Золотой рис

Схема пути синтеза каротиноидов из геранилгеранила

При создании «золотого риса» стояла задача добиться синтеза в съедобной части растения — эндосперме — бета-каротина, биохимического предшественника витамина А. В обычном рисе бета-каротин используется в процессах фотосинтеза, поэтому синтезируется в листьях. Для модификации использовались два гена: ген psy из нарцисса Narcissus pseudonarcissus, кодирующий фермент фитоенсинтазу, и ген crt1, взятый у почвенной бактерии Erwinia uredovora, продуктом экспрессии которого является фитоендесатураза. Эти гены были помещены под управление промотора, специфического для эндосперма, так что они экспрессируются только в эндосперме.

Синтез начинается с превращения геранилгеранила дифосфата в фитоен с участием фитоенсинтазы. Затем фитоендесатураза превращает фитоен в ликопин, причём, в отличие от аналогичных растительных ферментов, катализирует сразу несколько стадий этого превращения. На последнем этапе ликопинциклаза превращает ликопин в каротин.

Первый вариант «золотого риса» получил обозначение SGR1. В условиях теплицы он вырабатывал до 1,6 мкг/г каротиноидов[2], а полевые испытания, проведённые в 2004 году, показали от 4 до 8 мкг/г[5]. Тем не менее этого было недостаточно для практического использования риса как источника витамина А, поэтому первый вариант считается лишь «подтверждением идеи»[6]. Второе поколение золотого риса, в котором был использован ген фитоенсинтазы из кукурузы, оказалось способно вырабатывать до 37 мкг/г каротиноидов, в том числе до 31 мкг/г бета-каротина[7]. Это значит, что для удовлетворения 60 % суточной потребности достаточно 100—150 г варёного риса[8].

Распространение гиповитаминоза А в мире. Красным показаны наиболее страдающие страны, зелёным — наименее страдающие. Голубой цвет означает отсутствие данных

Целью разработки «золотого риса» является борьба с дефицитом витамина А, распространённым во многих развивающихся странах, особенно в Африке, Южной и Юго-Восточной Азии. По оценкам ВОЗ, в 2005 году гиповитаминозом А страдали около 190 млн детей и 19 млн беременных женщин в 122 странах[9]. Это приводит каждый год к 1—2 млн смертей, 500 тыс. случаев необратимой слепоты и миллионам случаев ксерофтальмии[10]. С 1990-х годов под эгидой ЮНИСЕФ реализуется международная программа прямого снабжения витамином А детей, беременных и кормящих матерей[11], которая позволила значительно сократить заболеваемость и смертность, связанные с дефицитом витамина А[12]. В то же время рис является ключевым источником питания в наиболее страдающих от дефицита странах, поэтому модификация риса выглядит более простым и менее затратным (в долгосрочной перспективе) решением, чем непосредственное введение витамина каждому ребёнку или введение в сельское хозяйство этих стран таких культур (например, моркови, шпината и манго), которые являются традиционными источниками каротиноидов.

Противники внедрения золотого риса (в том числе организация Greenpeace) высказывали сомнения в его безопасности, а также в эффективности его использования. В частности, предполагалось, что каротин может теряться при термической обработке; кроме того, критики обращали внимание на необходимость потребления цинка и достаточного количества жиров для синтеза витамина А[13]. Для ответа на подобные вопросы проводились соответствующие исследования. Так, в 2006 году Университет Небраски показал отсутствие аллергических реакций на белки — продукты вставленных генов[14]. В 2009 году эксперимент на добровольцах показал, что каротин «золотого риса» эффективно перерабатывается в витамин А организмом человека[15]. Ещё одно исследование, опубликованное в 2012 году, подтвердило, что бета-каротин из золотого риса усваивается с той же эффективностью, что и чистый бета-каротин, растворённый в масле, и с большей эффективностью, чем каротин из шпината[8]. Кроме указанных, высказываются опасения, относящиеся и к другим ГМО, такие как возможность переопыления с обычными сортами и неизвестные отдалённые последствия[13].

Права на модификацию после разработки SGR2 отошли к Syngenta, однако гуманитарный совет проекта Golden Rice сохранил право сублицензирования исследовательских организаций в развивающихся странах[6]. Эта безвозмездная лицензия включает патенты, принадлежащие разным биотехнологическим компаниям[16], и освобождает от лицензионных отчислений фермеров с доходом менее 10 000 долларов США в год, а также разрешает использовать выращенный урожай для посева, но запрещает отправлять его на экспорт[6].

По состоянию на 2014 год, «золотой рис» нигде не был допущен к выращиванию. Ранее ожидалось, что в 2013 году разрешение на культивирование дадут Филиппины, а в 2015 году — Бангладеш[17]. Однако проводимые на Филиппинах полевые испытания, включавшие скрещивание с местными сортами (изначальная модификация выполнена на одном из американских сортов и требует переноса на местные) показали сниженную по сравнению с последними урожайность, предположительно из-за неудачно выбранной линии[18][19]. Поэтому испытания продолжаются с использованием других сайтов вставки целевой генетической последовательности (insertion events)[19].

Кроме технических и законодательных трудностей, внедрение «золотого риса» сталкивается и с открытым противодействием. Так, в августе 2013 года группа филиппинских радикальных активистов разорила одно из экспериментальных полей[20]. Против «золотого риса» продолжает активно выступать Greenpeace[21]. В 2016 году более сотни лауреатов Нобелевской премии подписались под открытым письмом, призывающим Greenpeace прекратить кампанию против генетически модифицированных организмов вообще и золотого риса в частности[22]. Однако более раннее исследование 2016 года показало, что деятельность экологических организаций не оказывает значимого влияния на разработку. Хотя активисты действительно разоряли экспериментальное поле, это был один из многих участков, на которых продолжаются исследования, далекие от завершения[4]. О том, что золотой рис не готов, заявила и представительница Greenpeace Вильгельмина Перегрина, отвечая на заявление нобелевских лауреатов[23].

Золотой рис создали на основе сортов риса Rc82 (‘Peñaranda’) и IR-64. На 2019 год золотой рис допустили к выращиванию США, Канада и Филиппины[24].

• Исследования безопасности генетически модифицированных организмов

• Golden Rice Project (англ.)