Пришли реформы, и отрасль, способная дать биотехнологии, оказалась на десять лет в полном развале. Только при В. Путине стали собирать осколки утраченного, чтобы не опоздать на поезд мирового бизнеса…
Сегодня, надо сказать, культивируемые биобизнесом клетки растений существенно отличаются от растущих в культуре животных клеток. Как биотехнологи ни пытались, им так и не удалось получить для коммерческого использования животные клетки, которые возвращались бы к эмбриональному состоянию. Для растительных же клеток, культивируемых вне организма, такой возврат вполне возможен. Они перестают быть в культуре «узкими специалистами» и дают начало так называемой каллусной ткани.
«Каллус» по-латыни – «мозоль». Так называют ткань, которая образуется в результате травмы на поверхности растения. Из нее и возникают зачатки разных органов. В такую же ткань превращаются клетки растения, когда их помещают на искусственную питательную среду, куда входят разные минеральные соли, сахара и различные гормоны. Зеленые клетки листа, клетки пыльцы, клубней и любые другие теряют в культуре характерные для них особенности и становятся каллусными. Однако и они «хранят память» о своем виде.
Выращивают клетки в пробирках и колбах, которые помещают на специальные качающиеся установки. При тряске вокруг клеток не образуется зона токсических веществ, которые выделяются в процессе их жизнедеятельности. Тем самым создаются лучшие условия для их питания и поступления кислорода. Размножившиеся каллусные клетки остаются соединенными друг с другом, образуя клеточные агрегаты. Многие составляющие их клетки попадают в менее благоприятные условия роста. А когда сосуды колеблются, то агрегаты дробятся на более мелкие части. Жидкая питательная среда вокруг них все время перемешивается.
Иногда клетки выращивают в культиваторе – вертикально поставленной трубке, в которую снизу подается пузырек воздуха. Подачу его регулирует особое реле. Воздушный пузырек помогает лучшей аэрации, препятствует образованию токсических зон и разрушает клеточные агрегаты. В результате клеточных делений масса каллусной ткани быстро растет.
Что дает бизнесу выращивание клеток? Дело в том, что выращиваемые таким образом для коммерческого использования клетки продолжают вырабатывать эфирные масла, алкалоиды, смолы, стероиды и другие свойственные им вещества, которые используются в разных отраслях коммерческой деятельности – от промышленности до ароматерапии. И неважно, каким способом они будут получены: из цветков ли, плодов, стеблей, корней целого растения или же из культуры клеток каллусной ткани. Для бизнеса важно лишь, чтобы было как можно больше нужных веществ. Посмотрим, какой способ лучше.
В растении раувольфии, особенно ее корнях, содержится большое количество разных алкалоидов, из которых наибольшее применение получили резерпин и аймалин, необходимые для лечения гипертонической болезни, – они понижают кровяное давление. Раувольфия, житель тропиков, в Башкортостане не растет. Однако из культуры ее клеток ученые именно у нас получают и резерпин, и аймалин. И вот что важно: в культивируемых клетках аймалина содержится в два с лишним раза больше, чем в клетках целых растений, да к тому же это вещество можно получать круглый год. Ведь для роста клеток «в пробирке» не требуется ни подходящей почвы, ни благоприятного климата.
А вот другой пример. Женьшень, занесенный в Красную книгу, растет в нашей стране только в дальневосточной тайге. В корнях его содержится много целебных веществ, отсюда и на звание – «корень жизни». Настойки женьшеня применяют при пониженном кровяном давлении, усталости, переутомлении, при некоторых нервных заболеваниях. Препараты из корня широко используются и в парфюмерном бизнесе. Растет женьшень крайне медленно – его корни добывают только на пятый-шестой год жизни растения. За год они тяжелеют всего на один грамм.
Как быть коммерсанту, которому нужно больше товара? Ответ дает биотехнология: каллусная масса женьшеня растет в сотни раз быстрее! Культура клеток женьшеня спасает это растение от полного истребления в природе и заменяет дорогостоящее его искусственное разведение. «Клеточный» женьшень скоро полностью заменит почти исчерпанный в тайге «корень жизни». Выходит, что с помощью биобизнеса можно сохранять исчезающие на Земле растения.
Но какое все же отношение имеют клетки в культуре к пищевому бизнесу? Оказалось, что по желанию ученого из каллусной ткани можно вызвать развитие различных органов растения. Стеблевые побеги возникают из клеток риса, моркови, петрушки, баклажанов, гороха и многих других употребляемых в пищу растений. Если побеги перенести в соответствующую питательную среду, у них появляются корни. И тогда из пробирок прямой путь в почву, где они растут уже как обычные растения.
