Чи таке шкідливе ГМО для вирощування і використання у їжу в Україні?

Сергій Хаблак, д.б.н.

Кінець 20-го століття в біології завершився створенням нових напрямів, таких як біотехнологія та генна інженерія. Наразі генна (генетична) інженерія являє собою потужний інструмент для проведення фундаментальних досліджень у галузі генетики рослин. Методи генної інженерії широко використовуються в прикладних дослідженнях. На сучасному світовому ринку комерціалізовано десятки нових біотехнологічних культур (соя, кукурудза, ріпак, бавовник, цукровий буряк, папайя, гарбуз, тополя, томат, солодкий перець), створених на основі генетично модифікованих рослин.

У найближчі роки цей список поповниться новими біотехнологічними культурами, які зараз проходять завершальні тести та випробування у науково-дослідних центрах та лабораторіях світу. Поява на ринку фармпрепаратів, створених на основі генетично модифікованих рослин, а також збільшення на два порядки посівних площ під біотехнологічними культурами у 2022 р. порівняно з 1996 р. (до 200 млн га) свідчать про те, що технології із застосуванням методів генної інженерії затребувані і є технологіями майбутнього. Для забезпечення продовольчої безпеки і конкуренції на світовому ринку важливо, щоб в Україні цей напрям досліджень підтримувався й розвивався, а ГМО сорти та гібриди почали вирощувати офіційно.

ГМО в Україні

Наразі ще наявне насторожене ставлення громадськості в Україні і в деяких країнах до харчових продуктів, отриманих з використанням сировини з трансгенних рослин. В основі такого ставлення найчастіше лежать економічні причини, засновані на конкуренції великих біотехнологічних фірм-виробників генетично модифікованих рослин та мультикомпаній з виробництва засобів захисту рослин. Побоювання спрямовані на «захист» ринків від припливу більш дешевих технологій виробництва продовольчої сировини та захисту класичної селекції й отриманих без використання молекулярних методів біології гібридів і сортів від ГМО-рослин, а також побоювання щодо концентрації 90% патентів на технологій створення ГМО-культур у невеликої кількості мультикомпаній.

Через різні причини в Україні розгораються дискусії, які привертають увагу до проблеми вирощування ГМО-рослин, реєстрації, контролю і обігу ГМО-культур, виявлення «чужорідних генів» у сировині. Створюється ілюзія необхідності заборони вирощування ГМО-рослин через відсутність на них прибутку, вивезення та використання сировини з генетично модифікованих рослин, оскільки вони начебто становлять загрозу здоров'ю. Активно маркуються як генетично модифіковані продукти, так і не ГМО продукти, що дає змогу споживачам самостійно вирішувати питання щодо їх використання.

З цього приводу важливо звернути увагу на те, що будь-які біотехнологічні культури, перед тим як отримати дозвіл на великомасштабний випуск, піддаються експертизі, яка включає оцінку відповідності хімічного складу вихідних (не трансгенних) та трансгенних рослин. Проводиться оцінка, чи не погіршилася біологічна цінність і засвоюваність приготовлених з генетично модифікованих рослин продуктів, чи не викликають окремі компоненти алергічні реакції, чи не стануть вони канцерогенними, токсичними або мутагенними, а також чи не чинять вони негативного впливу на репродуктивні функції тварин та людини. Отримані трансгенні рослини проходять випробування на біобезпеку, що включає оцінку можливих шляхів перенесення вбудованих в геном рослини трансгенів в інші організми і, зокрема, у споріднені види, шляхом їх природного перезапилення. Оцінюється, чи не впливає новий ген на ураження отриманих трансгенних рослин хворобами та шкідниками, а також чи не впливають такі рослини на ґрунтову мікрофлору й інші складові біоценозу. У країнах, де вирощують трансгенні рослини, створено спеціальні комісії для їх перевірки та реєстрації.

Останнім часом також активно обговорюється питання дозволу вирощування ГМО в Україні. В Україні можуть легалізувати вирощування генно-модифікованої сільськогосподарської продукції. Діюча система реєстрації та контролю за обігом ГМО так чи інакше потребує змін. Фактично в Україні зараз нелегально у великих обсягах вирощуються окремі ГМ сільськогосподарські культури. Їх частка неконтрольовано збільшується з року в рік і зараз потрібно урегулювати це питання.

