Страница 12 из 58
Сегодня накоплено немало знаний в этой области. Установлено, что если растение «поранить», то в месте «ранения» начинается энергичное деление клеток и из них образуется каллюс — губчатый нарост. Каллюсные клетки, как правило, способны жить и размножаться вне организма материнского растения. Для этого надо лишь поместить их в стерильные условия и подходящую питательную среду. Ведя самостоятельную жизнь, растительные клетки, так же как и животные, почти всегда теряют дифференциацию, «дичают»: взятые из столь различных органов, как корень, стебель или лист, они, попав в колбу, утрачивают свои специфические особенности и становятся похожими друг на друга. Разросшаяся масса таких клеток и именуется учеными культурой недифференцированной ткани.
Эта культура живет по своим собственным законам, которые, впрочем, в огромной мере обусловлены тем, какие вещества содержатся в питательной среде. И оказывается: если в растворе увеличить количество одного гормона, клетки могут образовать особые структуры, из которых разовьются только корни; наоборот, увеличение концентрации другого гормона влечет за собой появление стебля. Чисто химическим путем любую клетку, по-видимому, можно заставить дать начало зародышу, а затем и новому растению или его органу. Это теоретически. На практике же клетки не всегда подчиняются химическому руководству.
Ставя перед растительными клетками, проживающими в колбе, те или иные трудные задачи, ученые нередко призывают на помощь «няньку» — кусочек живой ткани, вырезанной из растения. (Вспомним опыты с клетками печени мышиного эмбриона: там тоже в особых случаях вынуждены были звать на помощь кроветворным клеткам печеночные и костные.) «Нянька», постоянно находясь рядом с клеточкой-воспитанницей и выделяя в окружающую среду свои гормоны, будет опекать ее и направлять ее развитие.
Подобные приемы уже используются в некоторых странах с практическими целями, когда надо размножить уникальный посадочный материал, получить мутантные растения, освободить ценную культуру от очень прилипчивой болезни.
Но как ни интересна эта проблема, не ею занимаются в комнатке, сплошь уставленной стеллажами. Корни, стебли и целые растения, развивающиеся в колбах, — лишь побочный результат других поисков и исследований.
Клетка, попавшая в колбу, хотя и «дичает», но все же сохраняет многие свойства, присущие клеткам материнского растения. Но, в таком случае, не соблюдает ли она — как бы это выразиться? — биохимическую верность своему роду? Если, скажем, в организме раувольфии змеиной, произрастающей под солнцем Индии, вырабатывается 26 алкалоидов, некоторые из которых являются самыми активными из известных препаратов против сердечно-сосудистых заболеваний, то, может быть, и в клеточной массе, выросшей в лаборатории на берегах Невы, станут синтезироваться те же самые алкалоиды? И не будет ли накапливаться в клетках женьшеня, развивающихся на искусственной питательной среде, тот же таинственный комплекс действующих веществ, который содержится в корне жизни?
Перечень подобных вопросов, возникших несколько лет назад перед сотрудниками кафедры фармакогнозии и ботаники, был достаточно велик: среди лекарственных растений немало таких, которые или чрезвычайно редко встречаются в природе и плохо приживаются на плантациях, или обитают только в тропическом климате, или содержат в себе так мало целебных веществ, что для извлечения граммов лекарства приходится заготавливать тонны сырья. И естественно, что постоянными поселенцами на «плантациях» в колбах стали клетки женьшеня, раувольфии змеиной и паслена дольчатого — то есть именно тех ценнейших растений, в которых нуждается наша фармацевтическая промышленность.
Уже первые урожаи, собранные на стеллажах в лаборатории, подтвердили надежды: лекарственные вещества были обнаружены как в самих клетках, так и в среде, которой они питались. Правда, сначала этих веществ было во много раз меньше, чем в материнских растениях. Но шли месяцы, новым поколениям клеток предлагалось все более усовершенствованное меню, и их продуктивность неуклонно росла. Сегодня некоторые культуры тканей обгоняют обычные растения по содержанию полезных веществ в растительной массе. Более того, они и гораздо быстрее создают эту массу. Если, например, 50-граммовый корень женьшеня вырастает в естественных условиях за 50 лет, а на самой лучшей плантации при огромных затратах труда — за 6 лет, то в колбе этот же «привес» получают за 7–8 недель! А за год таких урожаев можно получить несколько.
Но дело не только в урожаях клеточной массы. Культура тканей, будучи весьма зависимой от внешних условий, чутко реагирует на всякие изменения в питательной среде. А нельзя ли, варьируя состав сред, целенаправленно управлять теми тонкими биохимическими процессами, которые происходят в глубинах клетки? Скажем, среди 26 алкалоидов раувольфии змеиной есть такие, которые помогают лечить гипертоническую болезнь, но есть и другие, действующие противоположно (например, повышают кровяное давление). Вот если бы добиться, чтобы первые синтезировались в культуре активно, а вторые, наоборот, не вырабатывались вовсе!
И на этом пути достигнут первый успех. С помощью изменения рациона уже удалось значительно увеличить выработку одного из ценных алкалоидов — аймалина.
Однако до сих пор речь шла, по сути дела, о простейших воздействиях на культуры тканей. Но в арсенале ученых — еще и такие мощные средства, как селекция, отбор среди тысяч обычных клеток наиболее «работоспособных», а также получение с помощью глубокого воздействия на наследственный аппарат новых штаммов, новых разновидностей клеток. Эксперименты, проведенные ленинградскими и московскими учеными, показали, что перспективы здесь широчайшие. Например, в обычной культуре ткани паслена дольчатого удалось выявить штамм, который способен к фотосинтезу. Разросшийся зеленый ком этих клеток может, хотя пока и медленно, продуцировать полезные вещества, не получая почти никакой органической пищи и довольствуясь лишь солнечными лучами да минеральными удобрениями. Искусственно созданный штамм раувольфии змеиной, обладая вообще высокой продуктивностью, дает еще и в два раза больше аймалина, чем обычное растение. Штаммы паслена дольчатого, полученные с помощью химического воздействия на генетические механизмы клеток, стали вырабатывать новые, пока не обнаруженные в этом растении, стероидные соединения.
Поиски ученых все ближе подводят их к дороге промышленного использования научных разработок. С этой целью всесторонне исследуется методика выращивания культур тканей лекарственных растений в жидкой среде (таково обязательное требование современной промышленной технологии). Изучается возможность перевода клеток на более дешевые рационы. Некоторые культуры уже научились обходиться, не снижая продуктивности, растворами, в которых сахар почти наполовину заменен отходами производства. Специалисты считают, что уже не за горами время, когда ценное фармацевтическое сырье будет выращиваться в заводских установках.
Сказочные возможности метода культивирования изолированных клеток и тканей увлекли и специалистов Ленинградской лесотехнической академии — заведующего кафедрой анатомии и физиологии растений профессора А. А. Яценко-Хмелевского и его молодых коллег. Здесь, в лабораториях, выращивают в колбах не экзотические растения, а сосну и ель.
Зачем это понадобилось? Мало ли деревьев растет в наших краях, растет хорошо и быстро и, главное, без нашей помощи!
Но ученые и работники лесного хозяйства, оказывается, считают, что и сосна, и ель растут вовсе не так быстро и хорошо, как хотелось бы, что им нужна наша помощь — стоит задача повысить продуктивность лесов. А для этого надо досконально изучить их обитателей.
Однако проводить опыты с древесными растениями необычайно трудно: в лабораторию лесного великана не поселишь, а в природных условиях изучать особенности жизни деревьев, тонкие физиологические процессы, протекающие в их организме, как правило, невозможно.