобходимых для этого условий;
эффективноепоглощение ДНК на поверхности бактериальных клеток;
эффективныйперенос ДНК в эти клетки;
интеграциячужеродной ДНК в геном бактерии-реципиента;
экспрессия геноввведенной ДНК в клетке-реципиенте.
В последние годыэти этапы подробно рассмотрены. Детально описаны и препятствия ГПГ, причемособое внимание уделено клеточным барьерам — абсорбции ДНК на поверхностибактериальной клетки и т. д. Собрано много данных о возможных примерахвзаимного ГПГ между про- и эукариотами в процессе эволюции. Но пока не удалосьнаблюдать ГПГ от ГМ-растений к бактериям в природных условиях. Действительно,трудно представить, чтобы все перечисленные требования оказались выполненнымиодновременно, да еще из десятков тысяч растительных генов в бактерию попал быименно тот, который пытаются «уловить». Означает ли это, что ГПГ от растений кбактериям в принципе невозможен?
Для ответа на этотвопрос провели исследования не в природных условиях, а в специально созданных,способствующих ГПГ. Их результаты собраны в таблице (символ «?» означает, чтопредсказание не подтверждено в эксперименте):
/>Очем говорят эти данные? В искусственных условиях можно «поймать» ГПГ отрастения к бактерии. По мнению исследователей, и в природе он мог происходитьи, возможно, даже играл определенную роль в эволюции. Но его вклад в общий ГПГмежду организмами пренебрежимо мал.
Не перенесем ли«Что-нибудь» за обедом? Способность к естественной трансформации пока выявленавсего у 40 представителей Царства бактерий, и лишь несколько из них относятся ккишечной флоре. Специалисты считают, что риска от употребления в пищуГМ-растений нет. Да и молоко, мясо и яйца от животных, которых кормилиГМ-пищей, эксперты сочли столь же безопасными, как и от животных, получавшихобычные корма.
В связи свозможной трансформацией бактерий желудочно-кишечного тракта вернемся к генуnptII, вызывающему устойчивость к антибиотику, пусть и устаревшему. Вероятностьего передачи из пищи микробам желудочно-кишечного тракта оценивается примернотак же, как и вероятность ГПГ от растений к бактериям почвы (правда, пока пищуготовят и переваривают, молекулы ДНК испытывают много разрушающих воздействий:механические, термические, ферментативные, так что в итоге уцелеть«перенесенному» гену трудно). Тем не менее в ряде руководств и правил,действующих в генной инженерии, учитывают как возможный перенос генов вмикроорганизмы желудочно-кишечного тракта, так и свойства белков — продуктовэтих генов. Например, в руководстве «Использование устойчивых к антибиотикамгенов-маркеров в трансгенных растениях», выпущенном в 1998 г. специальнымведомством США, оценивающим пищевую безопасность продуктов, указано, чтопродукт гена nptII (фермент неомицинфосфотрансфераза) нетоксичен и не вызываеталлергии и что употребление в пищу сырых ГМ-томатов, содержащих этот ген, невлияет на терапию с применением канамицина или схожих антибиотиков, например,неомицина (исследование проводили на томатах, но результаты применимы и,скажем, к картофелю — если кто-то любит картошку сырой). Там же отмечено, чтоналичие упомянутого фермента в кормах безопасно для скота. В итоге сделан выводо том, что присутствие гена устойчивости к канамицину в ГМ-растениях невызывает опасений с точки зрения эпидемиологии. Аналогичные выводы содержатся ив подготовленном в 2001 г. докладе Европейской федерации по биотехнологии.
Почему же растетустойчивость к антибиотикам? Итак, пока никто не обнаружил ГПГ от растений кбактериям в природных условиях. Тем не менее он, скорее всего, имел место вэволюции, хотя и гораздо реже, чем ГПГ среди самих прокариот. Во всяком случае,специалисты не исключают такой возможности, но признают, что из-за низкойвероятности процесса и несовершенства методов детектирования мы еще долго несможем «уловить» его в природе. Но экологическое значение этого исключительноредкого события будет зависеть от селекции перенесенного признака и егопоследующего распространения.
Нас окружают и внас живут бактерии, несущие гены устойчивости к разным антибиотикам, включая ите, что вводят в ГМ-растения. Для бактерий обмен генами (в частности,болезнетворными и устойчивости к антибиотикам) — «дело житейское».
Распространенностьв природе генов устойчивости к антибиотикам, с одной стороны, и частый ГПГмежду разными бактериями при все более широком применении антибиотиков — сдругой, порождают устойчивые к нескольким антибиотикам штаммы патогенныхмикробов. Злоупотребляя антибиотиками, мы создаем устойчивых к ним бактерий.Это заставляет искать все новые классы антибиотиков, отказываясь от прежних.Круг замыкается.
Так что проблемы сустойчивостью к антибиотикам в медицине и ветеринарии связаны снеконтролируемым использованием самих антибиотиков, а не с ГМ-растениями.
Список литературы
Для подготовкиданной работы были использованы материалы с сайта www.ecolife.ru/