Селекция растений и, по существу, вся эволюция растительного сообщества — это генетические изменения или модификация, закрепляемые в результате отбора растений каждого поколения по целевым признакам
Большинство новых фенотипических (внешних) признаков растения, в частности, физическое строение, развитие, биохимические или пищевые свойства, связаны с изменением генотипа растения. Традиционно в селекции растений используют случайное смешение генов близкородственных или совместимых видов, что часто сопровождается непредсказуемыми последствиями и всегда некими, еще не изученными, генетическими изменениями. В середине ХХ века появился метод, т. н. мутагенной селекции, когда семена или растения целиком обрабатывают мутагенными химикатами или частицами высокой энергии, рассчитывая получить усовершенствованный фенотип, далее селекционер отбирает экземпляры растений с нужными признаками. Незаданные и неизученные генетические изменения также сопровождают этот процесс. В историческом аспекте совсем недавно — в конце ХХ века, были разработаны методы переноса блока известных, детально охарактеризованных, генов, отвечающих за нужные признаки, с последующим точным анализом генетических и фенотипических изменений. Этот процесс получил название «трансгенеза» (так как гены переносят от организма донора в организм реципиента), или «генетической инженерии». Однако по существу этот термин применим к любой методике селекции.
Сельское хозяйство по всему миру в его современном состоянии неустойчиво, сопровождается массовой потерей плодородного слоя почвы, недопустимо интенсивным использованием пестицидов и пресной воды. При этом более 1 млрд из 6.8 миллиардов населения Земли недоедают, а к 2050 году ожидается, что население Земли вырастет еще на 2-2.5 млрд человек и достигнет 9 млрд, что еще больше заострит проблемы. Предполагаемые последствия изменения климата и сокращение запасов воды для сельского хозяйства также повлияют на нашу способность обеспечить растущее население продовольствием, все эти факторы совокупно требуют срочной разработки новых сельскохозяйственных систем и технологий. Выход, предлагаемый международным сообществом, заключается в разумном внедрении генной инженерии и других новых биотехнологий в сельское хозяйство.
Генно-инженерно модифицированная (ГМ) продукция многократно обсуждалась на всех уровнях: научным сообществом, в правительственных органах и широкой общественностью. Под эгидой Понтификальной академии наук Ватикана прошла Неделя науки (2009 г.), посвященная проблеме повышения продовольственной безопасности в развивающихся странах и необходимости совершенствования сельскохозяйственных культур и повышения продуктивности сельского хозяйства. В фокусе внимания - оценка преимуществ и рисков использования генетической инженерии и других сельскохозяйственных технологий на основе современных научных знаний и препятствия на пути ее эффективного использования из-за «излишне осторожного регулирования». Подробным результатам Недели науки в Ватикане посвящен специальный выпуск журнала New Biotechnology.*
[1] New Biotechnology V. 27, № 5, 2010).
В целом, эксперты, отобранные с учетом их научных заслуг в соответствующих областях знаний, а также их приверженности к объективности и независимости суждений, хотя и высказывали разные точки зрения и акцентировали внимание на различных проблемах, пришли к соглашению по принципиальным вопросам: нет никаких оснований утверждать, что использование генно-инженерных технологий для улучшения сельскохозяйственных культур наносит вред самим растениям или, что полученные с ее помощью продукты питания не являются безопасными.
Реализация генно-инженерной технологии, как и любой другой технологии, требует наличия правового поля и соответствующего подхода к регулированию. Разработанное развитыми странами чрезмерно строгое регулирование, сосредоточенное почти исключительно на гипотетическом риске ГМ сельскохозяйственных культур, ставит в неблагоприятные условия развивающиеся и небогатые страны, мелких и малоимущих производителей и поставщиков. Это крайне несправедливо по отношению к бедным людям. Урон, наносимый невозможностью использования технологии, обеспечивающей предсказуемый результат, невосполним из-за безвозвратной потери инвестиций, научно-исследовательских разработок и получаемых продуктов. Речь не идет о малоимущих как объектах для экспериментирования. Предполагается, что им будет гарантирован доступ к проверенной и безопасной технологии, уже широко используемой в развитых и развивающихся странах.
