разбор

Вы наверняка тоже мучаетесь этим вопросом: почему помидоры из супермаркетов такие невкусные? И правда ли, что раньше они были вкуснее? Спойлер: правда. И виновата в этом наука. Но она же может все исправить

Источник: Meduza

В ноябре 2024 года исследователи из Института сельскохозяйственной геномики в китайском Шэньчжэне обнаружили легкий способ улучшить вкус помидоров. Найденная ими точечная мутация «снимает тормоза» с фермента, отвечающего за синтез сахаров в плодах. В результате вкус значительно улучшается. Введением в геном такой мутации можно усовершенствовать помидоры почти любого сорта, причем это несложно сделать с уже существующими технологиями — с такой работой справится даже студент-биолог. Важно, что урожайность при этом не падает и улучшение вкуса не требует от производителя никаких жертв. Но появятся ли новые помидоры на полках магазинов в обозримом будущем — вопрос. До сих пор ни одному генно-модифицированному (ГМ) растению, измененному с целью повышения качества, не удалось добраться до массового покупателя. Все подобные сорта, выращиваемые в сколько-нибудь значительных объемах, упрощают производство, но не улучшают вкусовые характеристики — несмотря на десятилетия попыток. На этот раз такой целью задались в Китае, где отношение к ГМ-растениям несколько иное, чем на Западе, — не исключено, что это наконец поможет поменять ситуацию в ГМ-индустрии.

Аудиоверсию этого текста слушайте на «Радио Медуза»

Помидоры — редкий пример продукта, вкус которого раньше и правда был лучше. Как ученые это доказали?

Жалобы на то, что вкус современных помидоров «уже не тот, что раньше», максимально похожи на типичную когнитивную ошибку, которая заставляет приписывать тому, что было в прошлом, лучшие качества. Однако именно в случае помидоров это утверждение, как ни странно, подтверждается многочисленными прямыми экспериментами.

Самое крупное из подобных исследований проводилось в 2014–2015 годах, его результаты были опубликованы в научном журнале Science в 2017-м. В работе (сделанной в том числе авторами новой статьи про «улучшающие мутации») ученые сравнили химический состав 398 сортов современных и сохранившихся до сих пор «семейных сортов» помидоров, а также их ближайших родственников.

У этого большого исследования было три основных результата.

То, как именно это могло происходить, хорошо иллюстрирует более раннее исследование, посвященное изучению одного конкретного отличительного признака современных помидоров — их униформного и одновременного поспевания.

Те, кто имел опыт выращивания старых, более «диких» сортов, знают, что обычно плоды у томата созревают очень неравномерно. На одной кисти одного растения могут одновременно быть зрелые и незрелые плоды. Даже одна ягода часто спеет с разной скоростью: у корешка она может быть еще твердой и зеленой, а на противоположной части уже начинает растрескиваться, разбрасывая семена. Такая особенность, конечно, крайне неудобна для сбора урожая и транспортировки, поэтому во многих современных сортах селекционеры от нее избавились. В результате поспевание помидоров происходит равномерно, а все ягоды, попадающие на прилавки, краснеют одновременно и выглядят одинаково — что, видимо, способствует продажам.

Но у красоты и удобства есть обратная сторона. Когда генетики стали разбираться с наследием стихийной селекции, давшей фермерам «удобные» помидоры, выяснилось, что равномерное поспевание современных сортов связано с точечной мутацией в одном конкретном гене, называющемся GLK2. Этот ген, в частности, отвечает за развитие хлоропластов в плодах растения. Когда селекционеры отбирали растения с ягодами, которые выглядят и спеют одинаково, они, сами не зная того, отбирали растения с «выключенным» GLK2. Это привело к тому, что одновременно в таких помидорах становилось меньше сахаров и вообще полезных веществ, ведь во многом именно за счет работы хлоропластов эти вещества накапливаются в спеющем фрукте. В результате такая селекция сделала помидоры не только более «предсказуемыми», но и частично лишила их вкуса, сделав более водянистыми, чем их дикие предки.

