Генетична модифікація досі лякає багатьох людей, каже заступник директора з наукової роботи Інституту клітинної біології та генетичної інженерії Богдан Моргун. Тож ми почали розмову саме з опису цього процесу:
«Якщо ми хочемо передати ознаку від одного організму до іншого, можна взяти шматочок ДНК з першого організму, пересадити його в інший, створити сприятливі умови, щоб молекули ДНК обʼєдналися. І в такий спосіб можна сподіватися, що ознака з першого організму буде розвиватись у другому», — описує пан Богдан основи горизонтального перенесення генів.
У природі таке явище трапляється, але вкрай рідко. Тут ідеться про штучне цілеспрямоване перенесення генів навіть між різними статево несумісними видами.
«Інженерію на генетичному рівні можна образно уявити так: якщо взяти їжака і вужа, схрестити їх між собою, то отримаємо три метри колючого дроту», — цитує вчений народний гумор.
Технологія зʼєднання молекул ДНК зʼявилася1 ще в 1973 році. Спочатку на неї не надто звертали увагу, але з часом вона переросла в окрему галузь науки. У 1983 році створили2 перші рослини з перенесеними генами. У 1985 році у Києві вперше у СРСР провели успішний експеримент з клітинної інженерії: генетичну конструкцію «вбудували» в клітини рослин. Це була перша генна трансформація за допомогою агробактерій — природних генних інженерів, що вміють «вбудовувати» свої гени в рослинний геном і змінювати його. Зрозуміти цей механізм було величезним науковим досягненням. Це дозволило «роззброїти» агробактерію, позбавити її можливості викликати захворювання.
У 1990 році тут заснували3 Інститут клітинної біології та генетичної інженерії.
За допомогою генетичної інженерії можна суттєво покращити агрокультури, зробити їх невразливими до хвороб та шкідників, максимально підвищити урожайність. У світовому контексті саме тут криється конфлікт бізнес-інтересів, оскільки до розробки технології біологічної інженерії ці виклики вирішували за допомогою хімічних засобів.
Внаслідок низки кампаній4, що протистояли5 використанню ГМО, фінансованих, зокрема, виробниками хімічної продукції для агропромисловості, в суспільстві побутує страх перед генетичною модифікацією.
Як наслідок, у деяких6 країнах (США, Аргентина, Бразилія, Іспанія) генетично модифіковані харчові рослини використовуються активно, у деяких (Україна) — значно менше (часто приховано). Якщо ж ідеться не про їжу, а, наприклад, про бавовну, то майже всюди вирощують саме генетично модифіковані сорти.
В Україні донедавна діяв закон7 2007 року, який максимально ускладнював реєстрацію і легалізацію ГМО, однак у 2023 році ухвалили новий8, розроблений за консультативної допомоги Інституту, який має спростити і впорядкувати ці процеси. Відтепер норми про державну реєстрацію, контроль і моніторинг ГМО гармонізуються з практиками Європейського Союзу, вводиться Державний реєстр генетично модифікованих організмів.
Богдан Моргун каже, що за 30 років використання ГМО у світі не зафіксовано ніякої науково верифікованої шкоди ні людям, ні довкіллю, але ці продукти все одно слід детально маркувати. Наприклад, якщо у людини є алергія на горіхи, а вона з’їсть якийсь інший продукт, у створенні якого використано ДНК горіхів, то це може призвести до алергічної реакції.
Директор Інституту, академік НАН України Микола Кучук розповів про найновіші розробки своїх колег. У минулому році вченим вдалося перенести ген білка з отрути середньоазійської змії ефи піщаної у рослинну систему. Цей білок — ефективний кровоспинний засіб, навіть при критичних кровотечах. Отримувати його з отрути змії у препаративних кількостях і очищувати від інших речовин проблематично, а от якщо його синтезуватиме рослина, то виготовлення кровоспинних засобів може суттєво спроститися і збільшитися, що, на жаль, для України у війні надзвичайно актуально.
«Найважливіше, що цей білок ми отримали функціональним, — коментує пан Микола, — тобто це не просто послідовність амінокислот: він має всі ті ж властивості, що й у отруті змії».
Ще одна розробка Інституту — синтез бактерицидних білків, альтернативи9 антибіотикам. У природі їх накопичують самі бактерії, коли конкурують між собою. Це дуже активні й специфічні речовини, які можуть ефективно знищувати, наприклад, кишкову паличку чи сальмонелу.
«З 2022 року Єврокомісія заборонила10 профілактичне використання антибіотиків при вигодівлі свійських тварин і птахів, а тут не антибіотик, а білок, причому напрацьований у рослинній системі, — відзначає Микола Кучук, — Тобто ми можемо годувати тих же курей або свиней цими біотехнологічними рослинами. Ми підрахували, що на тонну комбікорму потрібно кілограм нашої генетично модифікованої капусти. До того ж ці білки працюють і проти бактерій, які стійкі до антибіотиків».
