Помоги проекту - поделись книгой:
Природа воздвигла между далекими видами непреодолимый барьер, который мешает селекционной работе. Фактически селекционеры тасуют одни и те же гены. У них в руках словно бы колода, в которой все карты одинаковы: в одной — только семерки бубей, в другой — лишь трефовые короли и т. п. Кое-какие различия, конечно, есть: одни карты пропечатаны чуть-чуть лучше, на других видны следы брака — опечатки, смещения рамок…
Получить гибрид капусты и редьки, например, селекционерам никак не удается. Сотворить такую помесь они смогли, но, к их глубочайшему разочарованию, она имела корни капусты, а ботву — редьки! И надолго стала мишенью для острот злопамятных юмористов. А вот генные инженеры почти с первой попытки, так сказать, с первого захода смогли сотворить гибрид свеклы со шпинатом и, если потребуется, смогут вырастить и груши на вербе.
Пересадка генов от неродственных видов — это наиболее престижная работа для молекулярных биологов. Так, у дуба нет ржавчинного гриба — возбудителя ржавчины, от которой так страдает пшеница. Почему бы не выделить нужный ген из дуба, не пересадить его пшенице и таким образом не остановить ржавчину?
Как все это делается? В чем секрет? Мы помним: успехи генной инженерии связаны с плазмидами, этими ДНК-колечками, способными «перекатываться» из одной бактерии в другую. К огорчению ученых, тех же экспериментальных удобств растения и другие высокоорганизованные клетки не предоставляют. Природа отделила прокариотов — бактерий, синезеленых водорослей и других наделенных плазмидами простейших — от эукариотов (растительные и животные организмы) непроницаемой стеной. Поэтому, казалось, плазмидные способы изменения наследственности тут не помогут.
Так считалось. И вдруг обнаружилось, что есть все-таки лазейка. Выяснилось: то, что молекулярные биологи безуспешно пытались сделать, уже миллионы лет проделывает обычная почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens. Она умеет вводить чужеродные гены в растения и заставляет их повиноваться своей воле — вынуждает синтезировать нужные ей белки. В результате такой генетической колонизации растительные клетки начинают безудержно размножаться, и образуется нарост, галл — растительная опухоль.
Исследователи выделили и виновницу этих превращений — плазмиду (ее назвали Ті-плазмидой, от английских слов «tumor-inducing», «вызывающая опухоль»). Было установлено, что после заражения растения определенная часть плазмидной ДНК способна встраиваться в хромосомную ДНК растительной клетки, становиться частью ее наследственного материала. Это генное вторжение заставляет растение синтезировать особые соединения — опины, которые служат бактерии пищей.
Итак, открывается уникальная возможность для включения в геном растений любого желательного гена, функционирование которого может придать растению нужные свойства. Ti-плазмиды, у них можно подавить гены, способствующие возникновению растительных опухолей, окрылили исследователей: в окружающей растительную клетку высоченной, кажущейся совершенно неодолимой ограде обнаружились «выломанные доски». Впрочем, это необходимо отметить, биологические бреши найдены не для всех растений. Только для класса двудольных. Для однодольных же — а к ним относятся важнейшие для сельского хозяйства зерновые, кукуруза, многие травы: они обладают природной устойчивостью к заражению агробактериями — проблема не решена. Здесь придется поискать другие обходные пути.
Ученые настроены чрезвычайно оптимистично. Строятся вдохновляющие планы применения генной инженерии для активизаций фотосинтеза растений, что должно, к примеру, способствовать быстрому росту деревьев; для обогащения сельскохозяйственных растений некоторыми основными аминокислотами, необходимыми для человеческого организма, что избавило бы миллионы людей от алиментарной дистрофии; для создания засухоустойчивых культур, незаменимых в засушливых районах Азии и Африки; хотят «приспособить» тропическую маниоку для производства этанола, его можно будет использовать вместо бензина, и фруктозы…
Правда, далеко не все разделяют оптимизм исследователей. В США намерение биологов перейти в ближайшее время от лабораторных опытов к испытаниям в природных условиях вызывает активный протест защитников окружающей среды. Противники генной инженерии требуют запретить генетические манипуляции над растениями в природных условиях. Их пугает возможность создания такого вида растений, который сможет сопротивляться любым ядам и, выйдя из-под контроля, устойчивый к засухам, гербицидам и холоду, начнет бурно размножаться и вытеснит всю дикорастущую флору.
