Глава 8. Фантастика и реальность

Полученное в счет не идет, любят лишь будущие щедроты.

Монтень

Поговорим теперь о нескольких проектах, которые только лишь начали воплощаться в жизнь или относятся сегодня еще к области фантастики.

Один из них - создание растений, устойчивых к вирусам. Эти наиболее примитивные формы живого, состоящие только из молекулы ДНК либо РНК, окруженной белковой оболочкой, и видимые лишь под электронным микроскопом, составляют одну из основных по вредоносности группу вредителей растений. Многие из них поражают ценнейшие культуры. Вирусы, как и фитопатогенные грибы, отличаются большой изменчивостью и приспособляемостью, что сильно усложняет жизнь селекционерам, работающим над созданием устойчивых к этим патогенам сортов.

Очень сильно страдает из-за вирусной инфекции картофель. Повсеместно вирусологи растений выявляют либо новые разновидности уже известных вирусов, атакующих картофель, либо совершенно новые виды, которые ранее вроде бы никогда на картофеле не обнаруживались. Вот почему селекционерам каждый раз приходится начинать заново, ведь сорт, еще в прошлом году считавшийся устойчивым, в нынешнем уже болеет. Значит, снова надо искать дикие виды, устойчивые к новому вирусу или к новой разновидности старого, и снова проводить селекцию. Получается замкнутый круг: новый сорт - новый вирус - новый сорт и т. д. У селекционеров уже сложилось печальное убеждение - вирус все равно победит. Англичанин Р. Гибсон сформулировал подобные настроения наиболее определенно: стоит ли вообще бороться с вирусами, коль скоро не успеешь победить один из них, как устойчивое, казалось бы, растение поражается новыми. В общем-то ученым пессимизм не свойствен. Как правило, они не верят в существование нерешаемых задач (разве что вечный двигатель нельзя создать). Поэтому генные инженеры растений также решили поработать над созданием вирусоустойчивых сортов.

Еще полвека назад Х. МакКинней обнаружил, что растения табака, инфицированные одним видом вируса, становятся устойчивыми к другому, родственному вирусу. Это явление, называемое перекрестной защитой, было использовано для создания метода защиты растений от вирусов. Суть метода в том, что растения заражают ослабленным штаммом вируса, чтобы предотвратить его поражение более вирулентным штаммом того же или близкородственного вируса. Метод успешно показал себя на томатах, цитрусовых, картофеле, тропическом растении папайе и некоторых других культурах. И все же для широкого распространения метод перекрестной защиты не слишком подходит из-за ряда возможных нежелательных осложнений и трудностей. Во-первых, нужно еще суметь выделить ослабленный вирус. Во-вторых, попав в растение, этот мутантный вирус может вступить во взаимодействие с вирусом, уже присутствующим в растении, а усилив друг друга, оба вируса вместе сумеют "справиться" со своей жертвой. В-третьих, ослабленный вирус может стать нормально-патогенным в результате возвратных мутаций к исходному типу. В-четвертых, вирус, являющийся ослабленным в отношении одного сорта растений, может распространиться на другой сорт того же вида растений и вызвать его поражение. И, наконец, отмечено, что заражение даже ослабленным вирусом может привести к снижению урожайности.

Оказалось, что всех этих недостатков можно избежать, если вместо целого вируса в растение вводить лишь какой-то определенный его ген. Именно такая задача решалась в университете имени Джорджа Вашингтона в Сент Луисе Роджером Бичи и его коллегами из компании "Монсанто". Они обнаружили, что таким геном-защитником может служить ген, кодирующий синтез белка оболочки, окружающей вирусную нуклеиновую кислоту. Трансформированные растения табака и томата, содержащие химерный ген белка оболочки вируса табачной мозаики (TMV), работающий под контролем сильного промотора, взятого от вируса CaMV, либо вовсе не заражаются частицами TMV, либо дают слабую и запоздалую реакцию на вирусную инфекцию. Подобный же результат был достигнут и в отношении вируса мозаики люцерны, а также вируса огуречной мозаики, существенно отличающихся по многим чертам строения от TMV. Механизм обнаруженного защитного действия введенного вирусного гена не вполне ясен. Предполагается, что появившийся в растениях вирусный белок оболочки препятствует прикреплению вирусных частиц к специфическим рецепторам на клеточной поверхности. Если избежать этапа прикрепления вируса, заражая растения не целыми вирусными частицами, а лишь вирусной РНК, то инфекция происходит нормально.

