Рослини з пробірки

Старший науковий співробітник Інституту фізіології рослин імені К. А. Тімірязєва Раїса Георгіївна Бутенко підносить до вікна звичайну лабораторну пробірку, закриту ватною пробкою і обгорнуту зверху целофаном. У ній – рослина з видовженим листям, що розширюються у стебла. Рослина ще молода, квітів немає, але листя її вже так розрослися, що пробірка для них явно тісна. Сильні, добре розвинуті корені опущені в щось, що нагадує застиглий «клейстер» з картопляного борошна.

– Впізнаєте? – Запитує Бутенко. – Це звичайний тютюн. Ми виростили його з шматочка тканини вагою в 30 – 40 міліграмів, посадженого на живильний розчин. З маленької грудочки, яку важко навіть утримати пальцями, – така сильна красива рослина. Раїса Георгіївна показує нові і нові пробірки. У кожній з них свій власний зелений житель. Я бачу стебло з ніжними кремовими квітами, що мають форму дзвіночка. Іншу рослину вінчає яскраво-жовта квітка з численними пелюстками, як у польової ромашки. Прискіпливо оглядаю рослини, вирощені людиною «штучно»: звичайні квіти, такі ж, як і їхні побратими на звичайних грядках під природним сонцем.

І це тільки початок чудес, що очікують мене. Ось пробірка, де на живильному середовищі зеленіє … один єдиний листок. Поруч, у колбах з рідким живильним розчином, витягнулося розгалужене коріння. Якій рослині воно належить? Непосвяченій людині в цьому неможливо розібратись: адже коріння тут теж існують самостійно, без рослини. А в колбах по сусідству – щось зовсім вже неживе, схоже на темно-жовтий кристалічний мінерал.

– Це клітини, що розрослися на живильному середовищі, – пояснює Бутенко, – наш основний робочий матеріал.

Ще близько 100 років тому ботанік Фегтінг, який жив у невеликому німецькому містечку, намагався змусити рости шматочки листя розміром близько сантиметра на живильному розчині, що містить цукор і мінеральні сполуки. Його досліди закінчилися невдачею. Але треба сказати, що і більш досконалі досліди багатьох його послідовників не мали успіху. Культивування рослинних тканин виявилося справою досить складною. І навіть коли в лабораторіях фізіологів клітини, вилучені з організмів тварин, вже прекрасно росли, клітини рослин все ще ніяк не хотіли підкоритись людині.

Основна причина в тому, що для тваринних тканин виявилося не важко знайти «харчування». Це – кров і лімфа. Для рослинних же такого «природного» живильного середовища не знайшлося. Довелось створювати його штучно. Тепер відомо, що для нормального росту рослинної тканини потрібні принаймні одинадцять елементів, не рахуючи кисню, водню і вуглецю, а також безліч складних органічних речовин, у тому числі цукру. Крім того, якщо тварині тканини всі здатні до зростання, то вченим довелося чимало потрудитися, щоб знайти «зростаючі» клітини у рослин.

Першими вдались досліди з вирощування в рідкому живильному середовищі кінчиків коренів довжиною 5 – 7 міліметрів. Добре ростуть в лабораторіях клітини так званого каллюса. Каллюс – це «напливи», які утворюються на «ранах» рослини – тріщинах, надрізах, зрізаних кінцях живців, іноді на пнях спиляних дерев. І, зрозуміло, швидко йдуть у ріст бруньки.

… Сьогодні я з особливим нетерпінням відкриваю важкі двері інституту. Мені дозволено бути присутньою під час досліду.

З ранку все готово до експерименту. Довго миємо руки гарячою водою з щіткою і милом. Одягаємо білі стерильні халати і стаємо схожими на докторів. У кімнаті для експериментів – як у справжній операційній – яскраве освітлення, стіни викладені білим кахлем. Тут немає вікон, щоб не могла проникнути інфекція з вулиці; немає опалення, щоб не виникали струми повітря і випадково вцілілі після опромінення кімнати великою кварцовою лампою мікроби не переносилися ними з місця на місце. На довгому столі – ряди пробірок з живильним середовищем, колби з каллюсом винограду. Починається кропітка операція. Тканину з колби пінцетом переносять у плоску скляну чашку з кришкою. Тут її (під трохи піднятою кришкою) нарізають на шматочки по 30 – 40 міліграмів і швидко пересаджують у заздалегідь приготовлені пробірки. Так само роблять з тканиною з інших колб.

Стерильні інструменти і посуд весь час змінюються, колби, пробірки, банки залишаються відкритими тільки одну мить. У цьому – основна складність роботи. Потрібно все робити дуже швидко – не то клітини, незважаючи на вжиті заходи, все ж виявляться враженими мікроорганізмами і дослід не вдасться.

