В 2019 году консорциум из 31 ученого опубликовал геном китайского каштана14. Это дерево – продукт около 40 тысяч генов. По словам количественного генетика Джареда Уэстбрука15, который является научным директором Американского фонда по спасению каштанов, устойчивость контролируется не двумя, тремя или шестью генами, а многими, распределенными по всем двенадцати хромосомам каштана. Оказывается, устойчивость гораздо сложнее, чем Бернхэм мог себе представить. Где находятся эти гены устойчивости на каждой хромосоме и что именно они делают, сказать сложно. «Подобно экосистемам, – объясняет Уэстбрук, – гены функционируют в сетях». Это означает, что не все они напрямую связаны с таким результатом, как устойчивость, а могут контролировать другие гены, которые включаются или выключаются и таким образом косвенно влияют на результат. Эта сложность наделила китайские каштаны устойчивостью, которую грибку еще предстоит преодолеть. И это объясняет, почему усилия по созданию устойчивого гибрида, который наращивает оболочку из крепкой, прямой, ровной и устойчивой к гниению древесины, формирует сладкие плоды, не сработали так, как планировалось. Последнее поколение гибридов, BC3F316, выращенное в рамках программы фонда в Мидоувью, имеют схожесть с американским каштаном от 65 до 90 %, в среднем – около 83 %. «Это не совсем те 93,75 %, к которым стремился Бернхэм, – признает Уэстбрук. – Они также не настолько устойчивы, как он планировал».

В то время как фонд занимался разведением, выращиванием и скрещиванием деревьев, Уильям Пауэлл и Чарльз Мейнард, работающие в Государственном университете Нью-Йоркского колледжа экологических наук и лесного хозяйства в Сиракузах, выбрали другой путь для спасения каштанов – генную инженерию. Их работа, которую фонд поддержал, может стать ключом к возрождению вида.

Уильям Пауэлл увлекся идеей спасения американских каштанов 30 лет назад. Он начал с изучения явления, называемого гиповирулентностью17. Оно основывается на представлении, что гиповирулентный грибок менее способен заражать хозяина и разрастаться на нем, а значит, менее способен вызывать болезнь. В начале XX века, когда каштановая чума охватила Аппалачи, европейцы готовились к аналогичным потерям, тем более что местные каштаны также оказались заражены болезнью, завезенной, предположительно, из Азии. Но массового уничтожения европейских садов так и не произошло. В 1950-х годах итальянский фитопатолог отметил, что каштаны в Генуе выжили, но не смог объяснить, каким образом. Десятилетие спустя один французский агроном и его коллеги обнаружили, что у местных каштанов протекание болезни отличалось от того, которое наблюдали в Соединенных Штатах, и причина этого кроется в грибке – в некоторых случаях он был менее вирулентным, или гиповирулентным. Когда агроном распространил его на другие зараженные каштаны, на них начали образовываться язвы, указывающие на инфекцию, но затем они зажили, оставив луковицеобразные струпья. Европейцы выращивали каштаны преимущественно в садах18, что способствовало распространению грибка, но деревья все равно выживали, а все потому, что он сам был заражен вирусом, о чем ученые, конечно же, не знали. Все дело в том, что вирусы поражают практически все живые существа на планете – от микробов до растений и животных. Есть вирусы, которые заражают другие вирусы, а есть те, которые заражают грибки и бактерии. Некоторые из них способны убить своего хозяина, а другие не причиняют вреда; конкретно этот поразил грибок, вызывающий каштановую чуму, и сделал его бессильным.

В начале 1970-х годов миколог Сандра Анагностакис получила от французского агронома образец культуры гиповирулентного грибка и начала экспериментировать, заражая им уже инфицированные деревья, чтобы узнать, сможет ли он успокоить болезнь. Это сработало на удивление хорошо19, превратив смертельную инфекцию в нечто, с чем дерево может справиться. Тогда казалось, что этот вирус может стать спасением для американских каштанов, но этого так и не случилось. Несколько каштанов в Соединенных Штатах естественным образом заразились гиповирулентным грибком, однако дуэт грибка и вируса не распространился так, как это произошло в Европе. Даже если бы ученые попытались привить каждое дерево в стране, это не имело бы смысла, поскольку в Соединенных Штатах существует несколько различных штаммов грибка20, многие из которых несовместимы с гиповирулентным. Спасительная инфекция попросту не всегда приживается. При этом, работая с грибком, Анагностакис и ее коллега все-таки обнаружили кое-что любопытное. Обычно, когда споры грибка прорастают и начинают питаться, они выделяют химическое вещество, называемое щавелевой кислотой, или оксалатом. Так работает их привычная стратегия заражения: кислота позволяет грибку проникать в клетки растения. Но гиповирулентный грибок не выделял оксалат21.

Способность выпускать химическое вещество можно оценивать как форму биологического оружия, и в этом нет ничего удивительного. Микробы и животные выбрасывают друг на друга всевозможные химические вещества, чтобы завоевать, удержать территорию или защитить себя от поедания. Деревья и растения через стволы и стебли выпускают терпены и алкалоиды, которые обеспечивают защиту от нападения насекомых или патогенов. К слову, именно терпены отвечают за считающийся культовым «сосновый» аромат.