Побоювання та застереження щодо культивування ГМО

Нині в центрі уваги законопроєкт про ГМ-продукцію. Ринок зараз поділений на два табори: з одного боку, частина агрохолдингів та продавці насіння ГМ-культур виступають за якнайскоріше його прийняття, а з другого — Українська зернова асоціація (УЗА) і насіннєві компанії, які виступають проти. Є побоювання, що офіційне вирощування ГМО в Україні призведе до додаткових величезних витрат передусім для фермерів і трейдерів, адже зараз країна працює на преміальних ринках не-ГМ кукурудзи, ріпаку та сої і доведеться перебудовувати зв’язки та логістику. Також запевнюють, що часто Китай купує ГМ-кукурудзу дешевше, ніж не ГМ. Проте не завжди Китай чи Європа дорожче купують ГМ-кукурудзу і не ГМ-соєву олію порівняно з ГМ. Не завжди фактор ГМ є визначальним у вартості зерна, а головними є інші більш важливі параметри якості зерна. Багато чого залежить від типу контракту, а також від інших параметрів якості зерна, які залежать від технології, умов вирощування, погодних чинників. При чому не часто діють бонуси на не ГМО і не завжди є різниця у вартості між ГМ і не ГМ зерном. Насправді ринок сам відрегулює ці питання, і якщо з економічної точки зору буде не вигідно вирощувати і продавати ГМ зерно, то його частка порівняно зі звичайним зерном буде зменшуватися. Насправді ж навпаки — спостерігається збільшення площ (наразі нелегального) вирощування ГМ-культур в країні.

Є також побоювання щодо перехреснозапильних культур, тобто якщо в Україні дозволять вирощувати ГМ-ріпак, кукурудзу, соняшник, то у всіх експортних партіях з українським ріпаком будуть знаходити ГМО і знадобиться платити штрафи по форвардних контрактах. Проте в Україні, за різними оцінками, вирощується до 70% ГМ-сої. По ріпаку, за різними даними, ця цифра сягає 30%. Окрім того, вирощують високоолеїновий соняшник на площі понад 490 тис. га, частка якого з кожним роком збільшується, а також насіннєві посіви кукурудзи, соняшнику, для яких також важлива просторова ізоляція від перехресного запилення. При цьому, в разі дотримання відповідних правил при вирощуванні високоолеїнового соняшнику, «жахливих речей» з перехреснозапиленням не відбувається. Урожай високоолеїнового соняшнику залежно від року досягає 1 млн тонн.

Для вирощування високоолеїнового соняшнику, насіннєвих посівів кукурудзи та соняшнику є певні правила щодо просторової ізоляції, обкосу країв поля, які мінімізують ризики перезапилення рослин.

Є такі трактування, що при вирощуванні ГМ-культур виникає сумнівна економія коштів від захисту від бур'янів, хвороб і шкідників. Але все залежить від того, з якої точки зору дивитися на це питання. Головна економія у вирощуванні ГМ-рослин полягає у тому, що у сортів і гібридів, стійких до гербіцидів, комах-шкідників, хвороб, посухи та інших абіотичних факторів, а також зі збалансованим складом амінокислот та зміненим складом жирних кислот, полегшується захист від бур'янів та знижується собівартість продукції через зменшення застосування інсектицидів і фунгіцидів, а головне покращується якість і підвищується урожайність. Рослини чи зерно може також набувати нових властивостей, клітини яких синтезують і накопичують білки з різних гетерологічних систем, які можна використовуються в медицині та фармакології, важливих у терапії різних захворювань, які могли б бути використані як «їстівні вакцини».

Генетична інженерія — це відносно новий напрям у діяльності людини, який існував у природі до нас, існує і зараз, а ми його тільки відкрили і спрямували собі на користь. Це дає змогу цілеспрямовано, за заздалегідь наміченою програмою, експериментально модифікувати геном з використанням генетичної інформації з різних гетерологічних систем: вірусів, бактерій, комах, тварин та людини. За допомогою генетичної інженерії стає можливим змінювати структуру генів, створювати нові, у тому числі й гібридні гени. Застосування генно-інженерних методів істотно розширило можливості модифікації геномів всередині рослинного царства, оскільки дозволило переносити гени між таксономічно віддаленими видами рослин, що належать, наприклад, до класів однодольних та дводольних.

На сьогодні чітко простежуються три аспекти використання трансгенних рослин:

1. вивчення фундаментальних проблем функціонування генів у рослин;
2. трансгенні рослини — біореактори фармацевтично цінних білків;
3. поліпшення якості та господарсько цінних ознак важливих сільськогосподарських культур і декоративних рослин.

