Original Material
Battlefields. Энтомологические войны
Часть 1
В риторике борцов с генетически модифицированными организмами до сих пор используются сомнительные примеры негативного влияния генетической модификации на окружающую среду, хотя последующие исследования продемонстрировали их безопасность. Однако сама научная дискуссия осталась за кулисами, и конечные результаты почему-то мало известны непосвященной публике. В процессе установления истины поломано немало копий, и сейчас самое время ретроспективно взглянуть на эти бои пристальнее. Биолог Руслана Радчук (Институт генетики культурных растений, Гатерслебен, Германия) представляет свой рассказ об энтомологических войнах.
Когда речь идет об оценке экологических рисков, связанных с выращиванием генетически модифицированных растений, то, как правило, на переднем плане оказываются насекомые. Это и понятно. Одним из самых распространенных вариантов генетической модификации растений является встраивание генов токсинов Cry (crystal toxins) и Cyt (cytolytic toxins) из почвенной бактерии Bacillus thuringiensis. От названия бактерии происходит также название модифицированных организмов, которые с момента первой модификации условно называются Bt-культуры, хотя все содержат ген Cry токсина. Cry токсин демонстрирует инсектицидные свойства против самых разнообразных отрядов насекомых, таких, как чешуекрылые, двукрылые, жесткокрылые, перепончатокрылые, а также червей. Всех разновидностей Cry-протеинов насчитывается более двухсот, но механизм действия приблизительно схож: пре-протеин, попадая в пищеварительный тракт насекомого, расщепляется протеазами до активной формы — настоящего токсина, токсин распознает молекулярный рецептор на поверхности клеток кишечника, связывается с ним, что приводит к повышенной проницаемости мембранных пор и клеточному лизису. Молекулярная избирательность Cry токсина означает также видовую избирательность действия, так что токсин оказался безвредным для млекопитающих, что сделало его привлекательным инсектицидом в сельском хозяйстве.
Инсектицидные свойства Cry токсинов используются в сельском хозяйстве начиная примерно с 1938 г. Основным способом применения было распыление спор Bacillus thuringiensis, причем он рассматривался органическим замледелием как удачная альтернатива химическим инсектицидам. В 1996 г. появились первые трансгенные растения картофеля NewLeaf™ со встроенным сгуЗА геном с целью побороться против колорадского жука. Впрочем, с 2001 г. линия снята с производства из-за неэффективности, однако началась важная дискуссия, что лучше (или хуже) для сельского хозяйства и природы — споры бациллы, химические инсектициды или встроенный ген.
Все методы имеют свои преимущества и недостатки. Следует понимать, что главная претензия к Bt-культуре сводится к тому, что, в отличие от кратковременных обработок инстектици-дами, токсин есть в растении перманентно; следовательно, существует постоянное токсичное присутствие в агросистеме, что может негативно отразиться также на полезных и редких насекомых. Поэтому все последующие дискуссии связаны с оценкой потенциальной опасности для таких насекомых. Первой на поле боя появилась бабочка-монарх.
1999-2001 гг. Бабочка-монарх. Первая энтомологическая война.
Проверялась такая гипотеза: личинка бабочки-монарха (Danaus plexippus) может отравиться пыльцой Bt-кукурузы, которая, вероятно, может долететь c полей и осесть на листьях ваточника сирийского (Asclepias syriaca), где гусеницы этой бабочки преимущественно обитают.
В 1999 г. в журнале Nature были опубликованы первые результаты о кормлении гусениц бабочки-монарха в лабораторных условиях пыльцой трансгенной кукурузы линии N4640-Bt [1]. Результаты гласили, что гусеницы на такой диете росли медленнее, и был высказан осторожный вывод о потенциально возможных серьезных последствиях для популяции бабочек в естественных условиях. Авторы также призвали изучить не только риск использования новой технологии, но также сравнить его с таковым при использовании допущенных методов защиты растений.
