Из рубрики «Человек Наук»

Текст: Анастасия Фортуна. Фото: Константин Мельницкий, 66.ru 

Портал 66.ru продолжает серию публикаций об ученых Уральского федерального университета. Им не присуждали Нобелевскую премию, однако многие из них получали награды не менее престижные в своей области, но менее раскрученные в ненаучной среде. Эти люди не просто двигают вперед отечественную науку. Их изобретения помогут нам и нашим потомкам сделать мир чище, комфортнее и понятнее.

В новой серии нашего проекта биотехнолог и физиолог растений Александр Ермошин развенчает мифы о вреде генно-модифицированных овощей и расскажет, какое растение может спасти почвы, загрязненные тяжелыми металлами.

Что такое ГМО и надо ли с ним бороться

Александр похож на ученого-биолога из блокбастеров – молодой, высокий, ироничный. И работает он на ФБР. Правда, это не американская разведка: Александр – преподаватель кафедры физиологии и биохимии растений УрФУ – студенты сократили ее название до ФБР. Тема, которой занимается молодой кандидат биологических наук, тоже вполне подходит для блокбастера: его диссертация была посвящена выращиванию и изучению трансгенных растений.

– Александр, аббревиатура ГМО для человека, далекого от науки, звучит страшно. Надпись «без ГМО» сейчас ставят практически на любую продуктовую этикетку. Товары, на которых нет этой нашлепки, вызывают подозрение. Насколько это действительно опасно? 

– Генетически модифицированные растения создаются путем трансгенеза. Это не какое-то изобретение ученых – трансгенез существует в природе. В почве живут бактерии Agrobacterium tumefaciens. По природе своей они паразиты: существуют за счет того, что вводят растениям часть своих генов, заставляя их синтезировать нужные бактериям вещества. Мы работаем с растениями, используя эти микроорганизмы. Ученые-генетики просто берут их плазмиду – небольшую молекулу ДНК, физически отдельную от хромосом, – разрезают ее в строго определенном месте молекулярными ножницами, затем вставляют ген с нужными свойствами и склеивают с помощью молекулярного клея. Новую генетическую конструкцию снова вводят в бактерию. А ей все равно, какие гены переносить – свои или чужие. Так нужные свойства передают растениям.

– Как это выглядит на практике? 

– Кусочки растений вымачивают в суспензии бактерий, и те переносят генную конструкцию. Затем из кусочков, где уже присутствуют нужные нам гены, мы регенерируем целое растение. Высаживаем его. При этом создаются оптимальные условия для роста – так называемая селективная среда, где трансгенное растение начинает доминировать над нетрансгенами, – так мы отбираем нужные линии.

В лабораториях УрФУ процесс трансгенеза изучается на табаке. Среди этих кустиков есть и обычные растения и те, свойства которых искусственно изменили. Отличить одни от других на первых порах невозможно. Из табака, который выращивает Александр и его коллеги, сигары не скрутят, как бы ни хотели этого студенты. Растения высушат, разотрут в порошок, экстрагируют, прохроматографируют – свойства трансгенного табака будут исследовать самыми различными способами. В итоге от них не останется даже пыли.

– Какие свойства вы пытаетесь придать этому табаку? 

– Работу над этими растениями мы начинали с нашими коллегами из уфимского Института биохимии и генетики. Они ввели в конструкцию гены, отвечающие за процесс роста, за размер клеток, а мы этот табак прорастили и теперь наблюдаем за ним. Трансгенные растения будут выше своих обычных собратьев и с более крупным листом. Затем мы исследуем, как эти признаки наследуются, при каких условиях проявляются наиболее полно. И дальше эти конструкции можно приживлять на другие растения, в первую очередь сельскохозяйственные культуры – картофель, томат.

– В других культурах свойства будут проявляться так же, как в этом табаке? 

– Да, конечно. Представьте, что перед вами две книги, обе – на русском языке, но одна, скажем, томик Пушкина, другая – манускрипт какого-то профессора. Зная русский алфавит, вы сможете прочитать и одну, и другую. С растениями так же. Гены, отвечающие за рост, будут увеличивать и лист табака, и плод томата.

– Если все это так естественно и безопасно, как вы рассказываете, почему вокруг генетически измененных продуктов столько негатива? 

