Генетически модифицированный табак - сырье для производства биотоплива

21.10.2013

Рут Санс-Баррио (Ruth Sanz-Barrio) − инженер-агроном Государственного университета Наварры и научный работник Института биотехнологий (разноплановый центр Высшего совета научных исследований Испании – объединенной структуры, включающей Испанский национальный исследовательский совет, Государственный университет Наварры и Правительство Наварры) − в своей докторской диссертации сделала открытие: возможность использования специфичных протеинов табака (известные как тиоредоксины) в качестве биотехнологического подспорья для растений. Главным образом, ей удалось увеличить на 700 % количество крахмала, образующегося в листьях табака, и на 500% − сбраживаемых сахаров.

Свое открытие Рут объяснила так: «Мы надеемся, что такие генетически модифицированные растения смогут стать хорошей альтернативой продовольственным культурам для производства биотоплива и тем самым способствовать развитию рынка сбыта табака в тех регионах нашей страны, где выращивание данной культуры является основной отраслью сельского хозяйства, но где уже сейчас есть опасения за рентабельность ее дальнейшего развития ввиду прекращения поступлений соответствующих европейских дотаций». 

Генетически модифицированный табак - сырье для производства биотоплива

Тиоредоксины – это небольшие молекулы белка, входящие в состав многих живых организмов. В процессе своего исследования Рут Санс выявила способность теоридоксинов F и M, содержащихся в табаке, служить биотехнологическим материалом, с помощью которого увеличивается количество не только содержащегося в растении крахмала, но и вырабатываемых белков, таких как альбумин человека. «Некоторое время считалось, что тиоредоксины выполняют в живых организмах регулирующую функцию, но наша диссертационная работа показала, что они также способствуют сворачиванию и формированию «рабочих» молекул белка».

Альбумин человеческий – это внутривенный белок, широко используемый в терапевтических целях. Он помогает стабилизировать объем крови, предотвратить риск инфаркта, а его использование во время хирургических операций стало почти уже ежедневной медицинской практикой. Его также применяют при лечении ожогов, кровоизлиянии, хронических инфекционных заболеваниях, болезнях почек или печени, а также в случаях, когда организм пациента обезвожен или испытывает белковое голодание.

Альбумин, поступающий в продажу, извлекают из крови человека. Но то резервное количество этого вещества, что остается в организме человека, не достаточно для его функционирования. В связи с этим многие ученые начали поиски новых, безопасных и экономически выгодных, способов получения этого белка в большом количестве.

«И мы выявили такой способ: легкий по своей технологии и не требующий больших денежных затрат, − заключающийся в выработке данного вида белка в табаке и его последующего извлечения. Соединив гены, кодирующие тиоредоксины F и M, мы увеличили количество рекомбинантного белка (в нашем случае альбумина). Нам также удалось улучшить растворяемость и свертываемость молекул альбумина, что упрощает процесс получения его из растения, а значит, и сокращает денежные затраты, необходимые для его осуществления».

Табак – сырье для производства биоэтанола 

В процессе дальнейших исследований на живых организмах было впервые выявлено следующее: молекулы тиоредоксина F более эффективны в регулировании метаболизма углеводов, чем молекулы тиоредоксина M, поскольку «они позволяют значительно увеличить количество крахмала, вырабатываемого в листьях растения, и этот показатель может достигать 700% по сравнению с тем количеством крахмала, что было выработано негенномодифицированными растениями во время эксперимента». Рут Санс объяснила это явление как новое в истории науки: «до настоящего момента считалось, что оба вида тиоредоксинов действуют одинаково, но мы показали, что это не так». 

Доказав регулирующую функцию тиоредоксина F в процессе синтеза крахмала, Рут Санс задумалась над возможностью ее использования в энергетических культурах, необходимых для производства биоэтанола.

«Мы увидели, что в листьях генномодифицированного табака вырабатывается на 500% больше сбраживаемых сахаров. Благодаря такому показателю выработанных сбраживаемых сахаров, которые далее синтезируют в биоэтанол, можно получить − согласно теоретическим расчетам, предоставленным Национальным центром по возобновляемым источникам энергии, где была проведена энзимная диагностика, − до 40 литров биоэтанола на тонну свежих листьев, что означает практически десятикратное увеличение биоэтанола по сравнению с тем количеством, что было синтезировано во время эксперимента из листьев негенномодифицированного табака».

Генетически модифицированный табак может стать альтернативным источником биомассы в таких автономных областях Испании, как Экстремадура и Андалусия, где испокон веков выращивают табак. По предварительным расчетам крахмал, вырабатываемый в генномодифицированном табаке, может заменить тот, что вырабатывается в ячмене или пшенице.

«Поскольку в настоящее время зерновые культуры используют в качестве сырья для производства биоэтанола, то генномодифицированный табак может стать альтернативным источником биомассы, а значит, и чистой энергии».

Докторская диссертация «Характеристика и биотехнологическое применение тиоредоксинов, вырабатываемых в листьях табака» ("Caracterización y aplicaciones biotecnológicas de las tiorredoxinas plastidiales f y m de tabaco") написана под руководством профессора Инмакулады Фаррана-Бланка (Inmaculada Farran-Blanch), работающего на Отделении сельскохозяйственного производства Государственного университета Наварры.

 

nauka21vek.ru