О возможной опасности генноинженерных работ говорят и такие факты. В последние годы в США ведутся активные попытки получения биологических средств для борьбы с заморозками. Ученые намерены создать биологический «антифриз».
Убытки, связанные с заморозками, составляют в США более миллиарда долларов в год. И, как выяснилось, во многом тут виноваты бактерии. Именно они способствуют образованию губительных кристалликов льда.
При отсутствии на поверхности листьев бактерий видов Pseudomonas syringae и Erwinia herbicola вода в растениях с падением температуры до нескольких градусов ниже нуля по Цельсию не замерзает, а становится переохлажденной. Растения при этом могут выдерживать температуры до минус 8 градусов Цельсия.
Заморозки вредят растениям, только если на них образуется лед. А для начала кристаллизации сверхохлажденной воды нужны ядра, или центры кристаллизации. Этими ядрами и служат бактерии упомянутых видов. На них-то и нанизываются образующиеся кристаллики льда.
Сначала ученые Висконсинского университета в США пытались бороться с бактериями, опрыскивая поле стрептомицином. Но ясно, что широкое использование этого средства неблагоприятно скажется на окружающей среде. Поэтому тактику борьбы пришлось поменять.
Было решено натравить на бактерии убивающие их вирусы, бактериофаги. Лабораторные эксперименты обнадежили. В течение нескольких часов удавалось уничтожить более 90 процентов льдообразующих бактерий.
Еще более иезуитский прием — генноинженерными методами так преобразовать бактерии, чтобы они более не вызывали кристаллизации льда. Так сказать, перевоспитать их.
Парадокс тут в том, что исследователи толком не знают, что делает бактерии ядрами кристаллизации. И однако им удалось уничтожить в бактерии Pseudomonas syringae гены, определяющие это их неприятное для людей качество.
Ученые вели поиск методом проб и ошибок. Они приготовили из ДНК этой бактерии набор фрагментов самой разной длины. Каждый из фрагментов был затем «вшит» в кишечную палочку, которая обычно не вызывает образование кристалликов льда.
Затем — следующий этап этой работы — биоинженеры «вырезали» из ДНК бактерии кусок, ответственный за кристаллизацию. И такой ДНК (ее назвали «минус лед») заменили «нормальную» ДНК бактерии Pseudomonas syringae.
Уже собираются распылять культуры полученных бактерий на опытных участках, засаженных картофелем, с целью повышения морозостойкости растений. Говорят, это первый значительный эксперимент генетических инженеров, затрагивающий окружающую среду. Все было бы хорошо, но бактерии, вокруг которых образуются кристаллики льда, скорее всего играют в природе заметную роль. При занесении их воздушными потоками в верхние слои атмосферы они способствуют образованию дождя и снега. Что произойдет, если эти бактерии «аборигены» не выдержат «конкуренции» с модифицированными человеком микробами? Чем все это кончится? Пока этого никто не знает.