Интересные результаты получены в нашей стране членом-корреспондентом ВАСХНИЛ К. Г. Скрябиным и его сотрудниками в Институте молекулярной биологии АН СССР в содружестве с известным специалистом по вирусам растений членом-корреспондентом АН СССР И. Г. Атабековым. Эти исследователи работают над получением картофеля, устойчивого к вирусу X. Детальный анализ этого вируса позволил выявить в нем пять генов. Один из них кодирует белок оболочки. Этот вирусный ген был подставлен под контроль сильного промотора вируса мозаики цветной капусты, включен в вектор и перенесен в табак. Полученные трансгенные растения оказались устойчивее к вирусу, чем контрольные. Для того чтобы заставить вирусный ген работать, испытывали и другие сигнальные элементы. Например, ген оболочки "подшивали" к промотору гена моркови, кодирующего белок экстенсии, который защищает растения от микробных патогенов. Когда болезнетворные микробы атакуют растения, ген экстенсина активизируется, и защитный белок появляется в клетке. Другим сигнальным элементом, способным взять под свою опеку вирусный ген, оказался один из промоторов плодовой мушки дрозофилы. В этом случае использовали промотор генов теплового шока, активирующийся под действием повышенной температуры, а это значит, что работа генов, подставленных под его контроль, регулируется температурой. Это открывает возможность конструирования растений, у которых устойчивость к вирусам можно включать либо выключать по желанию экспериментатора. Для практических нужд, наверное, такое свойство не нужно, но оно позволяет ученым детально изучать, каким образом введенный вирусный ген обеспечивает устойчивость растений к вирусной инфекции.

Генными инженерами ведутся исследования, направленные на обнаружение иных способов защиты растений от вирусов. Известно, что под оболочкой многих вирусов скрыта не только геномная РНК, кодирующая белки, необходимые для жизнедеятельности вирусных частиц в зараженной клетке, но и дополнительная, так называемая сателлитная (спутниковая) РНК. Недавно удалось сконструировать трансгенные растения, в геном которых была внедрена ДНК-копия сателлитной РНК некоторых вирусов. Таким путем получили трансгенные растения табака, устойчивые сразу к двум вирусам: кольцевой пятнистости табака и вирусу огуречной мозаики. Синтез сателлитной РНК в растительных клетках не позволяет размножаться в них основной вирусной РНК и формирования вирусных частиц не происходит. Множество молекул РНК-спутников как бы "забивают", блокируют механизм репликации геномной РНК вируса. В результате такого конкретного подавления начальные симптомы вирусной инфекции на листьях оказались сильно стертыми, а вновь отросшие листья были и вовсе чистыми.

Идут поиски и других генно-инженерных путей создания устойчивых к вирусам растений. Например, профессор Питер ван ден Эльзен с сотрудниками, работающие в голландской биотехнологической компании "Моген", активно изучают резервные механизмы растений, отвечающих на вирусную инфекцию выработкой специальных белков, вызывающих некроз (омертвление) тканей в месте инфекции. Растение расплачивается за встречу с вирусом отторжением части своей ткани, но и вирус погибает вместе с пораженными им растительными клетками. В клетках табака, например, обнаружено около десятка подобных белков, их синтез, как и продукция антител, является индуцируемой функцией клетки. Это значит, что в растительной клетке есть "спящие" гены. Пока клетке ничего не угрожает, эти гены не работают. Однако уже вскоре после заражения они "просыпаются", и белки некроза тканей начинают вырабатываться. Проект, разрабатываемый исследователями компании "Моген", направлен на использование потенциала таких генов и повышения эффективности их работы до уровня, который смог бы надежно защитить растение от вирусной инфекции.