Еще один, даже более важный пример непреднамеренной деградации вкуса в ходе современной селекции — это отбор на увеличение размера плода, что привело к снижению концентрации в помидорах глюкозы и фруктозы.

Этот неприятный факт обнаружили авторы описанной выше работы 2017 года, когда стали разбираться с химическим составом разных сортов. Оказалось, что в двух участках генома растения (Lin5 и SSC11.1) встречаются варианты, которые достоверно повышали концентрацию сахара в плодах, но одновременно и значительно снижали их средний размер. Отрицательная корреляция между размером и вкусом была насколько сильной, что в среднем увеличение массы ягоды вдвое приводило к снижению сладости почти в полтора раза.

Анализ генетического окружения этих двух участков генома позволил найти неопровержимые улики направленного отбора. То есть селекционеры прошлого явно отбирали растения с вариантами генов, которые чаще встречаются в современных сортах. Судя по всему, безвкусными современные помидоры сделала не случайность, а сами селекционеры — они отбирали растения с более крупными плодами, а то, что увеличение размера было неразрывно связано с ухудшением вкуса, выяснилось уже потом, когда с последствиями стали разбираться генетики.

В завершении статьи, в которой был обнаружен этот неприятный эффект, авторы предложили план работы по улучшению вкуса современных помидоров. Предложение заключалась в том, чтобы обмануть досадную корреляцию: раз увеличение урожайности при прочих равных сильно портит вкус, то надо идти другим путем и повышать выработку веществ, отвечающих за запах помидоров. Эти соединения значительно влияют на общее впечатление о вкусе, даже присутствуя в микроскопических количествах, поэтому их выработка не должна сказаться на общих энергозатратах растения и, как следствие, на урожайности. Тем не менее общее впечатление от статьи было невеселым: если улучшение вкуса для помидоров действительно неизбежно означает снижение урожайности, то надежды на появление массовых, доступных и при этом вкусных сортов остается мало.

Новое исследование дарит надежду на ренессанс вкусных помидоров. Что именно сделали ученые?

Спустя семь лет после исследования, вскрывшего, казалось бы, неразрешимую дилемму несовместимости качества и количества, в «томатной» области родилась новая надежда. Ее дала новая работа от тех же авторов из Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне, которые исходно обозначили проблему. Статья 2024 года — естественное продолжение анализа тех данных, что им удалось собрать о важных для вкуса помидоров химических веществах.

Логика исследователей была следующей: если глюкоза и фруктоза так важны для формирования хорошего вкуса помидоров, то можно попробовать найти гены, которые способны сделать плоды более сладкими, но при этом не сильно снизить общую урожайность. В конце концов, если в ходе спонтанной селекции сладость помидоров упала из-за одного конкретного варианта гена в одном конкретном участке генома, это не значит, что не может быть других путей повысить сладость плодов без сопутствующих «жертв».

Сравнив геномы более чем 300 диких и культурных сортов, ученые обнаружили два гена, некоторые варианты которых сильно ассоциировались с «насыщенностью» вкуса — если выражать ее через общее содержание сухого вещества в плоде. Оба найденных гена кодировали очень похожие регуляторные белки — по-видимому, относительно недавно это был один ген, который в ходе эволюции «раздвоился» на две копии. Оба белка, как выяснилось, выступали для растения в роли «тормоза сладости» — они стимулировали разрушение одного важного фермента, сахаросинтазы (SuSy), от активности которой зависит сладость плода. SuSy превращает транспортированную из побегов в плоды сахарозу в глюкозу и фруктозу — вещества, которые, как мы уже знаем, важны для вкуса томатов. В ходе своей работы один из этих регуляторных белков может пометить молекулы SuSy фосфорными остатками. Последние можно сравнить с «черными метками» — помеченные ими молекулы SuSy быстро разрушались. В результате общее содержание глюкозы и фруктозы в плодах с подавленной сахаросинтазой сильно падало.

Когда ученые выключили оба этих белка-регулятора с помощью технологии геномного редактирования CRISPR/Cas9, содержание сахаров в помидорах выросло почти на треть. Самое главное, что ни урожайность, ни средний вес плодов при этом никак не поменялись. Судя по всему, растения не тратили на «новые» глюкозу и фруктозу в плодах дополнительную энергию, а просто экономили то, что могло быть потрачено в других метаболических путях.