Биоинженерия меняет не только растения, но и наши представления о них. Вот какую, к примеру, картину сельского хозяйства, «исправленного» молекулярными биологами, рисует доктор физико-математических наук Франк-Каменецкий:
«Где-то в пустынях стоят солнечные электростанции, от них ток, а также необходимое минеральное сырье, поступают на громадные биотехнологические заводы, где готовят оптимально сбалансированные корма из бактерий и дрожжей и в удобной упаковке рассылают их по всей стране на птице-, свино- и коровофабрики. Там, словно в инкубаторах, где сегодня растят кур, выращивают всю остальную живность, а может быть, и совсем новых, выведенных с помощью генной инженерии животных. Кроме кормов, заводы изготавливают искусственную пищу. Разумеется, в каком-то объеме сохранилось и обычное земледелие, с возделыванием пшеницы и других культур. Но потребность в этих весьма дорогих продуктах настолько снизилась, что их возделывают в отдельных климатических зонах, с полной мелиорацией и т. д. Огромные пространства, которые были в добиологическую эру заняты под пашни, освободились, люди перестали скучиваться в городах, а живут вольготно среди лесов, озер и рек и ездят на работу, в ближайший магазин и друг к другу в гости на электромобилях…»
Как видим, это не живопись с ее яркими, сочными красками, не графика с ее резкими, отчетливыми линиями, четко фиксирующими контуры изображенных предметов, а скорее акварельный набросок, характеризуемый смазанными переходами, полутенями, с мельканием живописных пятен.
Представить завтрашний день сельского хозяйства трудно, но можно с большой определенностью говорить о целях, стратегических задачах, которых хотелось бы достичь.
Тут надо понимать, что цели природы и человека различны. Для людей, скажем, выгоднее получить пшеницу или ячмень с крупным зерном, с легкой обмолачиваемостью. Природе же важнее не размер, а количество зерен; склонность же к легкому обмолачиванию — этот признак может оказаться даже вредным.
Такой разнобой во взглядах и все растущее могущество людей не может не сказаться губительно на биосфере. Из огромного разнообразия растений, кормивших человека 10 тысяч лет назад, сегодня основу питания составляет всего каких-то 30 видов растений. Древнее природное разнообразие местных видов заменено ныне небольшим числом специально выведенных и упорно внедряемых сортов, выращиваемых на обширнейших пространствах.
96 процентов урожая гороха в США получается всего-навсего от двух его разновидностей, а 71 процент урожая кукурузы — от шести ее сортов. Спору нет, используются чудодейственные по продуктивности растения, но, увы, они становятся все более уязвимыми для различных заболеваний, таких, к примеру, как картофельная гниль. Растения приходится усиленно «лечить» пестицидами и прочими очень опасными для окружающей среды и самого человека средствами.
Итак, одна из целей биоинженерии — возврат растительного царства к многообразию, к неоглядному богатству видов флоры. Чтобы было, как в шутливом стихотворений Натальи Кончаловской «Про огород», когда рассеянный садовник смешал все семена и получились редисвекла, чеслук, репуста и спаржовник. Пусть будет, как пишет поэтесса:
Разнообразия кормящих человека растений можно добиться и таким необычным способом: превратить методами генной инженерии сорняки в культурные, съедобные растения. Рисуется фантастическая ситуация. Съедобны ландыши, незабудки. Готовят салат из листьев сирени, гарниры из ромашки, супы из хвои. Распиленная как бы на дрова плоть деревьев подается на стол вместо колбасы. Пырей, подорожник считаются деликатесами, их трудно найти на полях. Зато картофель никто не ест, пшеница идет исключительно на корм скоту!
Нашу фантазию можно продолжить. Съедены все сады, кустарники, леса, травы. Человечеству вновь приходится садиться на «черную пищу»: на картошку, овощи, хлеб. Биоинженеры срочно пытаются превратить зерновые, картофель и другие древние пищевые растения в новомодные пырей, кислицу, сныть…
Селекционеры, наблюдая за работой биоинженеров, испытывают подчас вовсе не чувство зависти. Они полны иронии, им хочется подтрунивать, язвить. Многие из них считают, что генетическая инженерия — это своего рода увлечение, мода, что она пройдет, и никакой особой пользы практики от нее не получат.