Не успела высохнуть типографская краска, как «Гринпис» оперативно, в том же месяце выпускает пресс-релиз [2] с требованием, чтобы власти США, Аргентины, Канады и Европейского Союза приняли срочные меры и запретили выращивание ГМ кукурузы. В том же пресс-релизе «Гринпис» ставит себе подножку характерной оговоркой, из которой торчат уши презумпции вины: «We cannot consider GMOs harmless until harmful effects are fully proven» (Мы не можем считать ГМО безвредными, пока не будут полностью доказаны их вредные эффекты). Пока общественность расставляет запятые в предложении «казнить нельзя помиловать», подогреваемые ряжеными в гусениц активистами с лозунгами «Дайте гусеницам шанс!» научные исследования продолжились.
Уже год спустя эксперименты провели в условиях, приближенных к боевым. Результаты опубликованы в журнале Oecologia [3]. Обнаружено, что при определенной плотности трансгенной пыльцы из кукурузы на листьях ваточника наблюдается не только плохой рост, но даже смертность ценных гусениц. Однако эта опасная плотность пыльцы наблюдается на посадках ваточника всего в 3 метрах и ближе от кукурузных полей. На расстояние 10 метров пыльца хоть и долетает, но ее маловато, чтобы гусеницы гибли. Вывод уже совсем прозрачный: для того, чтобы оценить экологический риск, надо провести более полные исследования.
И наконец, еще год спустя, в 2001 г., вышла статья в PNAS [4], в которой исследовались время цветения кукурузы, ареалы обитания и цикл размножения бабочки-монарха. Вывод: теоретически все перекрывается, и если пыльца действительно токсичная, то надо еще раз внимательно это изучить.
С этого момента гусеницу бабочки-монарха окончательно водрузили на знамена борьбы с ГМО, а тем временем развернулись всесторонние исследования вокруг пыльцы и гусениц. Забегая наперед, скажу, что их результаты все еще заглушены анти-ГМО инициативой, поэтому особенно важно о них знать, чтобы принцип предосторожности не превратился в принцип глухого тотального запрета. Эти три описанных выше исследования инициировали целый ряд последующих.
Вернемся в лабораторию. Эксперимент повторили в лабораторных условиях [5]. Расширили ассортимент трансгенной пыльцы, добавили как контроль чистый токсин, а также провели подготовку самой пыльцы более аккуратно. На сей раз ее просеяли так, чтобы не было ошметков пыльников. Что оказалось? Если гусеницам скармливать пыльцу так, как это делали в первом эксперименте, то все сходится. Дохнут. Но если пыльцу просеять аккуратно перед употреблением, чтобы не было загрязнений другими растительными тканями, которые оказывались на листе из-за небрежности в приготовлении, то токсический эффект полностью исчезал. Опубликовали в PNAS выводы: пыльца трансгенной кукурузы при аккуратном исполнении эксперимента для гусениц не токсична. Наблюдаемый ранее эффект — артефакт.
Теперь опять на поля. Поскольку ранее была установлена потенциально-ядовитая плотность пыльцы на ваточнике, следовало бы узнать, какова она вообще на самом деле, в естественных условиях. Оказалось, что кукурузная пыльца вообще тяжелая, далеко не летит — лишь метра на 2-3. А если и оседает на листьях, то эффективно смывается первым же дождем. Наблюдаемая же доза значительно ниже, чем заявленная как токсичная [6].
В том же году, на тех же полях к монарху добавили еще и бабочку-парусник поликсена (Papilio polyxenes). Вывод: смертность гусениц не коррелирует с близостью к Bt-кукурузе и, возможно, является следствием естественного хищничества [7].