Помимо тщательного химического и геномного анализа новых мутантов, авторы статьи опробовали улучшенные помидоры в деле — то есть дали попробовать их потребителям в слепом тесте. Оказалось, что эффект от «выключения» тормозящих генов ощущался очень быстро: большинство попробовавших быстро отличили более сладкий вкус мутантных помидоров от исходного сорта. Кстати, сам использованный в работе сорт (Money Maker) является современным и очень популярным в промышленном агропроизводстве, поэтому особых проблем с адаптацией его нового варианта к производству возникнуть не должно. Если бы авторы исходно использовали более экзотичные, пусть и более вкусные помидоры типа «диких» Solanum pimpinellifolium, применимость их работы была бы сильно ограниченной. Но исследователи исходно стремились улучшить один из самых простых и массовых сортов.

ГМ-растения никак не могут завоевать доверие массового покупателя. Это предубеждение? Или у их низкой популярности иные причины?

Удастся ли новым помидорам появиться на полках магазинов и завоевать свою нишу — большой вопрос. На стороне нового ГМ-сорта простое и понятное для покупателей преимущество во вкусе, полная совместимость с существующими технологиями производства и еще один важный фактор — полное отсутствие трансгенов.

Если раньше, в 1990-е — 2010-е годы, основным способом получения ГМ-растений было внесение генетического материала других видов (с помощью введения специальных бактерий или путем обстрела клеток золотыми шариками с чужеродной ДНК), то в нашем случае для получения мутантов использована технология редактирования геномов CRISPR/Cas9. Она не вносит никакой дополнительной, «чужой» генетической информации в геном растения, а просто выключает какие-то из его природных генов. Поэтому в некотором смысле эти растения даже не подпадают под понятие «генно-модифицированный».

Важно подчеркнуть, что сам по себе этот факт не дает какого-то реального преимущества в безопасности или чем-то еще, но может повлиять на имидж растений. Хотя опасения по поводу безопасности трансгенных растений для здоровья совершенно беспочвенны, что многократно доказано на самых разных примерах (подробно об этом можно прочитать здесь), многие покупатели все равно относятся к ГМ-растениям с недоверием и даже готовы переплачивать до 20% стоимости за продукты, которые «не содержат ГМО». Завоевать свою нишу на таком рынке новому сорту может быть проще, если он не содержит никаких трансгенов вообще — возможно, это убедит кого-то из потребителей или государственных регуляторов.

Однако факторов против того, чтобы на полках магазинов появились новые, менее водянистые и более вкусные помидоры, очень много. И главный из них — тяжелая и долгая история неудач и провалов ГМ-растений и животных.

В 2024 году исполняется ровно 30 лет с момента одобрения первого ГМ-растения, предназначенного для употребления в пищу человеком. По иронии судьбы, это были вовсе не соя или кукуруза — культуры, где ГМ-варианты давно занимают подавляющую долю рынка. Это тоже был помидор — известный когда-то сорт Flavr Savr, созданный компанией Calgene. Об истории разработки, популяризации и быстрого провала Flavr Savr написаны как научные, так и популярные книги («биографию» Flavr Savr от одной из его создательниц, сотрудницы Calgene Белинды Мартино, безусловно, можно рекомендовать), но, вкратце, она свидетельствует, что одних только улучшенных свойств для завоевания популярности ГМ-растением недостаточно.

Как и новый сорт «шэньчжэньских» помидоров, Flavr Savr был выведен с целью хоть немного компенсировать печальное влияние многолетней «классической» селекции на вкус современных томатов.

В Flavr Savr были введены два гена.

Идея создателей ГМ-сорта заключалась в том, чтобы дать томатам подольше провисеть на ветке, а не быть собранными раньше времени, как все остальные промышленные сорта.