Медлительные, терпеливые, упорные, свято соблюдающие правила, издавна декретированные природой, селекционеры подозрительно относятся к поспешным, явно урбанистическим методам биоинженерии. Их раздражает рвение, спешка, рекламный шум, чрезмерные обещания, явное желание нарушить ритуалы, поскорее опрокинуть поставленные природой барьеры, обойти их, пролезть с черного хода, пройти вне очереди.
Этот старый спор между деревенской неторопливостью и основательностью и городской суетой и необязательностью, видимо, разрешится не скоро, потому что биоинженер в конечном итоге передает свои находки селекционерам, именно они должны судить, удался или нет очередной генный «фокус».
«Каких бы чудес ни напридумали молекулярные биологи, — рассуждают селекционеры, — нам решать, что у них получилось. Потому-то скоростные методы переделки сельского хозяйства — это миф. Для решения какой-то конкретной проблемы требуется от двух до пяти лет для получения у данного растения различных признаков, а потом еще по крайней мере от трех до восьми лет работы традиционными методами, чтобы закрепить эти признаки у растения».
Еще одна трудность для генетической инженерии, занятой растениями, в том, что селекция новых сортов затрагивает свойства растения, контролируемые уже не одним, а сразу многими генами.
Поясним эту важную мысль таким примером. Уже давно ученые хотят сконструировать растения, способные сами себя удобрять. Взять хотя бы азот. Земная атмосфера — настоящий азотный океан, растения купаются в его волнах, но усвоить могут лишь крохи, да и то если на растительных корнях обитают особые азотфиксирующие бактерии. И давно настойчиво пропагандируется мысль передать зерновым культурам — основной пище человечества — группы генов nif из бактерий, умеющих улавливать атмосферный азот, и тем самым избавиться от необходимости вносить под эти культуры в почву азотные удобрения.
К сожалению, эта идея фикс генных инженеров пока остается всего лишь мечтой. Причина та, что переносить придется сразу 17 (!) генов. И даже если предположить, что удастся заставить работать все эти гены, например в геноме пшеницы, то, по оценкам специалистов, такие растения снизят урожайность на 20–30 процентов сухого веса из-за необходимости нести дополнительные энергозатраты на… фиксацию азота!
Да, в геноме растений есть дальние связи между генами, и вмешиваться в работу генной машины следует с большой оглядкой. Неосторожно нажимая на «кнопки», «педали», «рычажки», можно ненароком перевести генные механизмы растения из одного режима в другой, вовсе нежелательный для человека.
В этой связи злопамятные селекционеры вспоминают обычно историю с геном opaque 2. В 1964 году этот ген захотели использовать в США, в университете Пардью, для обогащения зерен кукурузы аминокислотой лизином, что резко бы повысило питательную ценность кукурузного зерна.
Перенос гена удался, радость была великая, но… урожайность у трансформированных сортов упала на 15 процентов, а сами зерна стали хрупкими и чувствительными к возбудителям болезней!
Все эти замечания несколько неожиданны для читателя, ждущего описаний сногсшибательных перспектив. Их нам вовсю расписывают при случае средства массовой информации, которые просто обуревает жажда сенсаций. Порой это делают и некоторые ученые, излишне падкие на новые кредиты, сулящие несведущим золотые горы, молочные реки и кисельные берега.
Конечно же, очень жаль, что вооруженная генноинженерными методиками селекция не может обуть сапоги-скороходы и двинуться вперед семимильными шагами. Верно, бесплатных завтраков в ближайшем будущем она не обещает, но зато оказывается путем, гарантирующим хотя и скромные, но прочные, непрерывные и эффективные успехи в сельском хозяйстве.
Хотя самоудобряющаяся пшеница и коровы величиной со слона еще не стали реальностью сельского хозяйства, биоинженерия, имеющая дело с растениями, уже отпраздновала не одну победу. Так недавно молекулярные биологи сумели обеспечить табак и томаты иммунитетом к их вредителям.
