На страницах нашего журнала неоднократно поднималась тема применения биотехнологических методик при производстве продуктов питания. Широкое применение этих методик на практике было неизбежно,
но столько, сколько они существуют, существует и человеческий страх перед такими продуктами. Да, иногда, эти опасения не лишены оснований. Но хотелось бы развеять несколько укоренившихся мифов и показать безопасные биотехнологические методы.
Ты думаешь, картошка – это так вот просто, сварил и съел? Не тут-то было! Из картошки знаешь, сколько можно блюд приготовить? А ну, считай: картошка жареная, отварная, пюре, картофель фри, картофель пай. Картофельные пирожки с мясом, с грибами и так далее. Картофельные оладьи, картофельная запеканка, картофель тушёный с черносливом, картофель тушёный с лавровым листом и с перцем, картофель молодой отварной с укропом, шаньги… Тося Кислицина, кинофильм «Девчата»
Сегодня разговор пойдёт о применении биотехнологий в растениеводстве. И расскажем мы об этом на примере одного из самых распространённых в нашей культуре питания продуктов – обычного картофеля. Нашей родной картошки, которую в новосибирском Академгородке… выращивают в пробирках. Но как и зачем? Эта актуальная тема была навеяна подслушанным разговором двух дачниц. Одна хвасталась, что купила на посадку несколько клубней качественной картошки, выращенной биотехнологическим методом. Вторая же сразу начала отговаривать её сажать: «Картошка из пробирки – это подозрительно, опасно, страшно и лучше уж по старинке – выбирать лучшие кусты и оставлять их на семена».
Почему возникают такие разговоры? В основном – от незнания. Поэтому важно вступиться за безопасность биотехнологических культур на примере картофеля, который объясняет и многие другие безопасные методы биотехнологий. Чтобы не быть голословными, мы попросили разъяснить методы и направления работы с картофелем кандидата биологических наук, старшего научного сотрудника Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН (Новосибирский Академгородок) Салмаз Магомедсаидовну ИБРАГИМОВУ.
Биотехнологические процессы в картофелеводстве можно разделить на два направления: получение безвирусного посадочного материала, которое осуществляется с помощью микроклонального размножения, и получение целевых сортов с улучшенными свойствами с помощью современных методов геномного редактирования. Расшифруем: биотехнологи способны успешно и безопасно справиться с вирусными заболеваниями картошки, которые сильно снижают урожайность; а также есть ещё и возможность получения целевых сортов (последнее делается с помощью геномного редактирования).
Картофель – конечно, не самый полезный продукт, с точки зрения диетологии, но крайне важный компонент питания. Сегодня есть множество его сортов, высокоурожайных и с разными вкусовыми качествами. Но у каждого сорта есть время жизни – лет 15 в среднем. В результате непрерывного вегетативного размножения происходит постепенное «старение» сортов, приводящее к ухудшению качества и снижению урожайности. На вырождение сорта влияет много причин, среди которых важное место занимают болезни картофеля, в особенности вирусные. Сегодня насчитывается до 33 видов вирусных заболеваний картофеля, которые через почву, от больного растения к здоровому или же из насекомых, проникают в листья, в клубень и далее передаются из поколения в поколение. Задача же специалиста – получить здоровый посадочный материал (рассаду) картофеля, без её деградации за счёт вирусного заболевания.
И на помощь приходит биотехнология: клубень нагревается до 37–40 градусов, и тем самым подавляется активность вирусов. Теперь нужно получить глазки. Для этого клубень переносится в темноту. На появившихся ростках находятся совсем крохотные (до 100 микрон) группы особых клеток – меристемы. Эти клеточки представляют собой самый большой интерес для биотехнолога. Дело в том, что именно они никогда не бывают заражены вирусами. Это связано с отсутствием в меристеме сосудов. В условиях строгой стерильности меристема выделяется из побега и переносится в пробирку, где на специальной питательной среде вырастает в побег. В лаборатории это выглядит так: очень много разных пробирок, и в каждой – побег гарантированно безвирусной картошки, у которой будет отличная урожайность! Если очень внимательно приглядеться, то можно увидеть крохотные клубеньки – микроклубни. Эти растеньица являются источниками получения оздоровлённых миниклубней при посадке их в почву. Получение миниклубней проводится уже в теплице, и они считаются суперэлитой. Далее такой материал размножают в питомниках, и вот уже они появляются как рассадочный материал на грядках дачников, на сельских полях. В среднем из 40 меристем за семь-восемь месяцев можно получить до 40 тысяч миниклубней. Через пять-шесть лет сорт накапливает в себе болезни, и биотехнологический процесс повторяется. Вроде всё просто и понятно, никаких опасных манипуляций. А называется это «пугающе»: микроклональное размножение. Так что если жители древней Трои говорили: «Бойтесь данайцев, дары приносящих», то мы можем сказать – «Не бойтесь микроклональной картошки, плоды приносящей».