Получить вирусоустойчивые растения можно и по-другому, например, вводя в растения гены животных и даже человека, кодирующие антивирусные белки-интерфероны либо с помощью антисенс РНК. Анти-сенс означает буквально "против смысла". В чем суть такого подхода? В 1984 году американские ученые Дж. Изант и Х. Вейтрауб показали, что если в клетку ввести РНК, комплементарную какой-то из присутствующих в клетке "смысловой" мРНК, то, встретившись, эти две РНК замкнутся друг на друге с образованием двухцепочечной структуры подобно тому, как происходит спаривание комплементарных цепей ДНК, разошедшихся при кипячении и вновь сплавляющихся в двухцепочечную структуру при медленном охлаждении раствора. Для образования гибрида двух молекул РНК ничего расплавлять, а потом сплавлять не нужно, важно лишь, чтобы одна из молекул была зеркальным отражением другой. В результате смысловая мРНК "сплавится" со своим антиподом и будет выведена из игры, то есть клетка перестанет синтезировать направляемый этой мРНК белок. Тем самым инактивируется работа нежелательных генов. Антисенс РНК используют качестве блокаторов размножения РНК-содержащих вирусов, поражающих человека и животных. В нашей стране подобные работы успешно проводит со своими сотрудниками член-корреспондент ВАСХНИЛ профессор Т. И. Тихоненко. Тот же подход в принципе годится и для подавления вирусной инфекции растений. Насколько он перспективен, выяснится уже в скором будущем.

В этой и предыдущей главах мы рассмотрели три главных направления нынешних усилий генных инженеров растений. Они связаны с созданием форм, устойчивых к насекомым, гербицидам, вирусам. Но есть не менее важная задача, которую также очень хотелось бы решить с помощью генной инженерии. Речь идет о важнейшей проблеме земледелия - повышении качества пищи, ценности растительного белка. Из злаков и бобовых люди получают около 70 процентов необходимого им для жизни белка. Но полноценного питания эти культуры обеспечить не могут. Их белок беден по некоторым аминокислотам.

Не секрет, что на производство каждого килограмма свинины и птицы в СССР расходуется почти в два раза больше кормовых единиц, чем в США. Связано это с тем, что накапливающийся в зернах основных злаковых культур запасной белок не сбалансирован по составу наиболее ценных аминокислот, называемых незаменимыми, поскольку они не могут быть синтезированы самостоятельно большинством живых организмов. В особенности ощущается дефицит лизина. Если к кормовому рациону прибавить лизин, прибавка в весе животных увеличивается сразу на 25 - 50 процентов. В странах с более теплым климатом, вроде США, эта проблема решается добавкой в корма сои, белок которой богат лизином. В наших условиях ту же проблему в принципе можно было бы решить путем создания сортов зерновых с полноценным по содержанию лизина белком.

В 60-е годы появились первые мутантные формы кукурузы, ячменя и сорго, богатые лизином, положившие начало новым ценным сортам. Хотя у таких сортов и произошло обогащение лизином за счет мутаций в генах, кодирующих наиболее ценные в кормовом отношении белки, но эти белки составляют лишь около половины общего содержания запасного белка в зернах. Другая половина приходится на белки проламины, имеющие меньшую кормовую ценность, но необходимые для обеспечения прорастающих семян азотом. Подавление синтеза проламинов в результате мутаций улучшает пищевое качество зерна кормовых культур, но неблагоприятно сказывается на росте и развитии растений. Каков же выход из этого положения? На помощь призваны генная инженерия и молекулярная генетика. Цель ученых - так изменить гены проламинов, чтобы в них содержалось побольше троек нуклеотидов, кодирующих лизин. Успех работы зависит от того, насколько полны знания о генах запасных белков, их регуляции и нуклеотидном составе. Довольно подробно в этом отношении изучены зеин кукурузы, фазеолин фасоли, глицинии сои. Большой вклад в изучение генов глицининов внесли работы профессора Ю. П. Винецкого и его сотрудников, работающих во ВНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов Главмедмикробиопрома. Эти исследователи сумели получить банк структурных генов сои и выявить в нем последовательности, кодирующие отдельные компоненты глицинов и определить их нуклеотидное строение. Ученые надеются, что эти исследования помогут им решить очень важную в практическом отношении задачу - создать микробы-продуценты растительного кормового белка.