Приклади успішних розробок з ГМ-культурами, що вже реалізовані у світі

Поліпшення господарсько цінних ознак сільськогосподарських культур має на увазі комерціалізацію генетично модифікованих сортів рослин. Використання генно-інженерних методів для перенесення генів, що визначають господарсько цінні ознаки, відкрило великі перспективи для поліпшення важливих сільгоспкультур. На сучасному етапі селекції селекціонери стикаються з проблемою нестачі вихідного матеріалу з покращеними характеристиками, який можна було залучати до створення нових сортів і гібридів. Проте за допомогою генно-інженерних методів з перенесенням генів можливо створювати вихідний матеріал з кращими господарсько цінними ознаками і використовувати його у традиційній селекції для її прискорення.

Насправді усі сорти і гібриди через направлену селекцію на покращення властивостей мають змінений геном з постійно оновлюючими генами. У природі у рослин, тварин, грибів, вірусів, бактерій постійно відбувається обмін нуклеотидами і ділянками генів. Уявлення на ділення рослин на ГМО і не ГМО з цієї точки зору вже не актуальне, а подальший прогрес у цьому напрямі досліджень тільки поглибить це уявлення і зітре надуману межу між ГМ і не ГМ рослинами.

Останнім часом створено трансгенні рослини, стійкі до гербіцидів, комах-шкідників, вірусів та хвороб; рослини зі збалансованим складом амінокислот та зміненим складом жирних кислот; декоративні сорти зі зміненим забарвленням квітів тощо. Зокрема, важливим успіхом генної інженерії є створення нового сорту рису з підвищеним вмістом провітаміну А, заліза та фолієвої кислоти. Вживання такого «золотого» рису дозволяє компенсувати нестачу вітаміну А в повсякденному раціоні, особливо в країнах, що зазнають його дефіциту. Ще один сорт рису (високопродуктивний, стійкий до посухи та засолення ґрунтів, створили американські вчені з Корнуельського університету. Вони перенесли в рослинний геном від звичайної кишкової палички, яка мешкає у шлунку людей, два гени, що контролюють синтез вуглеводу трегалози, який забезпечує високу стійкість рослин як до високих, так і низьких температур.

Отримано дозвіл на культивування нового сорту біотехнологічної картоплі Фортуна, стійкої до фітофторозу, що дає змогу скоротити кількість обробок фунгіцидами і знизити втрати урожайності. І таких прикладів наразі багато.

У Світі збільшується кількість досліджень з редагування генома та створення гібридів і сортів за допомогою методів молекулярної біології. Це прямий шлях до зменшення собівартості продукції на світовому ринку і збільшення її конкурентоспроможності.

Скажімо, різноманітні стартапи, які підтримують транснаціональні корпорації та деякі міжнародні дослідницькі інститути, інвестують значні кошти в розведення черешні завдяки технологіям допоміжної еволюції. Завдяки новим технологіям генетичного редагування найближчим часом будуть представлені унікальні сорти черешні. Вони будуть без кісточок та стійкі до розтріскування й хвороб, а також здатні адаптуватися до кліматичних змін. Технології допоміжної еволюції дозволять отримати покращені сорти, ідентичні традиційним, але за нижчою ціною, ніж ті, які отримані при звичайній селекції, — завдяки швидшим і точнішим методам селекції.

Тут показовий приклад Індії. У 2002 році вона вперше дозволила вирощувати генетично модифіковану бавовну. І цей крок допоміг їй перетворитись на виробника бавовни №1 у світі та другого за величиною експортера, оскільки виробництво підскочило в 4 рази. Індія також надала екологічний дозвіл на виробництво і вирощування генетично модифікованого насіння гірчиці, проклавши шлях для комерційного використання своєї першої ГМ-культури та зменшення імпортозалежності. Індія є найбільшим у світі імпортером харчових олій, і 70% свого попиту на них задовольняє за рахунок ввезення з Аргентини, Бразилії, Індонезії, Малайзії, України. Тому влада Індії прагне стимулювати використання в сільському господарстві сучасних технологій, не виключаючи і генного модифікування. Це — з метою забезпечення продовольчої безпеки країни та зниження залежності від імпорту продуктів харчування. Тільки в 2021-2022 фінансовому році Індія витратила рекордні $19 млрд на ввезення рослинних олій. На думку вчених, населення Індії, що росте, і скорочення придатних для обробітку земель означають необхідність переходу на більш ефективні методи ведення сільського господарства. Однак багато екоактивістів побоюються впровадження генетично модифікованих культур. Наприклад, завдяки їхньому лобізму, у 2010 році в Індії було заборонено вирощування генетично модифікованих сортів баклажанів.

