Высокую чувствительность метода ПЦР наглядно иллюстрирует история, опубликованная в журнале Nature™. Ученые из медицинского центра Маунт-Синай (США) использовали тройки нуклеотидов, чтобы закодировать цифры и буквы секретного послания. Зашифрованное на языке нуклеотидов сообщение поместили между определенными последовательностями ДНК, к которым у принимающей стороны были праймеры. Капельку раствора с содержащей послание ДНК, перемешанную с обычной человеческой ДНК, нанесли на простой бумажный текстовый документ и отправили его по почте. При этом количество ДНК с сообщением было ничтожным — как абсолютное, так и относительно количества «примесей». Представьте, что вам нужно найти одно-единственное предложение, спрятанное в одной из 170 миллионов книг Британской библиотеки. Примерно такую задачу предстояло решить адресату.
Принимающая сторона использовала ПЦР, чтобы обнаружить фрагмент ДНК с посланием и увеличить число копий этих молекул в миллиарды раз. После этого была установлена последовательность нуклеотидов послания, а само сообщение было расшифровано. Оно гласило «6 июня, вторжение, Нормандия». Так было показано, что можно использовать молекулы ДНК в криптографии. За пятьдесят пять лет до этого исследования, в июне 1944 года, случилась высадка в Нормандии — скоординированная операция совместных сил США, Великобритании, Канады и их союзников против сил Германии во время Второй мировой войны. Криптография сыграла важную роль в успехе этой военной операции.
ПЦР позволяет обнаружить вставку только в том случае, если мы знаем с высокой точностью хотя бы два участка анализируемой последовательности, длиной примерно в двадцать нуклеотидов каждый. А значит, если переносимый ген достаточно сильно изменить, таким методом он обнаружен не будет. Чтобы неточный праймер присоединился к цепочке ДНК, необходимо снижать температуру во «втором чайнике», а это может привести к тому, что праймеры свяжутся неспецифично — с каким-то случайным участком ДНК, что, в свою очередь, приведет к ложноположительному результату.
Напомню, что в стандартном генетическом коде три нуклеотида в кодоне и четыре типа нуклеотидов позволяют закодировать 64 аминокислоты. Но генетический код кодирует лишь 20 аминокислот. Некоторые аминокислоты кодируются несколькими кодонами. Используя это свойство, я предложу нуклеотидную последовательность, которая не существует ни в одной базе данных и не существует в природе. Но тоже кодирует белок Cry-токсина, причем идентичный оригинальному. Вот она.
Ниже приведено сравнение исходной и полученной последовательности гена Cry-токсина. Подчеркну, что обе нуклеотидные последовательности кодируют один и тот же белок (хотя описанные изменения могут привести к небольшим изменениям количества производимого белка).
Если вы посмотрите на эти две последовательности, то заметите, что нет ни одного фрагмента ДНК длиной хотя бы в шесть нуклеотидов, который совпадал бы у исходной и новой нуклеотидной последовательности. Это означает, что методом полимеразной цепной реакции будет проблематично обнаружить присутствие такой вставки в геноме организма. Только что мы обманули существенную часть регулирующих инстанций и вывели на рынок ГМО под видом «органического» продукта. Трудно сказать, догадались ли так делать какие-нибудь компании. В принципе не проблема выяснить, какие праймеры используются для рутинных проверок на содержание ГМО (на самом деле часто ищут не сам ген, а другие, связанные с ним конструкции, например регулирующие его работу участки). Достаточно убедиться, что последовательности, подходящие под эти праймеры, в наших вставках отсутствуют.
Если мы используем вставку, для обнаружения которой у контролирующих организаций нет готовых праймеров, ее поиск превратится в поиск иголки в тысяче стогов сена. При этом тот, кто ищет, не будет знать, в каком именно стоге искать и есть ли вообще иголка. Пусть в качестве метода обнаружения трансгенных вставок противники ГМО кормят нашим растением крыс и ищут у них раковые опухоли. Удачи им в этом слепом эксперименте!
Но это не значит, что невозможно поймать теневого генного инженера. Существуют методы, позволяющие обнаружить не ген, а белок в образце. В данном случае мы использовали известный белок, который никак не меняли, что немного облегчает задачу его обнаружения. Методам анализа белков тоже можно ставить палки в колеса, используя немного измененный белок (например, выделив белок, похожий на Cry-токсин, из другой бактерии или заменив в нем какие-нибудь аминокислоты). Подобные вещи и так делают, когда хотят обойти патент на какой-то белок, — ищут новые его варианты и проверяют их эффективность. Полностью скрыть наличие белка сложно, но это и не нужно. Достаточно сделать так, чтобы рутинные тесты дали отрицательные результаты. Подробный анализ — это уже весьма трудоемкая научная работа, требующая привлечения специалистов, которые должны примерно догадываться, что и где они ищут.
Всегда остается, казалось бы, самый надежный способ обнаружения ГМО: полностью прочитать геном растения и проверить, нет ли в этом геноме каких-нибудь странных генов. При «расшифровке» полного генома читаются довольно короткие последовательности, которые затем собираются вместе, подобно пазлу, с использованием специальных алгоритмов. При этом в любом образце ДНК будут присутствовать загрязнения, которые, как правило, выкидываются и в сборке не участвуют. Можно обмануть алгоритмы, участвующие в сборке геномного пазла, чтобы они приняли фрагменты нашей вставки за такие загрязнения. Для этого по бокам от нашей конструкции можно поставить какие-нибудь бессмысленные последовательности человеческой или бактериальной ДНК. Подобный материал часто случайно попадает в образцы, а значит, отличить его от загрязнений будет сложно. Для того чтобы раскрыть аккуратно скрытую генную модификацию, нужно кого-то подозревать и использовать индивидуальный подход к анализу, что обойдется в приличную сумму и займет много времени.
Если речь идет не о переносе новых, а о выключении каких-то уже имеющихся генов, для этого достаточно, например, поставить в гене преждевременный стоп-кодон. Белок производиться не будет. Такие мутации происходят в природе сами, и отличить их от генной инженерии просто невозможно. Есть и другие генно-инженерные вмешательства, неотличимые от естественных природных процессов, позволяющие снизить активность генов или немного изменить кодируемые ими белки.