Подправить растительный ген таким образом, чтобы он кодировал запасной белок семян, сбалансированный по аминокислотному составу, можно с помощью сравнительно недавно разработанной технологии сайт-специфического мутагенеза. Само название мутагенеза этого типа говорит о том, что он обеспечивает возникновение мутаций в каком-то определенном, специфичном участке (сайте) гена. Ученые из Института по изучению генетики культурных растений в Гатерслебене (ГДР) профессор Клаус Мюнц с сотрудниками решили обогатить запасной белок бобового растения Vicia faba, обладающего двумя типами запасного белка семян - легумином А и В. Тип А богат метионином, в легумине В его мало. Это различие решено было использовать в качестве модели того, как можно заставить растительный ген кодировать более ценный в пищевом отношении белок. Для решения этой задачи привлекли все новейшие достижения молекулярной биологии и генетики. Обнаружилось, что на конце гена легумина В находятся две тройки нуклеотидов, определяющих включение в синтезирующуюся белковую цепочку двух молекул аминокислоты метионина, расположенных друг за другом, а за триплетами метионина располагаются два стоп-кодона, определяющих окончание синтеза белка. Ученые сумели сдвинуть стоп-сигнал вправо, а стоп-кодоны изменить таким образом, что они тоже начали кодировать метионин. В результате на конце белка легумина В вместо двух оказалось целых четыре метионина. Измененный таким способом ген включили в промежуточный вектор, поставили под контроль нопалинового промотора для усиленной экспрессии в растениях и перенесли в клетки A. tumefaciens, несущие "обезоруженную" Ti-плазмиду, уже знакомую нам pGV3850. В результате рекомбинации между нею и промежуточным вектором ген легумина В бобов оказался включенным в Т-район Ti-плазмиды. Дальнейший ход событий нам уже понятен. Культивируя совместно агробактерии с клетками табака, в последние удалось перенести ген легумина В. Семена регенерированных растений содержали модифицированный легумин В, обогащенный метионином. Этот модельный опыт открыл ясную перспективу для получения семян различных культур с улучшенным по своей ценности запасным белком. Работая в таком направлении далее, ученые из ГДР достигли определенных успехов: например, ген обогащенного метионином легумина В они объединяли с геном богатого лизином глицидина сои. Подобные комбинации могут резко усиливать питательную ценность кормового зерна, а значит, снизить себестоимость производства мяса.

Стоит упомянуть и о других подходах к повышению уровня сбалансированности кормов. Так, появилось сообщение о работе австралийских ученых, которые решили увеличить настриг шерсти, скармливая овцам люцерну с введенным геном гороха, кодирующим белок n-альбумин. Дело в том, что скорость роста шерсти зависит от содержания в корме аминокислот метионина и цистеина, которых очень мало в люцерне, но довольно много в белке n-альбумине гороха. Расчеты показывают, что кормление гибридной люцерной приведет к 10 - 100%-ному увеличению роста шерсти у овец. Ученые уже сумели выделить из гороха требующийся ген и ввести его в составе рекомбинантной плазмиды в табак в качестве модельного растения.

Рис. 34

Вот еще один пример, как можно улучшить качество запасного растительного белка генно-инженерными методами. Внимание ученых привлек бразильский орех. Запасной белок этого гиганта богат цистеином и метионином. Напротив, запасной белок фасоли беден этими аминокислотами. Как исправить эту "несправедливость"? Вот действительно случай, когда классическая селекция не поможет; слона с мышью не скрестишь. Зато эта задача решается генными инженерами. Они уже смогли выделить из бразильского ореха ген запасного белка и осуществили его перенос в фасоль. Белок в бобах трансгенных растений оказался заметно богаче метионином, чем в контрольных.

