Жизнь, которую мы создали. Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу - Бет Шапиро

способные расщеплять некоторые виды нефтяного пластика. Правда, естественная скорость поглощения пластика у этих микробов слишком низка для того, чтобы хоть как-то подступиться к нынешней проблеме загрязнения окружающей среды, однако работа с геномом наверняка позволит оптимизировать эти процессы. Кто знает, может быть, инженеры, создающие генно-модифицированные микробы, даже откроют, как контролировать энергию, которая высвобождается, когда эти микробы разрушают связи, скрепляющие синтетические полимеры. Синтетическая биология способна буквально превратить сегодняшний мусор в завтрашние сокровища.

Спасите нашу почву

Сегодняшние проблемы с загрязнением окружающей среды – это, возможно, неизбежное следствие эволюционного успеха нашего вида. За последние 200 лет число людей на планете возросло с одного миллиарда до девяти[22]. Все мы что-то едим, нуждаемся в месте, где спать, и производим отходы – органические и неорганические, – которые надо куда-то девать. Загрязнение пластиком – важная часть проблемы, но это, безусловно, не единственная задача по охране окружающей среды, для решения которой можно привлечь синтетическую биологию. Глобальная индустриализация сельского хозяйства и производства провизии загрязнила воздух и воду нашей планеты и истощила плодородные земли. Последствия этого суровы: по оценкам ООН, чтобы прокормить те девять миллиардов человек, которые, по расчетам, будут жить на Земле к 2050 году, производительность сельского хозяйства надо увеличить на 50 %, а Грентэмский центр долговременного изучения будущего при Шеффилдском университете утверждает, что сегодня способность производить растительные культуры в мире на треть ниже, чем 50 лет назад. Истощение пахотных земель отчасти вызвано сезонной обработкой от сорняков, из-за чего содержащийся в почве углерод выделяется в атмосферу, способствуя накоплению парниковых газов. Кроме того, почва лишается минеральных компонентов, а это повышает риск, что она пересохнет и будет смыта дождями, что приводит к зарастанию рек и океанов водорослями. Фермеры, пытаясь выращивать полезные культуры на почвах, от природы менее плодородных, злоупотребляют гербицидами и пестицидами или применяют их неправильно, а это усугубляет проблему, поскольку меняет минеральный состав и кислотно-щелочной баланс почвы и дестабилизирует сообщество микроорганизмов, поддерживающее экосистему здоровой почвы.

Синтетическая биология уже сумела повысить урожайность и замедлить истощение культивируемых земель. Генно-инженерные растения, устойчивые к гербицидам, снижают потребность в обработке почвы, поскольку позволяют фермерам бороться с сорняками при помощи гербицидов вроде глифосата и глюфосината[23]. Генно-инженерные растения, устойчивые к насекомым, снижают влияние химических пестицидов на биоразнообразие и качество почвы. Генная инженерия создала множество культурных растений, устойчивых к болезням (в т. ч. радужную папайю), более питательных (в т. ч. золотой рис), более привлекательных (в т. ч. яблоки сорта арктик) и более способных произрастать в не самых идеальных условиях (в т. ч. рис, устойчивый к наводнениям). Благодаря технологиям редактирования генома удалось улучшить и разнообразить и сорта помидоров. Зак Липман, генетик из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор в Нью-Йорке, подправил три гена помидора при помощи CRISPR и создал сорт помидоров-черри, которые растут на кусте гроздьями, словно виноград, и быстро созревают. Такой более компактный и плодородный сорт помидоров-черри предназначен для небольших пространств, например, для садов на крышах городских домов, а может, и для садов в человеческой колонии на Марсе.

Инструменты синтетической биологии с годами будут приносить все больше пользы и нашим домашним животным, причем не только благодаря улучшению питательности их кормов. Я надеюсь, что генная инженерия со временем позволит повысить и качество жизни животных на фермах, и производство пищевых продуктов. К счастью, генную инженерию постепенно начинают признавать. Лосось линии AquAdvantage растет вдвое быстрее обычного, а значит, вдвое сокращается время, необходимое, чтобы рыба попала на рынок. Управление по контролю за продуктами питания и лекарствами США в 2015 году разрешило продавать (но не разводить) этих лососей. В 2019 году в Управлении сменилось руководство и был снят запрет на импорт лосося линии AquAdvantage из Канады, где его уже некоторое время разрешено и производить, и продавать, и дан зеленый свет выращиванию этого лосося в США. В 2020 году Управление добавило свиней линии GalSafe в теоретическое меню человека, объявив, что они безопасны как для употребления в пищу, так и для применения в медицинских целях. Небольшая модификация ДНК этих свиней приводит к тому, что у них на поверхности клеток не вырабатывается альфа-связанная галактоза. Аллергия на альфа-связанную галактозу, которую также называют аллергией на мясо млекопитающих, часто возникает после укуса клеща, но страдающие ею люди могут и есть, и получать органы, кровь и другие продукты свиней линии GalSafe, не опасаясь анафилактического шока.

Однако, несмотря на все эти обнадеживающие признаки, добиться одобрения генно-модифицированных животных – задача очень сложная, и путь к ее решению извилист. Впрочем, это может быстро измениться, если потребители и чиновники, отвечающие за получение разрешений, а также конкуренты (главным критиком лосося линии AquAdvantage стала индустрия лососевого промысла на Аляске) прислушаются к мнению ученых. Лаборатории во всем мире разрабатывают генно-модифицированные разновидности домашних животных, удовлетворяющих те или иные особые нужды человека. Быстрорастущие свиньи повышают объемы самого популярного мяса на планете. Козы, дающие молоко, от которого не бывает диареи, улучшают здоровье людей в регионах, где другие животные чувствуют себя плохо. Устойчивые к жаре коровы способны жить и размножаться там, где из-за изменений климата становится все теплее и теплее. Кроме того, генная инженерия может снизить глобальное бремя инфекционных болезней, вызывающих высокую смертность среди домашних животных и угрожающих здоровью человека. Для этого в лабораториях создают свиней, устойчивых к африканской чуме, коров, у которых не бывает коровьего бешенства, и кур, которые не могут заразить птичьим гриппом ни друг друга, ни людей.

Кроме того, синтетическая биология может создать домашних животных и растения, способных сопротивляться загрязнению окружающей среды и переменам климата. Хотя канадский проект по созданию экосвиней и закрылся в 2012 году, сперму экосвиней заморозили, чтобы иметь возможность вернуться к этому начинанию в мире, более расположенном к биотехнологиям, где усваивающие фосфор эко-свиньи одновременно сэкономят деньги свиноводов и снизят загрязнение рек и ручьев в окрестностях свиноферм. И если работу с животными по-прежнему затрудняет бюрократическая волокита, то с растениями наметился существенный прогресс. Например, ученые, работающие над проектом Harnessing Plants Initiative при Институте биологических исследований Солка, прибегают к методам синтетической биологии, чтобы улучшить способность растений поглощать и запасать углерод, повысив выработку суберина – богатого углеродом белка в корнях растений, который борется с гниением. Генно-инженерные разновидности, созданные в рамках этого проекта (так называемые IdealPlants™), отращивают более крупные и глубокие корни, чем у обычных растений и потому передают в почву больше углерода. Ученые планируют при помощи генной инженерии придать эту черту шести главным сельскохозяйственным культурам – кукурузе, рапсу, сое, рису, пшенице и хлопку, – стремясь превратить всемирную