А у США, наприклад, дозволили вирощувати фіолетові ГМ-помідори, здатні стримувати розвиток раку і діабету. Для цього були включені гени рослини ротиків (левиного зіва) до ДНК томатів. У результаті дослідникам вдалося створити помідори, які містили високий рівень антоціанів. Перевага підвищеного рівня антоціанів у фіолетових помідорах полягає у подвоєнні терміну їх зберігання порівняно з червоними. Антоціани допомагають затримувати перезрівання плодів і знижують сприйнятливість плодів до ураження грибами після збирання врожаю. Вони також захищають рослини від пошкодження ультрафіолетом і від хвороботворних мікроорганізмів, а також можуть бути корисними для здоров’я людей. Дослідження інших харчових продуктів, що їх містять, пов’язують їх зі зниженням запалення та ризиком діабету другого типу й раку. Вони також можуть захистити мозок від таких захворювань, як деменція. Очікується, що фіолетові помідори будуть доступні для продажу в США вже в 2023 році.

У Великій Британії випробовують ГМ-пшеницю з підвищеним вмістом заліза та цинку в зерні. Продукція з такої пшениці має значні переваги для харчування, особливо для тих, хто страждає від недоїдання. Пшениця була модифікована за допомогою двох генів, які беруть участь у транспортуванні поживних речовин навколо рослини. Було ідентифіковано ген пшениці, що кодує вакуолярний транспортер заліза (VIT2), який допомагає секвеструвати залізо в конкретних компартментах клітини. Інший ген нікотинамід синтази (NAS2) з рису, відповідальний за транспортування поживних речовин навколо рослини, був перенесений у лінію пшениці разом із VIT2. Завдяки підвищенню рівня NAS2 у рослині пшениці залізо та цинк стають більш рухливими, і більша їх кількість переміщується в зерна.

За останній рік Департамент сільського господарства Сполучених Штатів (USDA) відкрив зелене світло на розвиток і впровадження 70 нових біотехнологічних культур з відредагованими генами. Культури з відредагованими генами не потребують такого ж рівня тестування і контролю, як традиційні ГМО. Фахівці галузі стверджують, що нові методи редагування генів, такі як CRISPR, дозволяють багатьом компаніям досягати неймовірних результатів без великих інвестицій та часових витрат. Підкреслюється, що видозмінені рослини нічим не відрізняються від отриманих селекційним шляхом. Культури з новими ознаками, створеними без використання трансгенів (тобто генів, запозичених у інших видів), не відповідають визначенню регульованих ГМО. Замість цього редагування генів вважається технологією селекції рослин.

Галузі застосування ГМО у світі

Потенційна сфера застосування трансгенних рослин надзвичайно широка. Наприклад, створені рослини для очищення навколишнього середовища від різноманітних забруднень, у тому числі важких металів; для біодеградації полімерів тощо. Методами генетичної інженерії можна змінювати ростові характеристики рослин, створюючи мініатюрні карликові форми декоративних культур.

Перші досягнення в галузі генної інженерії рослин досить швидко знайшли застосування у практиці. Перші трансгенні рослини були створені на початку 80-х років минулого століття, і вже 1994 р. у США було отримано перший дозвіл на генетично модифікований харчовий продукт — томати «Flavr Savr», а 1995 р. відзначений вихід на ринок трансгенних рослин кукурудзи (Bt-кукурудзи), стійких до комах-шкідників. Площі, які займали перші комерційні сорти генетично модифікованих рослин, у 1996 р. становили 1,7 млн ​​га. 30-річний період комерціалізації трансгенних сортів рослин відзначався постійним неухильним ростом площ та великомасштабним виходом нових сортів, створених на основі генетично модифікованих рослин.

У 2022 р. площі, що виділені під вирощування біотехнологічних культур, становили понад 200 млн га. Це свідчить про те, що використання біотехнологічних культур є найбільш швидко адаптованою сільськогосподарською технологією.

До 2012 року близько 17 млн фермерів у 28 країнах розміщують трансгенні рослини на своїх полях. Всього біотехнологічні культури вирощуються в 28 країнах, а в 31 країні дозволено їх ввезення, тобто в 59 країнах світу генетично модифіковані культури використовуються для економічних цілей.