Возможности генной инженерии поистине безграничны, поэтому ученые сейчас берутся за самые разнообразные проекты, способные внести коренные перемены в современное сельское хозяйство. Один из них - получение сортов, устойчивых к повышенному содержанию солей в почвах. Выведение растений, способных произрастать на почвах с повышенной засоленностью, - задача очень важная, ведь только в нашей стране такие почвы занимают около 100 миллионов гектаров. Это почти половина всей пахотной земли, используемой в стране. Солеустойчивость клеток - это, в сущности, их повышенная осмотическая устойчивость, препятствующая обезвоживанию. В микробном мире существует целое семейство галобактерий, которые не только не боятся высоких концентраций соли, но даже жить без нее не могут. Эти бактерии встречаются повсюду, где соль (хлористый натрий) находится в избытке. Их находят в бассейнах для выпаривания соли из морской воды, в некоторых соленых озерах, в наиболее соленом на земле водоеме - Мертвом море. Изучение причин солеустойчивости этих и других бактерий, в том числе и кишечной палочки, показало, что в ее основе лежит накопление в клетках аминокислоты пролина. Биосинтез пролина кодируется не одним, а группой координирование работающих генов. В Калифорнийском университете, в США, осуществлен перенос пролиновых генов из E. coli в клетки растений. Ученые надеются, что таким путем уже в ближайшие годы удастся наладить промышленное производство солеустойчивых трансгенных растений различных видов. В какой степени эти надежды оправданы - покажет будущее.

Еще одна задача - создание морозоустойчивых растений. Ясно, что в наших климатических условиях это особенно важно.

Недавние открытия выявили удивительные вещи. Известно, что губительное действие холода объясняется тем, что вода замерзает и кристаллизуется внутри клеток, разрушая их. Почему это происходит? В чем причина гибели растений даже при сравнительно умеренном, не достигающем точки замерзания воды на поверхности растения снижении температуры (при - 4°С)? Ответ на этот вопрос был найден сравнительно недавно. Оказалось, что во всем виноваты некоторые виды повсеместно встречающихся бактерий из рода псевдомонад. Они вырабатывают и выделяют наружу особый белок, служащий центром кристаллизации льда при понижении температуры воды до 0°С. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли научились удалять ген этого белка из бактерий. Они рассчитывают, что смогут снизить огромные убытки фермеров от заморозков, "выпустив" измененные бактерии в сады и на поля в надежде, что те сумеют вытеснить обычные псевдомонады.

Рис. 35

Этот грандиозный по своей оригинальности и масштабам проект встречает, однако, серьезные трудности для своего осуществления, поскольку в США и ряде других стран очень остро дебатируется вопрос о том, не приведет ли столь серьезное вмешательство в природу к нежелательным последствиям.

Таков вполне реальный, но весьма рискованный путь защиты растений от морозов. Но есть и иной, связанный с переделкой наследственных свойств самих растений. Известно, что чем выше в клетке содержание аминокислот, Сахаров и других веществ, тем при более низкой температуре произойдет ее замерзание. В технике давно научились защищать от мороза двигатели автомобилей, тракторов и самолетов, заливая в них вместо воды антифризы - водные растворы некоторых веществ, например глицерина, неорганических солей, этиленгликоля, не замерзающие при низких температурах. Нет ли подобных систем защиты в природе? "Конечно, есть", - сказали себе ученые, вспомнив о рыбах, обитающих в холодных северных морях. Почему бы не попробовать перенести "антифризовые" гены из рыб в растения? Фантастика? Нет, реальность, над которой генные инженеры уже работают.

Завершая этот раздел, расскажем об одном почти универсальном подходе к решению проблемы защиты растений от стрессовых воздействий - холода, повышенной концентрации солей, засухи, различных патогенов. Выявить растительные гены, отвечающие за устойчивость к этим факторам, далеко не просто. Поэтому исследователи, возглавляемые профессором М. ван Монтегю, решили, что проще искать не гены устойчивости, а кодируемые ими белки и, уже изучив эти белки, искусственно синтезировать и сами гены. Сегодня эта вообще-то совершенно фантастическая задача рассматривается как вполне реальная. Мы уже говорили о том, что на многие стрессовые воздействия клетка реагирует активацией "спящих" генов и появлением в клетке их продуктов - защитных белков. С помощью специальных методов удается сравнить белковый состав нормальных и подвергнутых стрессу клеток. Обнаружив у последних новый или измененный белок, его выделяют и определяют аминокислотный состав. Зная аминокислотный состав белка и генетический код, можно искусственно синтезировать ДНК, кодирующую данный белок, ввести ее в вектор и переносить в клетки и ткани тех растений, которые экспериментатор захочет сделать устойчивыми к засухе, морозам, патогенам и другим стрессам.

