ГМО. Часть 4. Судьба ДНК в пищеварительном тракте и горизонтальный перенос генов.

Предыдущие серии
Часть 1. Вступление.
Часть 2. Фирмы и фермеры.
Часть 3. Нестабильная стабильность.

Итак, один из самых животрепещущих вопросов — мы употребили ГМО продукт, который содержит чужеродную ДНК вставку. Это какая-то особенная ДНК? Изменится ли наш геном? А геном наших потомков? Что происходит с ДНК вообще? А вот мы про горизонтальный перенос генов читали, значит возможно, что гены из сои перенесутся в наш геном? Или в геном кукурузы!

Развитие технологии генной модификации и употребление ГМО в пищу стимулировали целый ряд экспериментов по изучению судьбы ДНК в пищеварительном тракте. Не то, чтобы до этого этим не интересовались, просто состояние знаний виртуально позволяло предположить вероятность тех или иных молекулярных событий и по всему получалось, что никакой особенной опасности чужеродная ДНК нести не должна. Но для надежности необходимо экспериментально проверить и убедиться в правильности предположений.

В день среднестатистический человек с продуктами съедает 0,1 — 1 г ДНК (независимо от того, ГМО или нет). Содержание ДНК зависит от диеты. Например, растительное мало или рафинированный сахар вообще не содержат или содержат следовые количества ДНК. Продукты, состоящие из запасающих органов растений, такие как картофель или пшеница, содержат мало ДНК. Много содержат ДНК — животные ткани, дрожжевые грибы, бактерии.
Как мы знаем еще со школьных учебников, химически ДНК — это двойная цепь-полимер, где каждое звено этой цепи — один из каких-либо 4х нуклеотидов. Это справедливо для всего живого мира. Между растительными нуклеотидами, бактериальными и животными нет принципиальной разницы. Однако сама цепь ДНК подвергается различным модификациям. Например, метилированию, гидроксилированию или гликозилированию. У разных организмов эти процессы модификации могут происходить по разному. Например, животная ДНК метилирована на 50%, у бактерий процент метилированной ДНК значительно меньше. Наличие этих модификаций играет определенную роль в эффективности переваривания ДНК в пищевом тракте и определяет дальнейшую судьбу этой ДНК в организме.

ДНК, которую мы проглотили с пищей, отличается также по количеству закодированных там генов. ДНК бактерий содержит больше генных участков, в то время как ДНК животных и растений содержит много нетранслирующихся участков. Если мы употребляем пишу, инфицированную вирусом, то вместе с ней мы поглощаем много вирусных последовательностей. А если пища проходила процесс бактериальной ферментации (кефир), то продукт содержит много бактериальной ДНК.
Тут я позволю себе короткое лирическое отступление и напомню, что ген устойчивости к кукурузной совке, кодирующий Bt токсин, выделили из бактерии Bacillus thuringiensis. Пока его не встроили в геном кукурузы, его качества использовали другим путем – поля кукурузы обильно опыляли спорами этой бактерии. Это считается очень экологично, но естественно, что ДНК этой бактерии в результате все-равно попадала нам с пищей.

В процессе пищевариения 95% всей ДНК деградирует до отдельных нуклеотидов. Оставшиеся 5 % в виде кусков от 100 до 400 нуклеотидов могут дойти до кишечника. Тут на горизонте появляется эксперимент Шубберта, который взволновал сначала Ермакову, а следом за ней общественность. Эти результаты следует рассмотреть поподробнее, поскольку они цитируются всеми без разбора в различных контекстах, несмотря на то, что они органично вплелись в научный процесс и дополнились новыми подробностями.

Эксперименты.

Итак, еще в 1994 году в кельском университете в Германии решили проследить судьбу ДНК в пищеварительном тракте мышей. Для удобства мышей кормили из пипетки раствором, содержащим молекулу ДНК, которая кодирует последовательность бактериофага М13. Эту последовательность можно определять с помощью довольно простых методов. Обнаружилось, что ДНК не вся разрушается, а попадает в кровь в виде довольно больших кусков. В 1997 эксперимент усложнили и уточнили, что не только в клетках крови обнаруживается съеденная ДНК, но и в печени и селезенке.
В 1998 году добавили, что ДНК фагов М13, поступившая с пищей проникает через плацентарный барьер и обнаруживается в отдельных клетках плода мышей. Был большой соблазн экстраполировать эти результаты на любую, съеденную нами ДНК, хотя речь шла исключительно о бактериофаге М13 (вирусной последовательности). Причем скармливали его в достаточно больших количествах. В любом случае, эти результаты вызвали большой резонанс в научном мире. Большие вопросы вызывал дизайн эксперимента, скармливания большого количества вирусной ДНК это далеко не тривиальный случай. Установили, что эта специфическая ДНК не подвергалась правильной модификации — метилированию. Впрочем, это все стимулировало новые исследования, но учитывая на сей раз условия, приближенные к реальным.