Генетическое улучшение сельскохозяйственных культур и декоративных растений представляет собой уже длительный процесс с использованием все более точных и предсказуемых технологий. В научном отчете ООН за 1989 год сказано следующее: «Поскольку молекулярные методы наиболее точны, те, кто их применяет, в большей степени уверены в том, какими признаками они наделяют растения, и, следовательно, реже получают незапланированные эффекты, чем при использовании обычных методов селекции».
Что касается долгосрочных последствий для эволюции в целом, согласно современному пониманию молекулярной эволюции, в природе спонтанные генетические вариации возникают с низкой частотой. Это ясно показывает, что генетические модификации в геноме соответствуют выше упомянутым хорошо изученным стратегиям биологической эволюции.
Жизнеспособные модификации можно осуществить только постепенно, шаг за шагом. Для лучшего понимания скажем, что геномы растений можно представить как огромную энциклопедию из нескольких сотен книг, а модификации, производимые с помощью современной генетической инженерии, затрагивают только один или несколько генов из 26 000 генов, содержащихся в усредненном геноме растения. Поэтому риск влияния генетической инженерии на эволюционные процессы не выше, чем риск случайных генных аберраций в природе или риск от применения химических мутагенов, которые широко используются, но мало изучены. Статистические данные показывают, что нежелательные эффекты таких генетических изменений крайне редки.
Оценка новых и улучшенных сортов должна основываться на свойствах и характеристиках растений, а не на используемой технологии. Только тогда технология будет работать на всеобщее благо, и только тогда мы сможем использовать новые, улучшенные, сорта основных и местных культур.
Нельзя больше не доверять науке и технологиям, и, в конечном итоге, продукции пищевой и сельскохозяйственной промышленности, когда мы видим, что это никому не причиняет никакого вреда. Гипотетический вред, связанный с генетической инженерией растений, ничем не выше риска в случае использования той же генно-инженерной технологии, например, в медицине или для производства ферментов в сыроварении или пивной промышленности. Кратковременные риски, связанные с присутствием токсичных или аллергенных веществ, должны быть изучены и устранены до коммерциализации конечного продукта. Это означает гораздо больший уровень предосторожности, чем при культивировании сортов, получаемых традиционной селекцией.
Основные тенденции развития
Генно-инженерная технология при ее должном и ответственном применении вносит существенный вклад в производительность сельского хозяйства, включая повышение урожайности, улучшение пищевой ценности культур, повышение устойчивости к вредителям, засухе, другим неблагоприятным воздействиям окружающей среды. Это улучшение основных продовольственных культур востребовано во всем мире, и уже широко используются в ряде стран: США, Аргентина, Индия, Китай и Бразилия, где генетически улучшенные культуры возделывают на больших территориях.
Новые технологии также имеют большое значение для мелких фермеров, особенно женщин и детей. Например, устойчивые к вредителям ГМ хлопчатник и кукуруза требуют применения инсектицидов в значительно меньших объемах (что делает труд на ферме более безопасным), и помимо повышения урожайности и более высоких доходов, снижает риск отравления населения химическими пестицидами, что особенно характерно для Индии, Китая, ЮАР и Филиппин.
Самые распространенные ГМ культуры — это растения, устойчивые к недорогим, наименее токсичным и наиболее широко используемым гербицидам. Возделывание таких культур позволяет получать более высокий урожай с гектара, избавиться от изнурительной ручной прополки, тратить меньше средств за счет минимальной или беспахотной обработки земли, что, в свою очередь, приводит к снижению эрозии почвы. Такая технология наиболее выгодна для фермеров развивающихся стран, которые зачастую из-за возрастных ограничений или болезней не могут бороться с сорняками вручную. Успешным примером может служить Индия, где единственное разрешенное к коммерциализации ГМ растение — устойчивый насекомым-вредителям Bt хлопчатник, но его выращивают в таких количествах, что Индия является четвертым в мире производителем ГМ культур, после США, Бразилии и Аргентины.
В условиях изменения климата возрастает роль генной инженерии в сочетании с другими методами селекции для создания основных сельхоз культур с ценными признаками, такими как устойчивость к засухе или затоплению, и скорейшего включения их в севооборот во всех регионах.