Исходной точкой для исследователей послужила бактерия Bacillus thuringiensis. Этот микроорганизм давно известен как биологический инсектицид, искусственно выращиваемый и используемый для опыления культурных растений. С листвы растений бактерии попадают в организм вредителей, нарушая пищеварительную функцию гусениц. Причиной тому служит особый белок, вырабатываемый микроорганизмами. В течение 40 часов насекомые погибают. Преимущество подобных пестицидов в том, что они совершенно безвредны для людей и животных.
Но зачем с трудом выращивать бактерии, а потом их распылять? Такой вопрос задали себе бельгийские ученые. Они выделили генетический код белка-убийцы и, используя в качестве переносчика генов Ті-плазмиды, включили его строительные элементы в ДНК табачного и томатного растений. Их листва сама стала производить смертельный для вредителей белок.
Биотехнологи добились и других успехов. Так, к примеру, им удалось получить особые «прыгающие помидоры». У них плоды краснее, круглее, тяжелее обычных, они имеют характерный запах и структуру и так плотны, что прыгают как мячики.
Точнее говоря, выведены два новых сорта «прыгающих помидоров». Один предназначен для приготовления первых блюд. Для него характерна повышенная плотность, мясистость, плоды не содержат много жидкости. У второго сорта плоды темно-красные, круглые, как апельсины, их мякоть почти так же плотна, как у дыни. Плоды хорошо хранятся и переносят транспортировку.
Скорость, с которой биотехнология осваивает в сельском хозяйстве новые рубежи, потрясает. В 1986 году в потоке прессы промелькнула характерная газетная заметка. Называлась она «Морковь из лаборатории»:
«…уже в этом году на прилавки магазинов в США поступят продукты, полученные методом генной инженерии, — необыкновенно сладкая морковь, которая будет к тому же аппетитно хрустеть на зубах; сельдерей без волокон и другие овощи. Растения эти, структура ДНК которых подверглась необходимому изменению, выращивались из одной клетки в питательной среде в лаборатории, а затем высаживались на поля. Ученые планируют создать тем же путем новый сорт кукурузы с такими вкусовыми качествами, которые позволят употреблять ее в пищу без добавления масла и соли…»
Это было напечатано в середине 1986 года. А в 1987 году на прилавках американских универсамов уже можно было увидеть и купить пакеты «Веджи снэк» (овощная закуска), небольших упаковок сырых овощей, улучшенных методами
Глава 11
Свидание с клеткой
Кто вздумал отдохнуть, пройдя лишь полдороги, —
Ему ли одолеть подъем?
Жить — значит жечь себя огнем
Борьбы, исканий и тревоги.
Что виделось вчера как цель глазам твоим, —
Для завтрашнего дня — оковы;
Мысль — только пища мыслей новых,
Но голод их неутолим.
…Толчок. Я открываю дверь и попадаю в тропики — оказываюсь в комнате, залитой ярким светом множества ламп. Воздух словно вибрирует, гудит от массированных ударов желтых и оранжевых лучей. Они бьют наотмашь, расстреливают в упор ряды тесно прижатых друг к другу металлических стеллажей, заставленных плотными шеренгами, толпами чашек, пробирок, колб и просто банок всех фасонов — от тех, что сдают в пункты приема стеклотары, до затейливых, специально изготовленных руками искусного стеклодува.
Остановившись среди этого нагромождения света, железа и стекла, замечаю: в комнате я не один, со всех сторон меня окружают тысячи заключенных в стеклянные оболочки живых существ. Эти зеленые сантиметровых размеров карлики в упор разглядывают меня, пытливо изучают. И это любопытство к пришельцу, шагнувшему из январской стужи в теплоту, так понятно! Ведь все эти создания выросли не в поле, они не знают почвы, капель росы на листьях, иссушающей жары и жестоких ударов холода, им незнакомы туманы, многоцветье радуги, восходы и закаты солнца, нега его животворных лучей. Эти ростки никогда не поливали не только июньские дожди, но даже лейка садовника, их не обдували ветры… Эти растения — каприз фантазии генных инженеров. Они скомбинированы из одной или двух-трех родительских растительных клеток, росли в тепличной лабораторной обстановке и, верно, здесь же, так и не вырвавшись на свежий воздух, не укоренившись на грядке, не добравшись до рук селекционера, здесь же завершат свой краткий «экспериментальный» жизненный путь.
