Что такое редактирование генов и чем оно отличается от старой генной модификации и традиционной селекции?
Редактирование генов — это процедура генетической модификации, которая (чаще всего) начинается с создания разрыва двойной нити ДНК в определенном целевом месте генома. Создание двухцепочечного разрыва ДНК запускает механизмы восстановления ДНК, которые, в зависимости от постановки эксперимента по редактированию генов, могут привести к добавлению, удалению или изменению генетического материала в этом месте.
Именно целенаправленный характер двухцепочечного разрыва ДНК и возникающая в результате генетическая модификация дают основание утверждать, что редактирование генов является точным. Возможность редактирования генов нацеливаться на место модификации контрастирует со старыми методами генной модификации (ГМ), где ГМ-ген(ы) вставляются в места генома полуслучайным образом.
Однако на этом точность редактирования генов заканчивается. Затем разрыв в ДНК устраняется собственным механизмом восстановления клетки. Процесс восстановления ДНК после создания двухцепочечного разрыва ДНК с помощью инструмента редактирования генов (например, CRISPR/Cas) по своей сути является неточным.
С одной стороны, неточность в репарации ДНК используется для разрушения функции нативного гена, как предполагалось. С другой стороны, это может привести к непреднамеренному повреждению ДНК (мутациям) в геномных местах, отличных от целевого (нецелевые мутации), а также вызвать непреднамеренные мутации в предполагаемом месте редактирования (целевые мутации).
Эти непреднамеренные мутации, как в нецелевых, так и в нецелевых местах варьируются от крупных делеций, вставок и перестроек ДНК, включая хромотрипсис (катастрофическое разрушение и случайное воссоединение хромосомной области) и даже потерю целых хромосом. Это негативно влияет на функционирование многих генов, а не только на целевой ген(ы).
Важно отметить, что непреднамеренные мутации в результате редактирования генов происходят после того, как инструмент редактирования генов завершил свою задачу по созданию двухцепочечного разрыва ДНК. Это означает, что независимо от того, насколько «точно» направлен первоначальный разрыв двухцепочечной ДНК, эти нежелательные повреждения ДНК все равно будут иметь место, поскольку они возникают в результате процесса репарации ДНК, над который инженер-генетик мало контролирует.
Дополнительные проблемы, связанные с редактированием генов у растений
Непреднамеренное повреждение ДНК, возникающее в результате действия инструмента редактирования генов, выходит за рамки крупномасштабных общегеномных мутаций ДНК, которые возникают как неотъемлемая часть процесса редактирования генов в целом, который включает в себя дополнительные процедуры культивирования тканей растений и трансформации растительных клеток. Эти мутации, вызванные процессом редактирования генов, могут исчисляться сотнями и тысячами.
Важно отметить, что мутации, вызванные процессом редактирования генов по всему геному, заметно отличаются как по количеству, так и по качеству от генетических вариаций, возникающих в результате естественного размножения (традиционного размножения).
Во-первых, экспериментальные данные показывают, что непреднамеренных мутаций, возникающих в результате процесса редактирования генов, в несколько раз больше по количеству, чем генетических вариаций, возникающих в результате нескольких раундов естественного размножения.
Во-вторых, качество мутаций, возникающих в процессе редактирования генов, разительно отличается от генетических вариаций, возникающих в результате естественного размножения и даже в результате случайного мутагенеза скрещивания. Процесс редактирования генов приводит к крупномасштабным случайным мутациям всего генома. Но, напротив, генетическая изменчивость, возникающая в результате естественного размножения (и даже случайного мутагенеза), не является случайной: определенные участки генома защищены от мутаций.
Более того, в настоящее время имеются доказательства того, что генетические вариации, возникающие в результате естественного размножения растений, нацелены на определенные области генов направленным эволюционным образом, чтобы помочь растению адаптироваться к окружающей среде.
Крупномасштабные, случайные и неслучайные, целевые и нецелевые общегеномные мутации, которые неизбежно возникают в результате процесса редактирования генов в целом, приведут к заметным изменениям в глобальных моделях экспрессии генов. Это, в свою очередь, приводит к изменению биохимии и состава, что может включать выработку новых токсинов и аллергенов.
Миф о «чужой ДНК»
Часто утверждается, что редактирование генов эквивалентно традиционным методам селекции, поскольку предполагаемое изменение не предполагает введения чужеродной ДНК. Но это неверно. Исследования показывают, что чужеродная ДНК и даже полностью чужеродные гены могут быть введены в геном с помощью методов редактирования генов, как намеренно, так и случайно.
Аргумент «ГМ – это естественно»
В редких случаях было обнаружено, что чужеродный генетический материал попадал в растения в результате естественных событий. Это привело к заявлениям о том, что генетическая модификация естественна и не о чем беспокоиться.
Однако изначально такие события были редкими и локальными. И их результаты были бы отобраны за более чем эволюционное время. Любые события, которые привели к опасным последствиям, таким как токсичность или аллергенность, были бы обнаружены и отобраны фермерами и селекционерами.
Это не относится к редактированию генов и другим методам генетической модификации, которые могут привести к тому, что большое количество опасных культур будет широко высажено и потребляется по всему миру за относительно короткий промежуток времени, без возможности отследить причину каких-либо вредных последствий из-за глобализированного характера поставок продовольствия и (в некоторых случаях) отсутствия маркировки ГМО.
Разработчики ГМО часто заявляют, что они выведут чужеродную ДНК на последующих этапах скрещивания. Но невозможно удалить чужеродную ДНК из генома, если вы не знаете, что она там есть. И очевидно, что разработчики сельскохозяйственных ГМО не ищут должным образом таких эффектов. Они используют неправильные аналитические инструменты, поэтому это все равно, что искать потерянную связку ключей в темноте без какого-либо ночного видения.
Кроме того, анализ доктора Ива Берто, бывшего директора по исследованиям Французского национального института сельскохозяйственных исследований, показывает, что «очистка» скрещивания там, где оно проводится, ограничена привычками разработчиков, опытом и доступными возможностями. Таким образом, в большинстве случаев «очистка генома» путем обратного скрещивания проводится недостаточно тщательно. В результате непреднамеренные генетические повреждения могут остаться в готовом ГМО, поступающем на рынок, с потенциально опасными последствиями.
Выводы и рекомендации
Наука, лежащая в основе редактирования генов, подчеркивает, что эта технология не так точна, предсказуема и безопасна, как утверждают ее сторонники. Напротив, наука показывает, что редактирование генов отличается от естественной селекции и что генетически отредактированные продукты (растения и животные) представляют риски для здоровья и окружающей среды, которые необходимо оценивать в каждом конкретном случае в рамках жесткого режима регулирования. Таким образом, те, кто выступает за дерегулирование (отмена проверок безопасности, отслеживаемости и маркировки) таких продуктов, не придерживаются науки.
Источники:
genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-018-1458-5
frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00525/full
frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2023.1276226/full
nature.com/articles/s41586-021-04269-6