Еще один проект, над которым работают сейчас ученые: в растения хотят ввести ген, кодирующий "сладкий пептид" тауматин. Он в десятки тысяч раз слаще сахара и несравненно менее калориен. "Тауматиновые" фрукты будут не опасны ни для диабетиков, ни для людей, склонных к полноте. Более того, сам вкус таких фруктов заметно улучшится.

Расширение промышленного производства резко увеличило содержание в окружающей среде ионов тяжелых металлов - цинка, меди, кадмия. Последний особенно токсичен, и хотя растения обладают белками - фитохелатинами, способными связываться с металлами и укрывать их белковым чехлом, как саркофагом, все же в отношении кадмия этот механизм работает неэффективно. Защитить растения от губительного действия кадмия было решено путем введения в них маленького, длиной менее 200 пар нуклеотидов (напомним, что длина среднего гена 1000 - 1500 пар,) гена, выделенного из клеток хорошо многим знакомого животного - китайского хомячка. Ген, кодирующий синтез фермента металлотионина, сходного по функции с описанными выше фитохелатинами, включили в состав вектора на основе вируса мозаики цветной капусты и ввели в один из видов капусты. Ген хомячка эффективно функционировал в трансгенных тканях растений, увеличивая устойчивость листьев, регенерировавших из трансформированного каллуса к концентрациям кадмия, убивающим нетрансформированные листья. Так впервые появилась надежда, что генетические ресурсы растений можно с помощью генной инженерии расширить не только за счет введения в них генов микроорганизмов, но и в результате использования генов млекопитающих. Что же касается практического значения подобной работы, то ученые надеются, что таким путем в будущем удастся создать трансгенные растения, способные расти на бросовых (вследствие избыточного содержания кадмия и других тяжелых металлов) землях.

Рис. 36

С развитием методов культивирования клеток и тканей различных растений in vitro и регенерации из них зрелых плодовитых растений возможности генных инженеров расширяются. В настоящее время чужеродные гены удалось ввести и "прижить" примерно у 40 видов растений, а если включить сюда и виды, которые пока не удается регенерировать из трансформированных протопластов или каллусной ткани, то и более того. По-видимому, недалеко то время, когда с помощью генно-инженерных подходов удастся получить новые ценные формы хлопчатника, устойчивые к болезням либо к засухе. Такие работы начаты у нас в лаборатории Я. И. Бурьянова в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР в Академгородке Пущино-на-Оке, вблизи Москвы и в некоторых других научно-исследовательских коллективах. Упомянем также о проекте, над которым работает автор этой книги со своими сотрудниками - учеными Института химической физики АН СССР в содружестве с сотрудниками лабораторий Т. И. Тихоненко в НИИ сельскохозяйственной биотехнологии ВАСХНИЛ, Е. В. Ананьева в Институте общей генетики имени Н. И. Вавилова АН СССР и Н. А. Картеля в НИИ генетики и цитологии АН БССР. Цель этого проекта - создание винограда и других растений, устойчивых к корончато-галловой болезни введением в них генов некоторых бактериальных плазмид, подавляющих онкогенные свойства агробактерий. Известно, что бактериальный рак наносит немалый ущерб урожайности винограда (и прежде всего его столовых сортов, под которые у нас теперь планируется отвести значительную часть площадей, занимаемых виноградниками), плодовых деревьев, цветочно-декоративных и ряда других ценных сельскохозяйственных культур.

Рассказ о планах генных инженеров растений на ближайшее будущее будет неполным, если не коснуться еще двух более или менее фантастических проектов. Цель одного из них - повышение продуктивности масличных культур. Вообще-то говоря, нельзя считать, что их не хватает. На мировом рынке за литр соевого масла платят всего 50 центов. Сказывается и то, что во многих развитых странах люди стали больше ограничивать себя в потреблении жира, даже растительного происхождения. И все же ученые обдумывают возможности использования генной инженерии как для повышения урожайности некоторых особо ценных масличных культур, так и для улучшения качества растительного масла. Основными его компонентами являются липиды - нерастворимые в воде органические вещества, строительными блоками которых служат жирные кислоты и глицерин. Растительное масло используется не только в пище, оно - важное промышленное сырье для производства мыла и детергентов, лаков и красителей, смазочных материалов и различной косметики.