Институт ботаники имени Холодного Академии наук Украины разбросан по нескольким районам Киева, однако каждое утро, дело было в начале 1988 года, покинув гостиницу, я выбирал все тот же маршрут. Транспорт мчал меня по заснеженным улицам туда, где за юго-западной окраиной города, за ВДНХ Украины, расположено местечко Феофания. (Когда-то тут действовал храм святого Феофания.) Автобусом № 61 я добирался до отдела цитофизиологии и клеточной инженерии — двухэтажного, окруженного теплицами и садом здания, места, где клеточные инженеры ведут свой научный поиск. До Крещатика час езды, вместо обеда приходится гонять чаи с бутербродами, рабочих, точнее, исследовательских мест явно не хватает — на такие условия могли согласиться только очень преданные науке люди!
Отдел, он утвержден в 1982 году, — молодой, быстрорастущий научный организм. Как-то принялись определять средний возраст сотрудников — вышла цифра 32 года. И защиты тут идут в основном по монографиям: клеточная инженерия только-только зародилась, обобщающие труды можно перечесть по пальцам, многие термины, такие, к примеру, как «трансмиссионная генетика», люди начали произносить совсем недавно, и нет твердой уверенности, что они приживутся в лексиконе ученых.
Душа отдела, его мозговой центр, средоточие всех надежд и планов, несомненно, Юрий Юрьевич Глеба. Стремителен научный взлет этого человека — путь от аспиранта до академика АН УССР (избран в начале 1988 года, в возрасте 38 лет) он прошел всего за полтора десятка лет. К сожалению, поговорить с Глебой не удалось, он был в командировке, но рассказов о нем наслышался я немало. Этот ученый первым в нашей стране получил фертильные, способные дать потомство клеточные гибриды растений. Пробовал он и диковинные сочетания, соединял — из любопытства? — скажем, клетки табака с клетками… слизистой собственной гортани! Глебой — в соавторстве с его бывшим научным руководителем академиком Константином Меркурьевичем Сытником — написаны уникальные и по тематике и по изяществу, особой гармонии изложения материала книги. Утверждают, что ученый создавал их с помощью привезенного из ФРГ персонального компьютера. Эти работы стали основным руководством для клеточных инженеров нашей страны, они цитируются во всех выходящих за рубежом изданиях.
Глеба не только крупный ученый, он еще и удивительная личность, с тонким художественным вкусом. Эпиграфом к книге «Слияние протопластов и генетическое конструирование высших растений» он выбирает слова французского эстета, поэта-академика Поля Валери: «Мы подошли здесь к радостям конструирования» (цитата из «Введения в систему Леонардо да Винчи»); рассуждая о генной инженерии, вспоминает о полотнах жившего в средние века великого нидерландского живописца Иеронима Босха, создавшего причудливые, фантастические, демонические образы химер — человекозверей и человекорастений… Мне говорили, что Глеба еще и гений коммуникации, Протей, способный подобрать ключ к любой личности, любой индивидуальности, найти для каждого из своих сотрудников наилучшие условия для творчества и самоотдачи. Он только начинает, слышал я, приоткрывать грани своего Я, и, видно, только какой-нибудь Сартр или Камю, или кто-то еще из прославленных экзистенциалистов был бы способен до конца понять и оценить иррациональную суть его истинной натуры… Что ж, удивляться тут нечему, необычность дела, которым заняты руководимые Глебой исследователи, требует и людей незаурядных.