Допустим, это все сезонные исследования, а если подольше понаблюдать? Понаблюдали два года в полевых условиях [8]. Вывод: воздействие пыльцы Bt-кукурузы текущих коммерческих гибридов на популяции бабочки-монарха является незначительным. За бабочками-монархами наблюдает также инициативная группа Monarch Watch. И тут сюрприз: согласно наблюдениям Monarch Watch, за один год энтомологической войны площадь трансгенной Bt-кукурузы выросла на 40%. А популяция бабочки увеличилась на 30% [9]. Похоже, что бабочке Bt-кукуруза вообще на пользу пошла, такая позитивная корреляция просматривается.
Как раз на тот момент вышла статья [10], которая может пролить свет и на этот феномен. Обратимся к призыву, который прозвучал в самой первой статье в Nature, а именно — сравнить эффект воздействия на гусениц бабочки-монарха трансгенной пыльцы и пыльцы с нетрансгенных полей, но которые рутинно обрабатывали инсектицидами X-cyhalothrin. Выводы: нет разницы в выживании гусеницы, питающейся трансгенной и нетрансгенной пыльцой, но зато пыльца нетрансгенной кукурузы с полей, обработанных X-cyhalothrin, действительно негативно сказывается на здоровье гусениц.
В последующие годы вышло еще пара обзоров, посвященных этой проблематике, и еще пара статей с исследованиями на других объектах, вроде пчел и златоглазок. Просуммированы результаты всех вышеупомянутых экспериментов и истина вроде бы установлена. Что характерно, большинство исследований опубликовано в журнале PNAS, это навевает подозрения о специфической редакционной политике. Однако после короткого затишья на энтомологическом фронте в 2007 г. на страницах того же PNAS разворачиваются новые бои.
1. Losey JE, Rayor LS, Carter ME (1999) Transgenic pollen harms monarch larvae. Nature 399: 214.
2. http://archive.greenpeace.org/pressre-leases/geneng/1999may20.html.
3. Hansen-Jesse LC, Obrycki JJ (2000) Field deposition of Bt transgenic corn pollen: lethal effects on the monarch butterfly. Oecologia 125:241-248.
4. Oberhauser KS, Prysby MD, Mattila HR., Stanley-Horn DE, Sears MK, Dively G, Olson E, Pleasants JM, Lam WKF, Hellmich RL. (2001) Temporal and spatial overlap between monarch larvae and corn pollen. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98: 11913-11918.
5. Hellmich RL, Siegfried BD, Sears MK., Stanley-Horn DE, Daniels MJ, Mattila HR, Spencer T, Bidne KG, Lewis LC (2001) Monarch larvae sensitivity to Bacillus thuring-iensis-purified proteins and pollen. Proc Natl Acad Sci USA 98: 11925-11930.
6. Pleasants JM, Hellmich RL, Dively GP, Sears MK, Stanley-Horn DE, Mattila HR, Foster JE, Clark TL, Jones GD (2001) Corn pollen deposition on milkweeds in and near cornfields. Proc Natl Acad Sci USA 98: 11913-11918.
7. Zangerl AR McKenna D, Wraight CL, Carroll M, Ficarello P, Warner R, Berenbaum MR. Effects of exposure to event 176 Bacillus thuringiensis corn pollen on monarch and black swallowtail caterpillars under field conditions. Proc Natl Acad Sci USA 98: 11908-11912.
8. Sears MK, Hellmich RL, Stanley-Horn DE, Oberhauser KS, Pleasants JM, Mattila HR, Siegfried BD, Dively GP (2001) Impact of Bt corn pollen on monarch butterfly populations: a risk assessment. Proc Natl Acad Sci USA 98: 11937-11942.
9. J. Hodgson , (2000) Critics slam new monarch Bt-corn data criticized. Nat. Biotech-nol. 18: 1030.
10. Stanley-Horn DE, Dively GP, Hellmich RL, Mattila HR, Sears MK, Laura RR, Jesse CH, Losey JE, Obrycki JJ, Lewis L (2001) Assessing the impact of Cry1Ab-express-ing corn pollen on monarch butterfly in field studies. Proc Natl Acad Sci USA 98: 11931-11936.