В принципе к масличным культурам могут быть приложены уже известные приемы получения трансгенных растений. Разработаны методы культивирования клеток и тканей сои, подсолнечника, рапса и хлопчатника. Однако трансгенные растения получены пока только у подсолнечника и рапса, масло которых входит в состав смазочных материалов. На этих культурах показана возможность переноса генов в растительные ткани из агробактерий либо в протопласты путем прямого переноса ДНК методом электропорации. Для других масличных культур обе эти возможности имеют пока ограниченное применение. Первая - потому что многие масличные не заражаются агробактериями, вторая - потому что протопласты клеток большинства масличных культур не удается регенерировать в зрелые растения. Показано все же, что, помимо подсолнечника и рапса, агробактерии могут переносить гены в клетки сои, турнепса, некоторых других масличных двудольных культур, включая арахис и оливы. Теперь дело за тем, чтобы добиться получения трансгенных растений. К сожалению, методы регенерации одной из важнейших таких культур - сои пока не созданы.

Предположим, однако, что все же удалось преодолеть трудности, связанные с переносом генов в масличные культуры и получением трансгенных растений. Очевидно, люди заинтересованы в том, чтобы эти культуры давали больше масла и чтобы масло было лучшего качества. Как добиться решения этих задач? Рассматриваются различные подходы. Один из них - увеличение скорости синтеза жирных кислот, другой - изменение их состава, третий - изменение состава растительных липидов триацилглицеролов, для которых жирные кислоты служат основными строительными белками. Для того чтобы достигнуть успеха на первом из этих путей, нужно так изменить ферменты, ответственные за синтез жирных кислот, чтобы они стали работать быстрее. Для этого нужно более детально изучить процессы биосинтеза липидов. Конечная цель здесь стоит затрат и усилий, поскольку резкое увеличение продуктивности масличных культур позволит использовать растительное масло вместо дизельного.

Много обещает и изменение состава жирных кислот. Например, повышение доли так называемых ненасыщенных жирных кислот в масле подсолнечника улучшит его пищевую ценность, а в семенах какао позволит увеличить выпуск твердых сортов шоколада. Увеличение содержания пальмитиновой кислоты в семенах рапса приведет к расширению использования добываемого из этих семян масла для производства маргарина. Получение генно-инженерными методами новых по своему составу триацилглицеролов также рассматривается как перспективная задача.

Нам остается рассказать, пожалуй, о наиболее фантастическом проекте. Хотя он и замыкает смотр целей, стоящих сейчас перед генной инженерией растений, но на самом деле по притягательности и важности его бесспорно нужно было бы поставить на первое место. Речь идет о резком сокращении потребности в азотных удобрениях.

Еще на заре появления генной инженерии растений (которая была, правда, не сотню, а всего десяток лет назад, поэтому зачин этой фразы, возможно, слишком торжествен) обсуждались проекты переноса генов фиксации атмосферного азота из природных азотфиксаторов - бобовых в злаковые растения. Что мог бы дать успех подобной работы, ясно - человечество смогло бы резко ограничить использование азотных удобрений, стоимость ценнейшей сельскохозяйственной продукции оказалась бы сниженной, заметно уменьшилось бы и связанное с применением химических удобрений загрязнение окружающей среды. Рассказ об этом грандиозном по своим возможным последствиям проекте начнем все же с истории.

В середине прошлого века немецкий химик Юстус фон Либих обнаружил, что вещества, потребляемые растениями для роста, следует вводить в почву для поддержания и увеличения урожайности и разработав первые искусственные минеральные удобрения. Современное земледелие невозможно представить себе без использования все возрастающих количеств разнообразных минеральных удобрений. Одни только азотные, к примеру, вносятся в огромных масштабах: нынешние сорта пшеницы требуют до 90 килограммов на гектар, а всего в мире производится более 70 миллионов тонн в год, и ожидается, что к 2000 году это количество удвоится. Несмотря на все плюсы, азотные удобрения обладают двумя существенными недостатками: их производство обходится дорого, а кроме того, и это, пожалуй, главное, большая часть нитратов не успевает попасть в растения, а вымывается дождями, попадает в пресные водоемы, вызывая бурное размножение питающихся ими одноклеточных водорослей, так называемое "цветение воды". При этом водоросли "съедают" весь содержащийся в воде кислород, в результате вода становится мертвой, разрываются существую