Заметим, это не опасная и агрессивная современная генная инженерия, которую справедливо критикуют, а экологически чистая биотехнология. Природу не подменяют искусственной структурой, ее лишь подгоняют в естественных процессах…
Превращение каллусной клетки в клетку, которая дает начало зародышеобразной структуре, представляет собой и большой практический, предпринимательский интерес. Ведь такая клетка может дать полноценное растение, как оплодотворенная яйцеклетка, в которой объединяются материнские и отцовские хромосомы. Каллусная же клетка по составу в ней хромосом такая же, как и все остальные клетки растения, из ткани которого получена культура. Ее развитие происходит под действием определенных химических веществ.
Особенно подробно процесс образования целого растения из клетки изучен на моркови. Биотехнологи убедились, что любая клетка моркови, прошедшая в культуре стадию каллусной клетки, способна дать начало зародышеобразной структуре, а затем и целому растению.
Образование целого растения из клетки – это уже не мечта, а реальность. Тут, конечно, могут возникнуть вопросы: для чего из клетки выращивать целые растения? Не проще ли сажать их обычным способом?
Оказывается, клеточное разведение имеет – именно в области коммерческой деятельности, где важны скорость и результат – ряд преимуществ. Применяя такой метод, можно избавить посадочный материал от вирусов, которыми поражены ценные сорта картофеля и других овощных, плодовых и технических культур. А ведь это существенно снижает потери урожая. Вирусные заболевания растений – подлинный бич сельского бизнеса во всем мире. Как же оздоровить экономически важные сельскохозяйственные растения с помощью клеточных культур?
Биотехнологии доказали, что молодые части стебля, где находится образовательная, или меристемная, ткань, не содержат вирусов. Из таких здоровых участков верхушек стебля и получают культуру меристемы или культуру каллусной ткани. А из них можно уже вырастить и целые растения. Вот один из путей от клетки к полноценному урожаю. Один, но не единственный!
Как важно для повышения рентабельности нашего сельского бизнеса получить морозоустойчивые и засухоустойчивые растения, не подверженные заражению болезнетворными микробами! Для выведения таких сортов селекционеры затрачивают многие годы кропотливого труда. При использовании культуры клеток для этой цели не только значительно ускоряется селекционная работа, но и удается сочетать такие признаки, которые при обычной гибридизации не получаются.
Иногда вообще межвидовые гибриды невозможно получить. И тогда на помощь могут прийти клетки этих растений, взятые из любого органа, – соматические. Пока клетки покрыты своими плотными оболочками, конечно, ни о каком их слиянии не может быть и речи. Но оболочки легко растворяются некоторыми ферментами. А «голые» клетки – протопласты – сливаются друг с другом беспрепятственно.
В одном из опытов для получения гибридного растения ученые использовали протопласты дикого и культурного видов картофеля – сорта Приекульский ранний. У него крупные клубни, но он восприимчив к болезням. У дикого картофеля клубни очень мелкие, зато он устойчив ко всяким заболеваниям. Различаются эти виды и по количеству хромосом, и по размерам протопластов: у культурного они от тридцати двух до семидесяти восьми микрон в диаметре, а у дикого – от двадцати пяти до пятидесяти шести микрон (микрон – это тысячная доля миллиметра). При культивировании слившихся протопластов в питательной среде образовывалась обычная каллусная ткань. Для того чтобы из нее начали возникать органы, крошечные кусочки этой ткани – размером около одного миллиметра – вырезали и высаживали, как уже говорилось, в другую питательную среду, где и формировались побеги. Затем они давали корни, и тогда их переносили в почву.
Какими же свойствами обладали полученные соматические гибриды? По форме листьев и кустов, по размерам клубней они занимали как бы промежуточное положение между культурным и диким видами. Так, впрочем, бывало и при обычной половой гибридизации этих растений. Но гибрид, полученный из протопластов, оказался устойчивым к одной из тяжелых вирусных болезней…
Угрозы для перспектив
Расцвет глобального капитализма в 1990-х годах привел к тому, что биотехнология оказалась зараженной склонностью ставить делание денег выше всех прочих ценностей и этических соображений. Многие ведущие генетики сегодня либо владеют собственными биотехнологическими компаниями, либо тесно с таковыми связаны. Основной движущей силой генной инженерии сегодня является не прогресс науки, не лечение болезней и не победа над голодом. Она – в желании добиться неслыханных доселе барышей.
Крупнейшим на сегодня и, пожалуй, наиболее агрессивным биотехнологическим предприятием является проект «Геном человека» – попытка распознать и картировать полную генетическую последовательность человека, насчитывающую десятки тысяч генов.
Другая угроза жизни человеческой – генномодифицированные продукты, которые все справедливо опасаются потреблять. Более 70 % жителей Башкортостана считают трансгены вредными для здоровья, хотя меньше 40 % знают, что это такое. Таков один из главных итогов республиканского социологического исследования, посвященного отношению наших жителей к генномодифицированным продуктам (ГМП).