Трансгенні рослини — біопродуценти фармацевтично цінних білків ветеринарного і медичного призначення (біофармінг). Для медичних цілей рослини використовуються людством вже багато тисяч років. Однак лише на рубежі ХХ-ХХІ ст. з допомогою методів генетичної інженерії стало можливим створювати нові типи рослин, в тканинах яких синтезуються і накопичуються білки з різних гетерологічних систем, використовувані в медицині та фармакології.

На цей час створені трансгенні рослини, в ядерний та хлоропластний геноми яких перенесено гени, що контролюють синтез рекомбінантних білків, важливих у терапії різних захворювань. Генетично модифіковані рослини можуть служити дешевшим джерелом рекомбінантних білків у порівнянні з традиційними системами експресії на основі бактерій, дріжджів, культур клітин комах та ссавців. Заслуговує на увагу застосування трансгенних рослин для синтезу білків медичного призначення, які могли б бути використані як «їстівні вакцини».

Принципи формування імунної відповіді при використанні «їстівних» вакцин заснований на антиген-представницькій здатності перитонеальних макрофагів тонкого шлунку ссавців. У шлунку чужорідний білок, що має антигенні властивості, розпізнається спеціальними М-клітинами, які широко представлені в товщі слизового епітелію. М-клітини транспортують захоплений антиген до перитонеальних макрофагів та В-лімфоцитів, що містяться в лімфоїдних утворення тонкого кишечника (пейєрових бляшках).

В результаті презентації антигену на поверхні антиген-представляючих клітин відбувається активація Т-лімфоцитів-хелперів, які у поєднанні з антигеном активують В-лімфоцити. Диференційовані В-клітини виходять із лімфоїдних фолікулів слизової оболонки і надходять через загальну циркулюцію в мезентральні лімфатичні вузли, де відбуваються їх дозрівання та перетворення в плазматичні клітини, що синтезують специфічні антитіла. Плазматичні клітини здатні знову мігрувати до слизових оболонкам дихальних шляхів, шлунково-кишечного та сечостатевого трактів. Секреторні імуноглобуліни IgA транспортуються на поверхня слизових оболонок, де зв'язуються з чужорідними антигенами та перешкоджають їх проникненню в організм.

Наразі рослинні клітини є дуже перспективною альтернативною системою експресії для отримання рекомбінантних білків медичного призначення в багатьох провідних біотехнологічних лабораторіях та комерційних фірмах. Основну увагу дослідників спрямовано на створення трансгенних рослин — біореакторів фармацевтично цінних білків з використанням ядерної трансформації, тобто доставкою чужорідного гена в ядерний геном рослини. Серед компаній, діяльність яких заснована на використанні трансгенних рослин з ядерною трансформацією, слід відзначити фірми «Рrotalix» (Ізраїль), «Medicago» (Канада), «Lemna Gene» (Франція), «Planet Biotechnology» (США), «ProgyGene»(Люксембург). Такі фірми, як «Shlorogen Inc.» (США) та «Bayer AG» (Німеччина), для отримання рекомбінантних білків використовують транспластомні рослини (доставка трансгена в хлоропластовий геном), а також транзієнтну експресію чужорідних генів у рослинних клітинах (метод агроінфільтрації).

CRISPR-Cas9 — технологія для спрямованого редагування геномів. На даний момент CRISPR вважають найбільш важливим технологічним нововведенням у науках про життя з часів винаходу полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР), відкритої трьома десятиліттями раніше. За впровадження методів редагування генів за допомогою CRISPR-Cas9 Дженніфер Дудна та Емманюель Шарпантьє отримали Нобелівську премію з хімії 2020 року.

Використання методик CRISPR-Cas9 для спрямованого редагування геномів є перспективним напрямом у сучасній генній інженерії. Технологія CRISPR-Cas успішно застосовується в генній інженерії рослин, у тому числі декоративних рослин (наприклад, петунії) та багатьох важливих сільськогосподарських культур: рису, сої, пшениці, сорго, кукурудзи, томату та апельсину. Досліджуються можливості впровадження систем CRISPR-Cas у культурні рослини до створення противірусного імунітету. Для генної інженерії рослин може використовуватися система CRISPR-Cpf1. Останні роки вчені широко використовують підходи на основі систем CRISPR-Cas у медицині при лікуванні спадкових захворювань, для адресної доставки ліків та їх вивільнення при зовнішній дії.

Сергій Хаблак, агроном, доктор біологічних наук, Інститут харчової біотехнології та геноміки

Спецвипуск щорічного інфографічного довідника

Вся інформація про український аграрний фронт