ГМО и плазмиды

«На мой взгляд, самый страшный метод встраивания гена – с использованием плазмид (кольцевых ДНК) агробактерий.»

Ирина Ермакова

Как-то посмотрела опять ГМО страшилку с Ермаковой. В этот раз глобальное зло Ермаковой – плазмиды. Это получается еще хуже чем вирусы, а прионы так вообще меркнут над этом фоне. Кому охота погуглить, просто наберите «Ермакова» и «плазмиды», а я просто разберу по пунктам, где правда, а где не очень.

Плазмиды, это небольшие кольцевые молекулы ДНК, которые присутствуют в бактериальной клетке многих видов. Эти плазмиды размножаются (реплицируются) в бактерии независимо, несут несколько генов и могут в принципе довольно легко переноситься в другие бактериальные клетки. Бактерии также могут терять эти плазмиды совсем. Гены, которые в них закодированы – самые разные и могут использоваться для нужд самой клетки.

В почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, например, содержится плазмида, где закодированы гены для инфицирования растения. Называется она Тi tumor inducing и именно она стала любимым инструментом растительных биотехнологов. Обычно в этом месте некоторые начинаются пугаться, дескать, пошто такие зловредные плазмиды используете? Биотехнологи на это вяло отшучиваются, дескать, tumor inducing зубы у плазмиды выдрали, она как бы безвредная теперь. Я только добавлю, что механизм, который вызывает образование опухоли у растений в даном случае, совсем не соответстветствует таковому у человека, так что в этом отношении можно уже расслабиться, опасности поджидают в другом месте.

Итак, с того момента, как эта плазмида попала в руки технологов, следует воспринимать ее как инженерное приспособление и так к нему относиться. О нем уже известно практически все, только Ермакова об этом не знает. Я надеюсь, что она это прочтет и тоже будет знать.

Доставка плазмиды из бактерии в клетку хозяина сложный процесс, в котором задействовано много различных молекулярных механизмов. Чтобы представить масштабы, достаточно сходить по этому линку и посмотреть, как все это выглядит. Есть вариант доставки баллистичесим методом с помощью пушки, но и в этом случае доставку плазмиды в геном обслуживает сложная клеточная молекулярная машинерия.

Не важно, каким образом плазмида попадает в клетку хозяина, доставляет ли часть ее сама бактерия, или ее «застреливают» баллистическим методом, пушкой, дальше ее судьба такова. Если ее не распознали и не порезали сразу нуклеазы, она проникает в ядро, разрезается специальными белками, которые в самой плазмиде и закодированы, и один ее кусок, который ограничен специальными последовательностями, встраивается в геном. Остальное режется в хлам. Клетке лишние ошметки ДНК ни к чему, а нуклеотиды можно пустить на свои нужды. В этом месте у Ермаковой возникают подозрения.

1. Неразрезанная плазмида может где-то спрятаться, например, в другой органелле, митохондрии. Размножиться там. Подождать, пока мы съедим ГМО, выпрыгнуть и втроится в наш любименький геном.
2. Встроенная плазмида может «выпрыгивать» обратно из генома и встраиваться куда-попало.

Итак. Цитирую Ермакову:

«При использовании плазмид агробактерий в процессе биотехнологических процедур «исследователь априори не знает, какая клетка эксплантата трансформируется, сколько копий Т-ДНК встроится в геном и в какие хромосомы, и не в силах это контролировать, но, одновременно модифицируя множество эксплантатов, впоследствии отбирают те регенерировавшие растения, что представляют для него интерес. Остается открытым вопрос, куда деваются «неотработанные» плазмиды с генами?»

Исследователь действительно этого не знает. Но когда он отобрал те, которые представляют интерес, он может точно узнать, сколько копий встроилось в геном, в какие хромосомы, более того, если «неотработанная» плазмида завалялась в клетках, то простым методом Саузерн-гибридизации ее всегда можно «увидеть». Проморгать практически невозможно, это обязательная рутинная процедура. Будет виден сигнал, соответствующий размеру плазмиды. Лично я еще не встречала, чтобы какая плазмида где затесалась.

«Известно, что плазмиды реплицируются (т.е. копируются). Попадая в наш организм, они не разрушаются за счет своей очень устойчивой кольцевой формы, а проникают в бактерии кишечника, в кровь (белые кровяные тельца) и распространяются по всему организму, они могут попасть в любой орган и встроить ненужные гены в клетки этого органа.»

Во-первых, бактериальная кишечная флора сама содержится целый набор своих собственных плазмид. Кроме нее мы ежедневно поглощаем огромное количество разнообразных бактерий, у которых тоже навалом своих плазмид. Нормальные почвенные бактерии содержат кучу плазмид с различной антибиотико-устойчивостью. Мы также ежедневно съедаем множество почвенных бактерий Agrobacterium tumefaciens с плохо помытой экологически-чистой морковкой. У них эта Тi-плазмида в полном здравии вместе со всеми, если хотите, «страшными» опухолеобразующими генами. Более того, известно, что при определенных условиях эта бактерия действительно может инфицировать человеческие клетки, что происходит крайне редко.  А в целом, мы пока не наблюдаем глобального мора от плазмидной “инфекции”.