Возможность выращивания картофеля на питательных средах – прекрасный способ проведения направленной селекции для получения сортов, способных расти при экстремальных условиях. Сейчас планируется эксперимент, в котором в разных пробирках будет добавлено, к примеру, различное количество соли. Как правило, из многих побегов один или несколько образцов начинают развиваться при навязанных им условиях (подсаливании). Таким образом планируется создать картофель, который будет прекрасно расти и давать высокий урожай даже на солончаках с определённым уровнем соли. И ещё раз подчеркнём: это не генномодифицированная картошка, не растение с изменённым геномом, как это обычно понимают. Это абсолютно безопасный продукт. И важно помнить, что подобные технологии применяются в растениеводстве не только на культурах картофеля.
Второе направление биотехнологии картофеля – получение новых сортов с помощью геномного редактирования.
Главная цель – это помощь сельскому и собственному хозяйству получать высокие урожаи качественных и вкусных продуктов растениеводства, позволяющие обеспечить продовольственную программу. Сделать это можно, прививая растениям устойчивость к вредителям, заболеваниям, гербицидам, экстремальным условиям окружающей среды в виде засухи или засоления полей. Также можно обеспечить синтез растениями витаминов или других нутриентов. Как происходит геномное редактирование, и нужно ли его бояться?
В первую очередь определяются гены, которые «отвечают» за тот или иной участок работы. Чаще всего, скажем, за распад в клубне крахмала на сахара, придающие картошке сладкий вкус, отвечают сразу несколько генов. То же касается и других веществ. Специалисты выбирают, какие гены следует «выключить» в геноме растения, чтобы добиться искомого результата. В нашем случае – не дать образовываться сахарам из крахмала в клубнях картофеля при хранении. Для этого нужно заблокировать на генетическом уровне ферменты, отвечающие за процесс, и ген, контролирующий данный признак. Так, стоп! Мы же изначально говорили, что вопрос биотехнологий в растениеводстве безопасен для человека. А теперь вдруг перешли на рассуждения о блокировании генов… Однако в данном случае не происходит нарушения самого генетического аппарата, он не меняется. Просто определёнными веществами блокируются некоторые его функции.
Но есть методы, действительно меняющие генетическую структуру – в нужное место можно встроить практически любой нужный ген.
А как вам вот такой метод: стрельба из пушки в картошку золотом и вольфрамом?! Да, чего только не бывает в науке. В том числе и прямой артиллерийский обстрел картофеля. Конечно, такая генетическая артподготовка проводится исключительно в специализированных, предназначенных для этого лабораториях и только в мирных целях. При обстреле металлами пробивается клеточная стенка для проникновения внутрь определённого, специально созданного фермента, прямо действующего на ДНК растения и вызывающего направленные мутации. Если это удаётся, то из генетически изменённых растений выращивают растения с новыми признаками – сначала в пробирке, и таким образом появляются новые растения с заданными свойствами.
Однако встраивание в геном целевых генов – процесс вероятностный. Всё зависит в конечном счёте от организма: захочет он «принять» искусственные гены или нет. Это удаётся далеко не всегда.
Ещё 30 лет назад никто не редактировал геном растений. Специально не редактировал. Сорта, способные передавать новые свойства следующим поколениям, получали с помощью спонтанной или направленной селекции. В результате… менялся геном сорта. В нём под влиянием мутации появлялись новые гены – и они тоже не встраиваются в геном человека (чего все так опасаются)! По факту любой полученный естественной селекцией новый сорт растения является генетически изменённым по отношению к изначальному. И генетический материал картофеля, растений, в том числе генетически модифицированных, никак не смешивается и не может смешиваться с генетическим материалом клеток человека. Так что биотехнология картофеля – это лишь новая технология, позволяющая достаточно быстро получать здоровый посадочный материал и разрабатывать новые сорта с желаемыми свойствами.
Теперь мы ждём новый картофель с редактированным геномом, в котором, на радость всем диетологам, не будет происходить осахаривание крахмала при хранении даже в низких температурах.
Анна КАЛМЫКОВА
Источник: «НиР» № 8, 2022