Некоторые грибы, например плесень Penicillium, выделяют пенициллин, который может убивать бактерии (и который мы собираем, чтобы использовать исходя из своей выгоды). Когда речь идет о токсичных химикатах, велика вероятность того, что мишень уже развилась таким образом, чтобы ослабить наносимый ими ущерб. Пример – стрептококки и стафилококки, успевшие приобрести устойчивость к антибиотикам, или плесневые грибы аспергиллы, которые обладают устойчивостью к противогрибковым препаратам. Некоторые растения, подвергшиеся нападению грибков, вырабатывающих оксалат, поступают так же: бананы, клубника, пшеница и другие злаки научились вырабатывать фермент, называемый оксалат оксидаза, или OxO, являющийся продуктом одноименного гена. Было обнаружено, что этот фермент препятствует распространению грибков22, использующих щавелевую кислоту для вторжения в ткани растений. Американский каштан с его устойчивой к гниению древесиной и долгим сроком жизни выработал множество уловок, в том числе и химических, чтобы избежать вторжения грибков, но болезнь и ее оксалаты стали новой проблемой, потому что у данного вида деревьев отсутствует ген OxO. Для Пауэлла это стало открытием, в момент осознания которого он должен был вскричать: «Эврика!» Нетрудно догадаться, о чем он, специалист с опытом в области биоконтроля и страстью к генной инженерии, должен был подумать дальше: «Что, если получится внедрить ген OxO в американский каштан?»

Именно о таком применении науки мечтали первые биоинженеры: создавать сельскохозяйственные растения, способные постоять за себя. В своей книге «Повелители урожая», посвященной буйному началу генной инженерии, Дэн Чарльз писал, что инженеры воображали себя «зелеными революционерами»23, которые могли бы помочь фермерам отказаться от токсичных пестицидов. В 1980-х годах лидирующие позиции в этом направлении заняла компания «Монсанто», открывшая ген Cry – селективный белок, убивающий насекомых, производимых бактерией Bacillus thuringiensis (Bt). Белок становится активным только при проглатывании определенными вредителями и действует изнутри кишечника. Его цель – личинки мотыльков и других насекомых, питающихся растениями. Задолго до того, как «Монсанто» начала экспериментировать с инженерией, фермеры опрыскивали свои посевы Bt, используя его как естественный пестицид. К слову, этот бактериальный спрей используется и по сей день.

Со временем инженеры «Монсанто» нашли способ вставлять гены Cry в растения, создав Bt-хлопок, кукурузу, картофель и другие культуры, которые в настоящее время являются самыми распространенными среди генно-модифицированных видов. Именно им стали приписывать значительное сокращение использования инсектицидов, так что можно сказать, что революция, над которой работали первые биоинженеры, состоялась. Но не так, как они надеялись. В ходе следующего проекта были созданы культуры, устойчивые к гербицидам. Идея заключалась в том, чтобы фермеры могли легко распылять гербицид Roundup и уничтожать любые окружающие растения сорняки или вредителей, не причиняя при этом вреда урожаю. Представьте себе: больше никакой прополки и вспашки под посевы. Утверждалось, что большая часть кукурузы и сои, выращиваемая в Соединенных Штатах, «готова к использованию Roundup». Сегодня сельскохозяйственные Bt-культуры, те, на которых можно применять чудо-гербицид, и другие высажены на более чем 16 миллионах гектаров миллионами фермеров в десятках стран, а корпорации вроде «Монсанто» уже заработали на них миллиарды долларов24.

Но по мере того, как фермеры все чаще делали выбор в пользу модифицированных культур, голоса организаций, обеспокоенных их воздействием на здоровье и окружающую среду, становились все более громкими и встревоженными. В результате многие страны, включая большую часть Европейского союза, запретили или ограничили выращивание этих культур25. А углубленный анализ воздействия генной инженерии и последующая статья в New York Times, выпущенная в 2016 году26, дали понять, что эти культуры на самом деле не повысили урожайности и не снизили общего использования пестицидов. Насекомые и сорняки, на которые они были нацелены, успели выработать устойчивость, что вынудило производителей прибегнуть к использованию большего количества ядовитых веществ для опрыскивания растений. Но генная инженерия – это всего лишь инструмент, каждое применение которого несет в себе плюсы или минусы, а иногда и то и другое сразу. В то время как культуры, созданные для устойчивости к гербицидам, увеличили их использование27, Bt-хлопок и кукуруза, созданные для защиты от определенных насекомых, наоборот, снизили потребность в некоторых пестицидах.

Пока вокруг генной инженерии бушевали моря науки, политики и прочей бурной деятельности, Пауэлл и его коллеги работали над тем, чтобы модифицировать каштан, дав ему возможность самостоятельно противостоять грибку. Конечная цель состояла в том, чтобы изменить дерево и вернуть его в лес на благо всех и каждого. Усилия Пауэлла растянулись на три десятилетия, в течение которых рядом с ним трудились его коллеги, студенты и технические специалисты. Лесной генетик Чарльз Мейнард, ныне вышедший на пенсию, сосредоточился на изучении способов выращивания деревьев в чашках Петри, чтобы после обнаружения гена-кандидата его можно было успешно внедрить в отдельные клетки. В итоге из них должны были вырасти саженцы, в каждой клетке которых будет присутствовать необходимая устойчивость. Но если некоторые деревья можно вырастить из кусочка листа, то каштаны – нет, и Мейнарду понадобилась помощь лесного биолога и специалиста по культуре тканей Скотта Меркла из Университета Джорджии. Меркл научил Мейнарда выращивать в чашке Петри эмбрионы американского каштана – маленькие полупрозрачные скопления клеток, а Пауэлл должен был найти подходящий ген, затем придумать, как успешно перенести его в эмбрионы.