Я беседовал со многими сотрудниками отдела, внимательно приглядывался к ним, вслушивался в их голоса — мне хотелось лучше понять всех этих одержимых наукой людей. Ведь это были не просто дети очень юной науки, которые научились конструировать живые игрушки и, еще не очень заботясь о пользе, играют с ними. Нет, то истинные энтузиасты своего дела, которые и во сне должны видеть процессы слияния клеток, их последовательное превращение в цветущие чудо-растения невиданных форм. Люди, способные субботним или воскресным утром (лучшее время для работы: народу меньше, нет обычной толкотни, можно собраться с мыслями) ехать в такую даль только для того, чтобы лишний раз включить противомикробную воздуходувку, чтобы под микроскопом следить за изменениями мозаики чужеродных хромосом.
Такую страсть можно понять: подобное занятие гораздо интереснее, чем даже сидение перед компьютерным дисплеем. Там — игра ума, а тут — биение пульса созданной тобой жизни. Похоже, что ты как бы берешь интервью у господа бога, вопрошаешь его, что он чувствовал, когда шел первый день творения, второй, третий?.. Самодовольство? Удивление? А может, тревогу или страх от того, что созданное тобой уходит из-под контроля, начинает бунтовать? А условия работы? Творец, говорят, действовал во тьме, лепил из хаоса, беспорядка, абсурда. А клеточный инженер? Светлая, чистая, с кондиционером, с развешанными по стенам репродукциями картин Ван Гога комната. Тишина. Без грязи, прилипающей к сапогам, без хлещущих дождей, без всех этих рабочих атрибутов для тех, кто возится с растениями в поле; ты, словно раскинувший — в аквариуме? — сети рыбак, уверен: добыча не ускользнет от тебя, радость открытия, этот улов исследователя, обязательно попадет в твои руки…
Человек только начал чтение генетических карт. Он еще слабо ориентируется в этом новом для него фантастическом мире. Синтезированы лишь простейшие гены. Но так ли обязательно для ученых знать все тонкости генных механизмов? Уметь, как опытный часовщик, перебирать все до одного генные колесики, шестеренки, винтики? Может же неразумная природа обходиться без всего этого. И каких при этом успехов достигла!
А почему бы просто в качестве родителей не взять две клетки-донора разных видов растений и, не прибегая к посредничеству плазмид, слить их воедино? Такой способ гибридизации уже несколько десятков лет бытует в генетике животных клеток. А вот с растительными прежде не получалось: препятствием служила жесткая целлюлозно-пектиновая клеточная оболочка растений. Она полностью исключала возможность слияния.
Жаль! Какая замечательная идея: использовать не половые клетки (гаметы), а клетки тела (сомы), извлеченные из любой растительной ткани — листьев, стеблей, корней. И не создавать в клеточных оболочках проломов, а полностью уничтожить ограждения!
И эта цель в известной мере достигнута. С помощью обработки растительной ткани смесью пектолитических и целлюлитических ферментов можно полностью разрушить полисахаридные оболочки растительных клеток, оголить их. И они становятся податливыми для гибридизации: теперь удается сплавить воедино две, три и больше разнородных клеток.
Слипнуться две оголенные клетки заставляют, например, добавлением в раствор, где находятся клетки, различных химических веществ. Скажем, полиэтилен-гликоля… Это соединение усиливает взаимную адгезию — прилипание внешних клеточных оболочек-мембран.
Итак, две клетки соприкоснулись. Теперь необходимо, чтобы они слились в одно целое, стали единой клеткой. Для этого раствор отмывают от полиэтиленгликоля и добавляют в него ионы кальция Ca2+. Их высокая концентрация увеличивает текучесть клеточных мембран, они рвутся в местах соприкосновения клеток. И через эти прорехи навстречу друг другу устремляется содержимое двух прежде раздельных клеток. Клетки агрегируют, сливаются воедино.