Тканину з тієї пробірки, де вона краще прищепилася і швидше розростається, пересадять на нове середовище. Від пересадки до пересадки вона все більше «акліматизується» – звикає, стає менш примхливою. Якщо раніше вона вимагала всіх тих умов, які мала в організмі (а жила вона не самостійно, її обслуговували коріння, листя, інші тканини), то з плином часу вона звикає обходитись без сторонньої допомоги. Тканина починає сама себе годувати: створювати всі необхідні складні органічні речовини з неорганічних сполук без допомоги організму. Живильне середовище, приготоване з органічних речовин, близьких до тих, які тканини мали «на волі» – вітамінів, витяжок з нестиглого насіння кукурудзи, ячменю і т. п. – замінюють інші, більш прості за складом – неорганічні.

Нарешті настає момент, коли тканина, взята з рослини, остаточно звикає до життя в умовах, штучно створених людиною. І тут раптом виявляється, що клітини, щойно відлучені від рослини, і ті ж клітини після декількох місяців життя в лабораторних пробірках – багато в чому відрізняються одна від одної. Цілком звиклі до «неволі», «ручні» тканини мають здатність дуже швидко рости. З грудочки каллюса вагою в 30 міліграмів протягом двох місяців можна отримати до 300 грамів рослинної маси. Приріст небачений, ніде в природі не спостерігається: за два місяці клітини збільшують свою вагу майже в 10 000 разів!

У лабораторії тканини набувають і ще одну чудову властивість: виключне довголіття. Серед вчених різних країн користується широкою популярністю тканина з кореня моркви, яка живе на живильному середовищі більше 20 років і продовжує себе чудово відчувати і понині. А термін життя самої рослини – всього два роки. Хто знає, може бути, згодом з’ясується, що «ручні» тканини взагалі безсмертні.

Але вирощувані в лабораторії клітини, розмножуючись, зазвичай дають тільки свою подобу. Незліченна кількість однакових клітин утворює безформну масу, яку я і прийняла за мінерал в перший свій приїзд до інституту. У 1956 році американський вчений Скуг виявив речовину, названу згодом нінетіном, яка змушує клітини давати початок росту стеблових бруньок. Зі стеблової бруньки виростає стебло, стебло дає бічні пагони, листя. Так шматочок тканини і перетворюється в лабораторній пробірці в цілу рослину – складний, стрункий організм.

Використовуючи надзвичайно швидке зростання «ручних» тканин, можна отримати в лабораторіях дуже потрібні для нас речовини. Звичайно, було б безглуздо вирощувати в штучних умовах тканини самих звичайних сільськогосподарських продуктів, моркви, наприклад. Але вирощуються ж в лабораторіях цвілеві гриби, з яких отримують антибіотики! Точно так само пропонується культивувати на живильних середовищах тканини рослини раувольфії, з якої отримують резерпін – препарат, що знижує кров’яний тиск. Раувольфія – рослина тропічна, в нашому кліматі вона не росте.

Так само заманливо вирощувати штучні тканини женьшеню – кореня життя, як його називають, який дуже повільно росте в природних умовах, і інші рідкісні лікарські рослини.

Важливі функції виконують в рослинному організмі коріння. Це своєрідна «кухня» рослини. Тут «сирі» неорганічні речовини переробляються в «напів фабрикати» і передаються наверх – решті органів рослини. В інституті фізіології пересадили і змусили рости в штучному середовищі понад 11 видів коренів. Тут працюють і над з’ясуванням взаємодії коренів різних рослин. Знати, як реагують один на одного коріння різних рослин, дуже важливо для сільського господарства. Наприклад, відомо, що коріння злакових і коріння бобових культур, існуючи поряд, справляють благотворний вплив один на одного. Але є й протилежні приклади.

З культивованих коренів, як і тканин, можна отримувати цінні речовини. Так нікотин утворюється тільки в корінні тютюну, а судинорозширювальний засіб атропін – в корінні рослини беладони. Ці речовини можна було б отримувати з вирощуваних в лабораторії коренів.

Особливе місце займають роботи з рослинними тканинами, зростаючими за тими ж законами і що володіють такими ж властивостями, як і злоякісні пухлини тварин і людини. Наприклад, філоксера, шкідник виноградників, викликає у винограду пухлини, подібні раковим. Якщо ж їй не вдається викликати утворення пухлини, то філоксера покидає рослину, не приживається на ній. Зрозуміло, що вивести сорт винограду, стійкого до поразки філоксерою, що не хворіє на рак – дуже заманливо. Чим глибше розробляється метод культивування тканин, тим все більше можливостей відкриває він перед різними галузями науки і практики.

Автор: Г. Додева.