Необходимость собирать помидоры сильно раньше времени поспевания — еще один важный фактор их незавидного массового вкуса. Необходимость эта диктуется простыми задачами логистики: спелые ягоды, которые сохраняют свежесть всего несколько дней, просто невозможно доставить за сотни километров от места производства к покупателям. Почти всем «обычным» магазинным помидорам приходится доспевать уже в пути, что, конечно, не улучшает их вкус. Flavr Savr могли не разваливаться и сохранять форму существенно дольше, поэтому собирать их можно было позже, чем обычно. По крайней мере, в этом была задумка сотрудников Calgene.

В 1994 году, после очень подробного и тщательного исследования со стороны американской Администрации по контролю за лекарствами и пищевыми продуктами (FDA), первый в истории ГМ-сорт был признан «столь же безопасным, как и помидоры, выращенные обычным способом», и поступил на рынок. Но уже в 1997 году компания столкнулась с большими операционными проблемами, не смогла удовлетворить спрос — и производство нового сорта остановили, а Calgene купил агротехнический гигант Monsanto, который быстро закрыл «помидорное» направление.

Flavr Savr — первый, но далеко не единственный ГМ-организм, который вызвал большой общественный интерес, но так и не смог добиться хоть сколько-нибудь заметного успеха на рынке. Можно вспомнить, например, ГМ-лосося AquAdvantage, который способен расти и набирать вес существенно быстрее, чем его селекционные собратья. Хотя эта порода была выведена еще в 1989 году, проверки на безопасность и получение разрешений на выращивание и продажи затянулись на десятилетия. Первые партии ГМ-лосося поступили на полки американских магазинов спустя десятилетия — только в 2021 году. И продержались там очень недолго: AquAdvantage столкнулась с трудностями в маркетинге, не смогла преодолеть сопротивление ритейлеров и завоевать стабильную долю на рынке. В декабре 2024 года производитель закрыл свою последнюю акваферму и оказался близок к банкротству.

Еще более печальная история у так называемого золотого риса, ГМ-растения, предназначенного для самой что ни на есть благородной цели — борьбы с детскими заболеваниями. В его зернах, в отличие от обычного риса, в значительном количестве присутствует бета-каротин, который придает зернам оранжево-желтый цвет. Как и всякий продукт с каротином, золотой рис способен восполнить недостаток в пище витамина А. Этот дефицит в тяжелых случаях ведет к заболеваниям глаз (например, ксерофтальмии).

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2009 году до трети всех дошкольников и значительная часть беременных женщин в мире страдали от авитаминоза по витамину А. И ситуацию можно было бы исправить с помощью ГМ-риса. Однако, несмотря на то, что первая версия сорта была создана еще в далеком 2000 году, до сих пор ни в одном месте на планете «золотой рис» в значительных масштабах не выращивается.

С 2017 года ГМ-рис получил одобрение в Новой Зеландии, Австралии и Канаде (богатых странах, не сильно страдающих от авитаминоза) — и то частичное: разрешалась продажа, но не выращивание этих растений.

Странами, где должны были появиться первые поля «золотого риса», в 2021 году должны были стать Филиппины и Бангладеш. В обеих странах сорт мог бы принести ощутимую пользу для детей в бедных сообществах, однако резко против неожиданно выступили не только консервативные фермеры, переживающие за свой доход, но и активисты Greenpeace. Люди, вполне осведомленные и о безопасности ГМ-риса для здоровья, и о влиянии ГМ-растений на окружающую среду (в частности, об их способности снизить выбросы парниковых газов на десятки миллионов тонн).

В реальности даже в этом, казалось бы, этически безупречном случае, недоверие к словам «генетические технологии» оказалось существенно более конвертируемым товаром, чем полезный рис (или недорогой лосось; или долго сохраняющие вкус помидоры). В итоге сегодня подавляющее большинство всего производства ГМО занимают всего четыре культуры: кукуруза, соя, рапс и хлопок. Но свойства, которые им придали генетики, никак не назовешь «пользовательскими». Устойчивость к гербицидам, насекомым и засухе — вещи, которые мало влияют на качество продукта, когда он уже лежит на полке. Если новому сорту ГМ-помидоров удастся наконец изменить общую картину ГМ-производства и отношение к себе потребителей просто за счет лучшего вкуса, это будет большой и неожиданной победой.