Слияния клеток можно добиться и физическим путем, используя импульсы электрического тока. Слабые электрические разряды разрушают соприкасающиеся мембраны слипшихся клеток, и их прежде разделенный генетический материал становится общим достоянием.
Клеточная инженерия, соматическая (парасексуальная) гибридизация. Новый прием имеет разные названия. Можно говорить еще и о гибридах в пробирке, ибо мало оголить клетки, надо создать для слитых в одно клеток разных видов сносные условия развития.
И это сделано. Получены специальные питательные среды, где отдельная изолированная от растения клетка, или группа клеток, утратив признаки, характерные для ткани, из которой они взяты, начинают жить и размножаться как независимый одноклеточный организм. Как клетка, живущая, по примеру кошки из сказки Киплинга, сама по себе.
В ходе обычного развития растений из зародыша клетки дифференцируются: превращаются в клетки корня, стебля, листа. Выделенные же из организма они словно бы становятся безликими. Тут важна степень активности различных генов этой клетки. И можно сделать так, чтобы дремавшие до поры гены начали работать, другие же, наоборот, застопорились, перестали действовать. Вот тут-то и начинаются чудеса. Свободная клетка в отличие от заключенной в организме может овладеть и новой «специальностью». Взятая из корня, например, способна стать клеткой листа или стебля, цветка, а то и превратиться в зародыш и дать начало целому нормальному растению.
С помощью особых воздействий — важную роль здесь играют фитогормоны ауксины и цитокинины, влияющие на скорость деления клеток, их дифференциацию, и органогенез — удается активизировать в клетке гены, ответственные за выполнение всей программы развития. (Если концентрация ауксинов больше, чем цитокининов, то формируются только корни, в противоположном случае — образуются только побеги.) Так в пробирке из одной только клетки можно развить любой орган. Вероятно, в будущем так будут получать необходимые для пересадки больным искусственные «запасные части».
Пробирочная гибридизация. Комбинирование in vitro уже не кусков молекулы ДНК, а голых, каждая со своим наследственным материалом, клеток. Так можно решать задачи, которые не по силам для селекции обычной.
Как и во многих других отрядах науки, в отделе, вернемся в Институт ботаники АН УССР, торжествует примат узкой специализации, действует мануфактурное разделение труда. Бок о бок трудятся биохимики, культуральщики, электронные микроскописты, цитологи и другие специалисты. Они анализируют белки, растят ткани, делают микроснимки. Большая часть отдела так или иначе работает на анализ. И лишь крошечная группка из четырех человек, ею руководит сам Глеба, она не имеет четкого названия, занята собственно «синтезом», находится на передовой, на самом ответственном и решающем участке сражения за новое знание. Эти разведчики клеточной инженерии, истинные конструкторы клеток бросают вызов природе, хотят превзойти ее в умении и сноровке.
Беседую с Александром Николаевичем Околотом, одним из членов поисковой группы, инженером. По полученным им методикам (он в отделе с самого основания, с 1975 года, тогда была организована для Глебы лаборатория цитофизиологии и конструирования растительной клетки), по созданным им клеточным моделям уже защищена не одна кандидатская диссертация, а он до сих пор без степени. Поиск засасывает, не дает времени заняться бумажным копошением, да и достигнутая цель каждый раз представляется чем-то незначительным, второстепенным, малоинтересным, а вот — чисто альпинистский азарт! — белеющая снежная вершина впереди волнует и манит…
Сущность занятия Околота и его товарищей в том, что для гибридизации растений используются оголенные клетки, они называются протопластами, каждая имеет свою мембранную оболочку. Их заставляют слиться в единый организм — клетку особыми приемами. Все экспериментальные манипуляции обычно ведут в прозрачной размером и формой с баночку от ваксы чашке Петри. Ее дно заполнено агар-агаром, веществом типа желатина. Эта как бы «почва» имеет все необходимое для жизни клеток — минеральные соли, витамины, питательные вещества, регуляторы роста.
Поделиться книгой: