Страница 46 из 53
Все эти методы оздоровления растений от вирусов широко применяются в современном растениеводстве. Сформировалась целая отрасль сельского хозяйства, называемая безвирусным растениеводством. Целью безвирусного растениеводства является производство оздоровленого от вирусов посевного и посадочного материала. Получение здорового посадочного материала, своевременная диагностика вирусных инфекций и защитные мероприятия против повторного заражения оздоровленных культур вирусами – вот три кита, на которых базируется эта отрасль. Абсолютно четко доказано, что комплексное применение этих мер позволяет заметно повысить урожайность сельскохозяйственных культур и качество сельскохозяйственной продукции.
Устойчивость к вирусным болезням
Ну хорошо, если трудно бороться с возбудителем (а это и впрямь нелегко), то нельзя ли сделать так, чтобы само растение препятствовало распространению вируса более активно? То есть наделить растение способностью к самозащите!
На этот вопрос любой мало–мальски знакомый с предметом человек сразу же ответит, что, конечно, сделать это можно; более того, так веками и делают люди, называемые селекционерами, что среди прочих полезных человеку признаков они ищут и отбирают также и признаки устойчивости к тому или иному заболеванию. Все это правильно, вот только традиционная селекция – дело очень небыстрое, нелегкое и неблагодарное, хотя результат, конечно же, неоспорим. Самое же главное заключается в том, что, выводя, к примеру, сорт яблони с крупными, медового вкуса плодами, просвечивающими на солнце так, что видны семечки – выстраивая годами сложнейшую комбинацию генов, обеспечивающих эту красоту – легко потерять гены устойчивости к тому или иному заболеванию.
Но в настоящее время появились новые возможности, которых не было у традиционной селекции. Методами генетической инженерии из растений, животных или микроорганизмов выделяют нужный ген и тем или иным способом внедряют его в хромосому растения, свойства которого предполагается изменить (модифицировать).
Таким образом генетически модифицированное (трансгенное) растение будет содержать среди своих "родных" генов чужеродный ген, проявление которого приведет к появлению нового признака у модифицированного растения. Предполагается при этом, что все другие полезные для человека признаки останутся в неизменном виде. Интенсивное развитие научных исследований в области биотехнологии и генетической инженерии уже привело к внедрению генетически модифицированных растений в практику земледелия. Площади под ними в мировом земледелии возросли с 1,7 миллионов гектаров в 1996 году до 52,6 миллионов к 2001 году, то есть в 30 раз. Львиная доля площадей, занятых под трансгенные растения, приходится на США и Аргентину; а из культур – на сою, кукурузу, хлопчатник и рапс. Главный признак, который подвергается генетической модификации, – это устойчивость к гербицидам. После обработки таких посевов гербицидами сорняки погибают, а культурные растения нет, потому что они устойчивы к гербицидам благодаря внедренному в них гену.
Разработаны и методы получения генетически модифицированных растений, устойчивых к вирусным заболеваниям.
Один из способов создания противовирусной устойчивости заключается в том, что в растение внедряют ген белка оболочки вируса. Казалось бы, полная чепуха. От вируса надо избавиться, а тут... Но оказалось, что такой прием хорошо работает.
В клетке генетически модифицированного растения вырабатывается много вирусного белка. Клетка настолько перекормлена этим белком, что, когда в нее попадает вирус с тем же белком оболочки, она просто не выдерживает и не позволяет вновь прибывшему раздеться – у нее все места на вешалке уже заняты. А вирусу совершенно необходимо снять верхнюю одежду, чтобы обнажить нуклеиновую кислоту и начать инфекционный процесс. Или могут принять пальто, но не пустят дальше гардероба – там, дальше, и так уже толпа из таких же точно вирусных белков. Вирус полностью зависит от клетки, и, если нет возможности образовать полноценные вирусные частицы, инфекция прервется, не начавшись.
Например, генетически модифицированные деревья сливы, с внедренным геном белка оболочки вируса шарки, сливы не заражались этим вирусом. Вот тля, только что покормленная вирусом. Вот она садится на сливовый лист и начинает питаться соком растения. Все идет как обычно, но растение, в отличие от немодифицированного, остается практически здоровым. Вирус оказывается неспособен распространиться даже по тому листу, на котором питалась тля, а в других листьях его не нашли и через два года.
Все было бы хорошо, да только вирусов много. Белок оболочки вируса шарки сливы, образующийся в клетках генетически модифицированного растения, защитит от заражения только этим вирусом. А от другого вируса он не защитит, потому что белки оболочки у всех вирусов разные.
Но при вирусной инфекции образуется не только белок оболочки. Продвижение вируса из клетки в клетку обеспечивает транспортный белок вируса. Он расширяет плазмодесму – коридор, соединяющий клетки, и, таким образом, дает возможность вирусу передвигаться из одной клетки в другую. Если в растение встроить ген дефектного транспортного белка, то он займет все места возле плазмодесмы, но плазмодесму не расширит и не позволит нормальному транспортному белку даже приблизиться к плазмодесме. Обнаружилось, что ген дефектного транспортного белка вируса табачной мозаики, внедренный в растения, создает устойчивость не только к вирусу табачной мозаики, но и ко многим другим, совершенно неродственным вирусам. Да, конечно, вирус может проникнуть в растение, но окажется не в состоянии распространяться по нему, а это равносильно отсутствию инфекции.
Разработано немало других способов придать растению устойчивость к вирусным заболеваниям. Получены, например, растения томатов, устойчивые к тле. Значит, тля не сможет передать растению вирусы, переносчиком которых она является.
Большинство этих разработок пока не вышли из стен лабораторий. Но, например, в США генетически модифицированный картофель выращивают с 1996 года. Зарегистрированы три типа сортов: сорт, устойчивый к колорадскому жуку; сорт, устойчивый к колорадскому жуку и вирусу скручивания листьев картофеля, и сорт, устойчивый к колорадскому жуку и вирусу Y картофеля. Оказалось, что жук практически не трогает генетически модифицированную картошку, а затраты на защиту посадок от вирусов снижаются примерно в десять раз.
Вирусы бактерий: бактериофаги
Три столетия прошло с тех пор, как голландский коммерсант Антони ван Левенгук первым из людей увидел микробы в им же самим сконструированный микроскоп. Сейчас даже ребенок знает, что мир вокруг нас кишит бактериями. И вот оказалось, что почти каждый известный в настоящее время вид бактерий может заражаться одним или несколькими вирусами. Такие вирусы называются бактериофагами (то есть "пожирателями бактерий") или просто фагами.
Представим, что в прозрачный мясной бульон попали бактерии. Почувствовав себя как дома, они начинают размножаться. Их численность быстро увеличивается, и бульон мутнеет. Если к этой растущей культуре бактерий добавить бактериофаг, то часть бактериальных клеток окажется зараженной. Впрочем, вначале может показаться, что ничего не произошло: никаких видимых изменений ни в бульоне, ни в зараженных клетках не наблюдается. Так может продолжаться несколько минут, или час, или еще дольше. Затем внезапно происходит разрушение зараженных клеток, они лопаются, будто взрываются изнутри. При этом из разрушенной бактерии высвобождается большое количество новых фаговых частиц – потомков того фага, что проник в бактериальную клетку и заразил ее. Они похожи одна на другую и на исходную фаговую частицу, как две капли воды. Эти частицы в свою очередь заражают другие бактерии, процесс повторяется, и через несколько часов все бактерии оказываются уничтожены, а бульон вновь становится прозрачным.