Кто-то, комментируя плазмидную истерию,в каком-то форуме заметил, дескать, не может быть, что Agrobacterium tumefaciens уж очень распространена в природе, иначе все растения были бы больны. Увы. Мне нечем утешить человека. Agrobacterium tumefaciens настолько распространена, что для борьбы с нею даже не рассматриваются дезинфицирующие методы, а большая надежда возлагается только на культивирование устойчивых растений. Ибо у растений все как у нас – одни заболевают, а другие нет. Потому что восприимчивость и у них генетически определена, а также зависит от условий культивирования. В общем, придется примириться с фактом, что мы употребляем эти чертовы плазмиды и без ГМО в больших количествах. А вот сами ГМО плазмид уже не содержат, а только их куски, которые прочно встроены в геном.

Допустим, с небольшой долей вероятности, что встроенный кусок, выпрыгнул. Сама не видела, но коллеги рассказывали. Вот был в руках хороший, годный трансген, а потом хоп, проанализировали 15е поколение, а оно девственно, как дикий тип. В этом месте я молчу, потому что вероятнее всего, что не кусок выпрыгнул, а семена не из того пакетика взяли, но допустим, что такое произошло. Встроенный кусок «выпрыгнул». Ну туда ему и дорога. Размножиться ему уже не светит, потому как «размножалка» оri (такая последовательность ДНК, которая является точкой начала репликации) оторвана еще при встраивании. Может он еще куда-то встроиться? Ну…Скажем если этому куску сильно повезет и у него в структуре окажутся специальные последовательности с качествами мобильных элементов генома или с удачными сайтами рекомбинации, а также он окажется в нужный момент времени S-фазы (фазы синтеза ДНК) в нужном месте, то вполне вероятно, что он переместится из одного куска генома в другой. А вот чтобы он встроился в геном того, кто эту плазмиду проглотил…

Тут надо заметить, что в генетическом векторе Тi-плазмиде кроме гена, содержится еще специальная последовательность нуклеотидов перед самим геном, которая регулирует включение гена  – промотор. Как бы кнопка. Нет кнопки – ген не работает. Среди борцов против ГМО  этот промотор еще страшнее, чем сама плазмида. Можно предположить вероятность, что эта «кнопка» случайно встроится в наш геном перед каким-то «спящим» геном, который Тот-Самый-Ген, о котором мы еще ничего не знаем, но который вдруг провоцирует рак. Он включится и все. Рак тут как тут. Теоретически такое событие возможно. Практически – его вероятность мы сейчас прикинем.

Значит мы сожрали организм с ДНКой. Растительный ли, животный ли, вирусов наглотались ли, плазмид – не имеет значения. Вся эта ДНК содержит кучу генов (и не только генов) и все с промоторами. Прикинем масштабы. Если выстроить всю ДНК, которую мы поглощаем за день, то получим цепь, равную расстоянию от Солнца до Земли. Вот мы проглотили эту галактику, переварили. В желудке что-то валится, а что-то нет. Проникает в кровь, да-да. В клетки кишечника. Может даже что и встраивается. Среди всего этого наш махонький кусочек ГМО (если мы его вдруг проглотили) это как песчинка в этой галактике, причем он не обладает какими-либо особенными качествами, отличными от всей проглоченной ДНК. Но мы все-равно продолжим наши умозрительные расчеты. Вот прикинем, что именно эта песчинка, тот самый промотор из ГМО длиной в тысячу нуклеотидов все-таки проник в нашу клетку и вот-вот встроится в геном.

Сейчас посмотрим на наш геном в той самой клетке кишечника, в которую вдруг попал роковой кусок зловредного промотора. Суммарная длина всех молекул ДНК в одной клетке равна приблизительно 2 м, они содержат около 3,2 млрд пар нуклеотидов. Допустим, в этом молекулярном мотке длиной 3,2 млрд где-то есть (если вообще есть) «спящий» ген длиной, скажем, 10 тысяч нуклеотидов. При этом  мы помним, в геном так просто не влезть, там еще должны быть инструменты для встраивания. Понятно, что вероятность такого события практически невозможна.

Но у меня для вас есть сюрприз. Человеческий геном сам по себе содержит  500 000 больше миллиона предсказанных мобильных элементов генома со всеми признаками промоторов. Они заточены под то, чтобы прыгать по собственному геному, включая и выключая разнообразные гены. Зачем они и что они делают – непонятно.  Вот здесь вероятность рокового события настолько велика, что ГМО просто нервно курит в сторонке.