Дерфлер, Коллега Шубберта из того же кельнского университета, скармливал мышам листья сои и прослеживал судьбу ДНК гена рубиско (рибулозобисфосфаткарбоксилазы) в организме мышей. Это ген, который кодирует главный фермент, фиксирующий углекислый газ в процессе фотодыхания. Белок, продукт этого гена, самый распространенный белок в зеленых частях растения. И действительно, обнаружилось, что растительная ДНК даже более стабильна, чем вирусная и непереваренном виде до кишечника доходят иногда довольно большие куски, попадают в кровь, а с нею в печень и селезенку. Впрочем, куски ДНК хоть и попадают в кровь, а с нею и в другие органы, но наблюдать «включения» гена не удалось ни разу, также не наблюдалось встраивания гена в геном мышей.

Итак, по результатам экспериментов мы знаем, что некоторые вирусные последовательности, попав в большом количестве с пищей в организм, способны в непереваренном виде проникнуть в кровь и даже плацентарный барьер им не помеха. Это не бог весть какая новость, мы и до этого знали, что вирусы могут попадать капельно-воздушным путем прямо в носоглотку, а оттуда в кровь и так далее. А если их скармливать большой ложкой, то уж они точно куда-нибудь проникнут. Однако мы узнали, что растительная ДНК тоже переваривается не вся и может проникать большими кусками в кровь, селезенку и печень. А возможно даже и в плод. Что она там делает не ясно. Надо бы разобраться. Следующий вопрос, который стоял на повестке дня – допустим, большие куски непереваренной ДНК проникли в плод. А вдруг они там встроились в геном плода? Эта волнующая тема называется germline transfer. То есть горизонтальный перенос чужих генов в геном репродуктивных клеток.

На этот раз придумали кормить мышей молекулой ДНК с геном зеленого флюоресцирующего белка. И кормили каждый день на протяжении 8ми поколений с целью установить, а не «засветится» зеленым вдруг какой мышонок. Чтобы усложнить задачу, кроме скармливания, еще и вводили эту ДНК инъекцией внутримышечно. Как, впрочем, и ожидалось, вся ДНК элиминировалась, и не наблюдалось ни одного случая встраивания этой ДНК в геном мышей, ни в результате орального употребления, ни в результате инъекций. Итак, даже если чужеродная ДНК и попадает в виде больших кусков в кровь, germline transfer не наблюдается.

Публикации.
Однако, тема съеденной ДНК продолжает развиваться. От артефактной М13 ДНК и обычного рубиско, перешли к реальным трансгенным растениям. Следим за руками:

Статья:
Detection of transgenic DNA in milk from cows receiving herbicide tolerant (CP4EPSPS) soyabean meal.
Выводы:
«The results showed that transgenic DNA could not be detected in milk from cows receiving upto 26.1% of their diet DM as herbicide (glyphosate)-tolerant soyabean meal.“
Статья:
Effects of feeding rations with genetically modified whole cottonseed to lactating Holstein cows.
Выводы:
No sample was positive for transgenic or plant DNA fragments at the limits of detection for the assays following detailed data evaluation criteria.
Статья:
Effects of corn silage derived from a genetically modified variety containing two transgenes on feed intake, milk production, and composition, and the absence of detectable transgenic deoxyribonucleic acid in milk in Holstein dairy cows.
Выводы:
All milk samples were negative for the presence of transgenic DNA from either trait or the Cry1Ab protein.
Статья:
Influence of glyphosate-tolerant (event nk603) and corn rootworm protected (event MON863) corn silage and grain on feed consumption and milk production in Holstein cattle.
Выводы:
“These two studies indicated that insertion of a gene for glyphosate tolerance or corn rootworm protection into a corn hybrid did not affect its nutritional value (as measured by efficiency of milk production) for lactating dairy cows compared with conventional corn hybrids.”