– Есть несколько причин. Первая и, пожалуй, главная – консерватизм людей, боязнь нового. Раньше так противостояли атомной энергетике, сейчас же понятно, что более чистой энергии не существует, по крайней мере на данный момент. Кроме того, трансгены – это же продукт высоких технологий, а это обязывает. Знаете, как с телевизором: нет разницы, ламповый у вас аппарат или плазма со смарт-хабом, если вы смотрите только Первый канал. С трансгенными растениями надо уметь обращаться. Если сказано, что надо их поливать два раза в месяц определенным количеством определенных веществ, значит надо делать именно так.

Еще одна причина, по которой о ГМО говорят в негативном ключе, – экономика. С трансгенами урожай возрастает, это приведет к его удешевлению. А в Европе, к примеру, производить более дешевую еду невыгодно. Это просто подорвет рынок. Когда фермеры столкнулись с этим, они начали протестовать. Появилось своеобразное сельскохозяйственное лобби, которое постоянно муссирует идею о вреде трансгенов. Но ведь целое поколение уже выросло на таких продуктах! Первые генно-модифицированные растения появились еще в 1994 году! И сегодня о трансгенных растениях нам известно гораздо больше, чем о тех, что просто растут рядом.

– У нас в стране вообще много подобной продукции? 

– Нет, немного, в основном две культуры – соя и кукуруза. Возможно, пара сортов картофеля. И всё. Может быть, наши наработки позволят вывести новые сорта – когда люди будут не так шарахаться от слова ГМО. Но это если и случится, то не через пять и даже не через десять лет.

Генная инженерия – не единственное направление, которым занимаются Александр и его коллеги. Да, оно самое современное и актуальное, под эти исследования легче получить гранты. Однако есть и классические подходы.

Это не холодильник, как может показаться на первый взгляд, а специальная климатическая камера, используемая в первую очередь для технологии микроклонального размножения. Здесь создаются оптимальные условия для растений. 16 часов длится день – горит свет, температура поддерживается на уровне 25 градусов. 8 часов – ночь: свет отключается, воздух охлаждается до 22 градусов. Влажность всегда на одном уровне.

– Микроклональное размножение – еще одно направление биотехнологии. Растения высаживают на специальные питательные среды, в которых определенное количество сахарозы, микро- и макросолей. Главное условие – стерильность. Никаких микроорганизмов – если, конечно, это не предусмотрено параметрами опыта. В таких условиях мы можем вегетативно размножать даже те растения, которые в обычной среде не черенкуются – например, хвойные или орхидею цимбидиум. Поскольку здесь нет никаких вредных веществ, получается очень качественный и очень однородный посадочный материал. За год, если очень постараюсь, могу получить из одного семени до 10 тысяч растений. Элитные сорта картофеля размножают именно таким образом.

– На чем специализируется лаборатория: на генной инженерии или микроклональном размножении? 

– На генной инженерии, откровенно говоря, мы упор не делаем. Свои генные конструкции не создаем – обмениваемся с коллегами из Башкирии и подмосковного Пущино для совместной работы. Да, выращиваем такие растения, да, изучаем их свойства. В микроклональном размножении, которым занимаемся уже давно, мы достигли более значительных результатов. А наша основная специализация – клеточная селекция.

– Судя по названию, это смесь традиционной селекции с современными клеточными технологиями…

– Как идет селекция классическая? Мы берем поле, засаживаем его культурой, потом выбираем образцы с нужными нам свойствами. Повторно их высаживаем. И так несколько поколений. Но поле – это большое пространство. К тому же, о чистоте эксперимента в данном случае говорить сложно – на растение влияет слишком много посторонних факторов. Прибавьте к этому длительность – одна вегетация в год, мы живем не в Бразилии. А если это многолетнее растение? То есть при классической селекции сорта получаются очень долго.

– При клеточной селекции этот путь сокращается? 

– Значительно. Вот смотрите – это чашка Петри. Ее площадь – несколько десятков квадратных сантиметров. И на ней вырастает клеток столько же, сколько в поле растений. При этом клетки делятся очень быстро – за год я могу получить 12 поколений.

То, что в поле делают десятки людей в течение десятилетия, в чашке Петри может сделать один человек за год.