Інший напрям досліджень — очищення ґрунтів, забруднених внаслідок війни вибуховими речовинами та важкими металами: «Це називається біоремедіація, — розповідає директор Інституту, — ми пробуємо зробити такі рослини, які матимуть додатковий ген, що допоможе їм накопичувати або знешкоджувати небезпечні речовини, щоб таким чином відновити ґрунт».
Також серед розробок Інституту — їстівні вакцини як альтернатива інʼєкційним, помідор, який синтезує антивірусний білок альфа-інтерферон, низькоросла спельта, безглютеновий ячмінь, кукурудза, стійка до гербіцидів тощо.
Наш візит припав на ранок після масованого обстрілу столиці. В установі не було електроенергії.
Для проведення досліджень у галузі генетичної інженерії потрібен різноманітний біологічний матеріал. Саме тому в Інституті зберігається унікальна колекція рослин (близько 5000 видозразків насіння та 2000 клітинних ліній), яку почали збирати ще в 1990-ті. Микола Кучук з колегами у складі експедицій їздив за деякими видами у Латинську Америку й Африку. Є в колекції й антарктичні рослини. Усі вони зберігаються у спеціальних контрольованих умовах: потрібно стежити за температурним режимом і освітленням.
Через блекаути та перебої з опаленням деякі робочі зразки, на жаль, втрачено. Через перепади напруги вийшла з ладу дороговартісна лабораторна низькотемпературна морозильна камера. Проте ще більшою втратою було руйнування колекції штамів спеціалізованих мікроорганізмів для дослідження явища генетичної трансформації рослин, які Інститут збирав впродовж багатьох років. Ці штами до війни зберігалися в ньому за температури від -70 до -80 градусів. Тож учені змушені вирішувати не тільки наукові завдання, а й господарчі: влаштовують чергування догляду за культиваційними кімнатами.
Лабораторні кімнати, які ми відвідували, були майже порожні, оскільки без електрики експериментальна робота паралізована. Вчені стежили за графіками вимкнення світла, щоб встигнути виконати заплановане, коли є змога працювати.
В лабораторії відділу молекулярної генетики ми застали Ольгу Проніну. Вона аналізувала мікрофотографії на ноутбуці, тому вимкнення світла їй не завадило. Пані Ольга досліджує продихи пшениці, крихітні органи листків рослини, крізь які та дихає, і які також ключові в її захисті від грибних захворювань.
В іншій лабораторії Микола Кучук показав нам «генетичну гармату». Це доволі невеликий пристрій — але один із ключових у генетичній інженерії. Принцип його дії такий: на золоті частинки розміром 20–40 нанометрів наноситься ДНК, і їх у вакуумі за допомогою гелію вистрілюють з великою швидкістю на рослинний матеріал, який треба перетворити. Так з’являються клітини рослин з модифікованою ДНК.
Також Інститут має свій фітотрон, тобто ізольоване приміщення штучного клімату для вирощування рослин з регульованими температурою, вологістю та освітленням. Для його нормальної роботи потрібне безперебійне постачання електроенергії, а таке у Києві має тільки критична інфраструктура. Однак вчені намагаються пристосуватися до графіків вимкнень.
У фітотроні ростуть експериментальні зразки: кукурудза, соя, тютюн, буряк. Качани кукурудзи заховані у паперові пакети, щоб не було неконтрольованого запилення.
Богдан Моргун розповів, що Інститут проводить дослідження у замкненій системі із суворим дотриманням чинного законодавства: «Усе починається з проєктування молекул на компʼютері. Далі ми їх конструюємо з різних фрагментів ДНК. Після цього пересаджуємо у клітини бактерії, а потім — у рослини, які вирощуємо у фітотроні за суворо контрольованих умов. Навіть якщо буде утворюватися пилок, він не вилетить на вулицю і ніякої шкоди навколишньому середовищу не принесе. Усі супутні біологічні матеріали, які ми отримуємо, — бактерії чи листя — збираємо і знищуємо в автоклаві за температури 120 градусів і підвищеного тиску, щоб повністю зруйнувати всі залишки ДНК. І тільки тоді ми викидаємо сміття».
Окрім проблем з утриманням живих рослин у фітоколекції та фітотроні, перебої з електроенергією ускладнюють зберігання біологічних зразків у морозильниках за особливо низьких температур (від -40 до -70 градусів), процеси виділення й ампліфікації ДНК (спеціальне обладнання має працювати безперервно щонайменше дві години), роботи специфічного лабораторного обладнання для стерилізації, для пересаджування клітинних культур тощо.
Ще з 2014 року Інститут займається волонтерською допомогою фронту, а після початку повномасштабного вторгнення четверо співробітників долучилися до лав Сил оборони. За кордон виїхало близько 20 % співробітників — усе це молоді та кваліфіковані кадри.
Заступник директора з наукової роботи пишається тим, що всі вони працюють за фахом і каже, що Інститут намагається використати відтік кадрів на свою користь, оскільки контакт з цими співробітниками не обривається, а отже, відбувається активний обмін досвідом із закордонними науковими центрами та виконуються спільні проєкти.
Репортаж опублікований за підтримки Alfred P. Sloan Foundation.
The reportage is published with the support of the Alfred P. Sloan Foundation.