Статья:
Effect of Corn Silage from an Herbicide-Tolerant Genetically Modified Variety on Milk Production and Absence of Transgenic DNA in Milk
Выводы:
Polymerase chain reaction analyses of milk samples collected at wk 1, 6, and 12 of the study showed that none of the 90 milk samples tested positive, above a detection limit of 2.5 ng of total genomic DNA/mL of milk, for either tDNA (event T25) or the single-copy endogenous Zea mays gene, alcohol dehydrogenase. Using ELISA assays, the protein expressed by the T25 gene was not detected in milk.

Статья:
Tracing residual recombinant feed molecules during digestion and rumen bacterial diversity in cattle fed transgene maize
Выводы:
To date, no specific biological risks of feeding transgene Bt176 maize to cattle have been discovered in short-term experiments, either for the animals or the consumers health when using such transgene-derived cattle products.

Количество подобных статей в 2005 году было около 40ка , а на сегодняшний день приближается к сотне. Лично у меня захватывает дух, от того объема исследований и разнообразных подходов в изучении особенностей ГМО. Например.

Горизонтальный перенос генов в бактерию.

Это только одна сторона изучения судьбы ДНК в организме. Отдельное внимание заслуживает ген устойчивости к антибиотику, как побочный продукт производства трансгенных растений. Коль скоро непереваренные куски ДНК способны доходить до кишечного тракта, вероятно существует определенный риск, что бактерии захватят этот ген устойчивости к антибиотику и приобретут новое качество. Да, такой риск существует. Но! Знаете ли вы, что в гены устойчивости к ампициллину или пенициллину присутствуют в норме у почвенных бактерий. Мы употребляем ежедневно миллионы канамициноустойчивых бактерий и устойчивые к антибиотику бактерии уже присутствуют в норме в 10-20% человечества. Однако допустим, что событие переноса канамициноустойчивого гена из трансгенного растения для нас принципиально. Экспериментально подсчитано, что вероятность такого события при оптимальных условиях составляет  10^–13 на один ген . Но и оно не является критичным, если на бактериальную популяцию не совершается селекционного давления.

Допустим, остатки трансгенного растения сгнили на полях и ДНК попала в окружающую среду. Можно предположить, что ген устойчивости к антибиотику попадет в почвенные бактерии. Посчитали и это. В оптимальных лабораторных условиях вероятность такого события меньше, чем 2х10 ^–17, а в естественных условиях вероятность «несчитабельная».

Все эти результаты отдельно рассмотрены и просуммированы в докладе экспертной группы Novel Foods Task Force of ILSI Europe „Safety Considerations of DNA in Food“

В завершение я процитирую выводы группы по пунктам:
1.Все ДНК, включая искусственно встроенные генетические вставки состоят из одних и тех же 4х нуклеотидов.
2. С точки зрения разнообразия поступления ДНК с пищей, употребление ГМО пищи не изменяет количество потребленной ДНК.
3. Учитывая естественное разнообразие последовательностей ДНК, встраивание отдельных генов в геном не изменяет химических характеристик ДНК.
4. «Метаболитическая судьба» ДНК в пищеварительном тракте не зависит от происхождения ДНК.
5. В обычно потребляемых количествах ДНК не токсична.
6. Нет сведений, что ДНК ГМО отличается по качеству имунного ответа.
7. Проникновение, вcтраивание отдельных участков ДНК в геном бактерий пищеварительного тракта нельзя исключить. Однако вероятность такого события крайне низкая.
8. Наблюдались примеры проникновения непереваренных молекул ДНК, поступивших с пищей, в клетки животных. Однако, существуют эффективные механизмы предотвращающие встраивание этих молекул в геном клеток. Нет ни одного экспериментального примера, подтверждающего какую-либо возмножность встраивания чужеродной ДНК, поступившей с пищей.

Бонус для тех, кто дочитал. То, что мы так долго ждали: Единственный (пока) российский телесюжет о том, что ГМО — это прогресс. Автор — уважаемый френд
Вся правда о ГМО http://www.5-tv.ru/programs/broadcast/503598/ Снимаю шляпу. Всем смотреть.

Для украинских читателей копия статьи на Инфопорне.

Продолжение. Часть 5. ГМО и прозрачность.