Ода клеверу

Что первым приходит на ум при слове «селекция»? Большинство, скорее всего, вспоминает о Мичурине и его садах. Иван Владимирович вывел более 300 сортов яблок, груш, слив, винограда, абрикосов, ежевики, смородины.

– Вы тоже выращиваете фрукты? Какие-нибудь плоды с меховой шкурой для условий Крайнего Севера? 

– Вариант интересный, но бессмысленный (смеется, – прим. ред.). Наша кафедра решает более практические задачи. Для Урала характерно заражение почвы тяжелыми металлами, особенно медью. Остро стоит вопрос с рекультивацией земель, возвращением их в севооборот. Мы пытаемся получить растения, устойчивые к меди и другим металлам. Для своих исследований мы взяли клевер.

Среди растений в климатической камере есть и клевер, выращенный путем клеточной селекции. С помощью этой технологии ученые создают культуры, способные очистить те уральские почвы, которые уже несколько веков загрязняются металлургическим производством.

– Почему именно клевер? 

– Это очень интересное растение. Во-первых, клевер – вид космополитичный, он растет буквально по всей планете, практически во всех климатических зонах. Во-вторых, это бобовое, а культуры этого вида могут расти на почвах, бедных азотом, то есть на любых отвалах. При этом бобовые сами обогащают почву азотом – за счет того что могут вступать в симбиотические связи с бактериями. В-третьих, клевер имеет развитую корневую систему. Ведь отвалы – это достаточно сыпучие земли, малейший ветер несет с них пыль на соседние территории, загрязняя их. Клевер это может предотвратить. Еще один плюс клевера – как бобовое он содержит много белка и потому считается ценной кормовой культурой. К тому же, клевер – растение-медонос. Ну и с чисто эстетической точки зрения – клевер хорош для газона. Ровный зеленый газон с белыми и розовыми цветами вместо пыльных черных отвалов – такая перспектива радует глаз (улыбается, – прим. ред.). Но это лирика. Самое главное для нас в клевере – его реакция на тяжелые металлы. Ботаники знают, что по отношению к этим вредным веществам все вариации можно поделить на три группы. В первой будут растения-исключители. Прорастая на загрязненных почвах, они не накапливают в своих тканях тяжелых металлов. То есть в почве чуть ли не килограммы вредных веществ, а трава вырастает экологически чистой.

– Получается, «исключители» убивают сразу несколько зайцев: обогащают почву азотом, как все бобовые, укрепляют ее, не давая вредоносной пыли разноситься по окрестностям, дают перегной. Еще и на корм скоту могут пойти? 

– Не убивают зайцев, а наоборот – спасают (смеется, – прим. ред.). Но по сути всё верно. Второй вид реакции на тяжелые металлы можно наблюдать у растений, которые называются индикаторами. В таком клевере примерно то же содержание вредных веществ, что и в земле, где они выросли. Нас они почти не интересуют. Ну кроме как обогатить почву азотом и закрепить субстрат. И, наконец, третий вид – растения-гипераккумуляторы. Они содержат в своих тканях в разы больше металлов, чем почва вокруг. Просто выкачивают их из земли. За несколько лет мы можем полностью удалить с какого-то участка вредные вещества, сделать его чистым, пригодным для дальнейшего сельскохозяйственного использования.

– А что делать с такими растениями осенью? Ведь перегной из них получится тоже зараженный? 

– Да, их нельзя оставлять на поле, можно только сжечь на специальной площадке. При этом зола получается очень токсичной, содержит огромное количество вредных веществ. Но в данном случае это можно рассматривать как плюс: современные технологии позволяют перерабатывать эту золу, извлекая из нее те самые металлы. Вряд ли это будет медь, но вот тот же индий вполне может быть.

– Когда можно будет увидеть первый слиток индия, добытый из зараженного клевера? 

– На Урале индий не добывают. Да и любой другой металл получать из растений мы не планируем – нет у нас такой задачи. Наша цель – очистить почву. Мы разрабатываем эту тему второй год. Накапливали знания, изучали механизмы: почему в одном случае получаются растения-индикаторы, в другом, скажем, исключители. Сейчас наша кафедра перешла от изучения клевера к созданию растений-гипераккумуляторов. И будем создавать их, используя все биотехнологии, о которых я вам рассказал.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

09.10.2015