Избыточное регулирование агробиотехнологии (по сравнению с регулированием любых других типов сельскохозяйственных технологий) делает ее слишком дорогой, а высокая стоимость научно-исследовательских работ и недостаточное инвестирование со стороны правительств не позволяет применять биотехнологию для разработки местных ГМ сортов сельскохозяйственных культур. Речь идет об очень важных, так называемых «минорных» культурах-эндемиках, например, сорго, маниока, райские бананы и др. Эти культуры не имеют широкого распространения в мире и, следовательно, не представляют коммерческого интереса для крупных международных компаний. Научные исследования по конструированию улучшенных сортов «минорных» культур должны быть направлены на нужды конкретного региона, а также учитывать потенциал каждой страны, ее традиции, быт и уклад для успешного внедрения в ее экономику ГМ культур.
Очевидно, что стратегия внедрения новых биотехнологий базируется на взаимодействии в этой области правительств, международных организаций, соответствующих агентств и благотворительных обществ. Потенциальные выгоды такого взаимодействия уже были продемонстрированы на примере предоставления государственно-частным партнерствам технологий конструирования улучшенных сортов растений, запатентованных международными компаниями, на бесплатной основе. Так была осуществлена передача технологии получения «Золотого риса» во многие страны Азии, устойчивой к засухе кукурузы — в Африке; устойчивых к насекомым-вредителям овощных и бобовых культур — в Индии и Африке.
Особые усилия требуются, чтобы население развивающихся стран имело доступ к ГМ сортам, районированным в их регионе. Например, для Индии, где более 100 млн фермеров, характерна обеспокоенность ряда штатов тем, что их средства к существованию и обеспечение продовольствием все больше будут зависеть от дорогих, быстро меняющихся, запатентованных семян, принадлежащих большим корпорациям.
В целом, генно-инженерные технологии уже продемонстрировали, насколько они важны для повышения производительности сельского хозяйства, но это только одна сторона многогранной стратегии. Конечно, мы понимаем, что не все достижения генетической инженерии претворяют в жизнь свои первоначальные обещания, впрочем, то же происходит и с любой другой технологией. Однако мы должны продолжать попытки сочетать возможности самых новых технологий с методами традиционной селекции, а также с дополнительными стратегиями для обеспечения продовольственной безопасности и борьбы с голодом. Совместное использование многих традиционных технологий и методов генетической инженерии может продемонстрировать синергетический эффект. Это позволит сохранить плодородный слой почвы за счет беспахотной и других сберегающих технологий обработки земли, оптимально использовать удобрения, разработать новые, менее токсичные, агрохимикаты, обеспечить экономичное расходование воды, успешно вести борьбу с вредителями, сохранить генетическое разнообразие, внедрить новые или улучшить имеющиеся с/х растения (в том числе, культуры-эндемики).
Технология генетической инженерии вызывает жаркие дискуссии. Все больше привлекает интерес со стороны мирового сообщества потенциальный ответ науки на новые вызовы ХХI века, связанные со здоровьем людей, использованием в пищу новых продуктов, возможностей и границ применения современных научных достижений. То, что такие дебаты ведутся — хорошо. Однако основанием для приводимых аргументов должно быть мнение экспертов и достоверные факты, позволяющие судить о том, что технология должным образом проверена, соответствующим образом регулируется и используется на благо человечества. Бездействие — не выход из положения, и, кроме того, нельзя просто включать и выключать науку и новую технологию, как водопроводный кран, чтобы решать те или иные проблемы по мере их возникновения. Задача науки, в конце концов, и состоит в том, чтобы предвидеть возможные неблагоприятные последствия и избегать их. В этом смысле имеются 6 главных направлений, требующих внимания: восприятие науки общественностью; роль прав на интеллектуальную собственность; роль общественного сектора; роль гражданского общества; сотрудничество между правительствами, международными организациями и гражданским обществом; наличие должного правового поля и адекватного по стоимости регуляторного надзора.
Авторы: Яковлева И.В., Степанова Н.Г., Камионская А.М.
Институт биоинженерии, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук.