«Идея создания быстрорастущих форм древесных растений появилась несколько лет назад, – рассказывает научный сотрудник лаборатории физиологической генетики растений ­СИФИБР СО РАН Василий Павличенко. – В этом направлении работали группы под руководством доктора биологических наук, члена-корреспондента РАН Рюрика Саляева и докторов биологических наук Виктора Войникова». К примеру, учёные, работавшие под началом Саляева, производили трансформацию осины. Над проектом трудились около десятка лет, замысел, возникший у исследователей, заключался в том, чтобы вывести быстрорастущую разновидность деревьев, которая позволила бы организовать «поточное» выращивание леса и кардинально изменить действующую в России схему заготовки древесины. Осина для подобного рода научных ­изысканий подходила как нельзя лучше, но у неё был один недостаток: способность к активному вегетативному размножению через корневую систему, что неприемлемо в условиях действующего запрета на выращивание трансгенных растений в открытом грунте. 

В свою очередь, группа под руководством Войникова вела работы по двум направлениям. Первое направление ведущего научного сотрудника лаборатории физиологической генетики растений Кима Гамбурга было посвящено созданию быстрорастущих тополей методами селекции микроклонов, что не связано со вмешательством в генетику растений. На втором направлении работы велись по созданию генетически трансформированных растений. Павличенко и его коллеги (лауреатами «Глобальной энергии» также стали Татьяна Горностай и Марина Протопопова), взяв за основу уже имевшиеся  в группе наработки, привнесли в исследование элемент новизны: более эффективные методы генетической инженерии, которые позволяют трансформировать не отдельные органы, а растение целиком. Благодаря этому, полагают учёные, можно получить деревья с более выраженными показателями роста.

За рамки ограничений

Объектом исследований выбрали тополь. Дело в том, что из всех распространённых в Сибири деревьев он выделяется высокими темпами роста, устойчивостью к заморозкам и вредителям, а в довершение всего обладает высокой способностью к регенерации. В пользу тополя, если говорить с позиций переработки на биотопливо, говорит тот факт, что его древесина обладает высокими экологическими показателями, иными словами, при её сжигании выбросы вредных веществ невелики. Вдобавок в ней низко содержание лигнина – неоспоримый плюс при производстве биоэтанола. 

«Топливо на основе древесины уже широко применяется в странах Европы, в России оно тоже находит применение: например, топливные гранулы и брикеты используются в промышленных и частных газогенераторных установках, – продолжает Павличенко. – Его пре-имущество перед традиционными углеводородами или углём заключается не только в более высоких экологических показателях при сжигании, но и в снижении нагрузки на окружающую среду в целом из-за того, что не требуется разработка месторождений полезных ископаемых». Пока, впрочем, биотопливу сложно конкурировать с более традиционными видами энергоресурсов в силу большей стоимости, но в условиях энергодефицита в будущем вопрос о широком его использовании станет актуальным.

«В настоящее время его производство выгодно только при больших объёмах, – отмечает наш собеседник. – Проблема, мешающая широко использовать биотопливо, заключается главным образом в ограниченности сырьевой базы. Мы как биологи видим нашу задачу в создании подходов для получения быстро возобновляемого сырья – древесины». Для этого в лаборатории физиологической генетики растений работают над созданием модифицированного тополя с повышенной выработкой гормонов роста, набирающего биомассу гораздо быстрее, чем столь привычное нам дерево, широко распространённое в городах Сибири и России. 

Бактерия-трансформатор

Исследователи вырастили небольшие топольки в пробирках
со специальной питательной средой и проверяют,
обладают ли они всеми необходимыми свойствами

Первый шаг – создание генно-инженерной конструкции. Определение для непосвящённых звучит замысловато, а для учёных оно означает, что нужный набор генов «встраивают» в агробактерию Agrobacterium tume-faciens, которая сама по себе вызывает заражение растения и за счёт этого способна трансформировать его клетки. Именно эту особенность микроорганизма используют для того, чтобы придавать растениям те или иные свойства. Получившуюся генно-инженерную конструкцию встраивают в растительные клетки, из которых в дальнейшем развиваются маленькие деревца. Они долгое время растут в пробирках со специальной питательной средой. Затем учёным нужно убедиться в том, что получившиеся растения обладают всем необходимым набором свойств – это происходит лишь в результате тщательной проверки, разбитой на несколько этапов. Только после этого их можно высадить в теплицы для культивации, размножения и поддержания чистой линии – сорта деревьев, которые при самоопылении дают генетически идентичное потомство с теми же отличительными признаками. 

Такой процесс занимает минимум несколько лет. Над своим проектом сотрудники лаборатории физиологической генетики растений СИФИБР СО РАН работают около года. К настоящему времени уже получено несколько линий трансформированных растений, которые как раз проверяют на наличие необходимых учёным свойств. «Пока они не перемещены в почву для самостоятельного роста и развития без искусственной поддержки с нашей стороны, рано говорить о конкретных показателях роста и других характеристика, – уверен Павличенко. – О внедрении в промышленности и вовсе можно будет думать только после того, как быстрорастущая форма тополя пройдёт проверку в лабораторных условиях и будет испытана в закрытых теплицах. Но, так или иначе, мы планируем продолжить работы с ней для того, чтобы попробовать придать дереву другие свойства, которые помогут повысить его устойчивость к условиям Сибири». 

О перспективах коммерциализации своей разработки учёный пока отзывается довольно сдержанно. «Интерес со стороны инвесторов, к сожалению, появляется только при наличии готового продукта, – констатирует он. – Думаю, быстрорастущую форму любого дерева с радостью купят и внедрят в производство, однако на стадии разработки к таким проектам крайне сложно привлечь финансирование, даже несмотря на их объективную перспективность. Но мы не теряем надежды на то, что наш проект привлечёт внимание инвесторов». Пока же учёные получили грант в 1 млн рублей на продолжение исследований – таков приз для победителей «Энергии молодости».