Kitas biotechnologijų derlius

Iš pirmo žvilgsnio senstantis Kembridžo pramoninis skyrius, Masažas, atrodo keista vieta ieškoti žemės ūkio ateities. Vieninteliai augalai yra piktžolės palei geležinkelio bėgius ir gerai prižiūrimi krūmai bei medžiai, rėžiantys įėjimus į aukštųjų technologijų įmones, kurios atnaujina vietovę. Jungtinių Valstijų žemės ūkio centras yra už tūkstančio mylių.

Ir Cereon Genomics viduje nerasite šiltnamių ar eksperimentinių augalų vazonų. Tai atrodo kaip bet kuri kita molekulinės genetikos laboratorija. Technikai ruošia brūkšniniu kodu pažymėtus pavyzdžius; netoliese eilės sudėtingų instrumentų, kurie iš pradžių buvo sukurti žmogaus genų sekai nustatyti, sudaro didelės spartos gamybos liniją. Skirtumas tas, kad šios genų gamyklos žaliavos dažnai yra augalų fragmentai, o produktas yra informacija apie augalo DNR – jų genetinius planus.

Ši istorija buvo mūsų 1998 m. rugsėjo mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Iš savo kampinio biuro Rogeris Wiegandas kilsteli antakius link automatinės įrangos, esančios jo gale. Wiegandas yra „Cereon“ genomikos technologijos direktorius – genų ir jų funkcijų identifikavimo mokslas. Galbūt aplinkui nėra jokios žalumos, bet ilgamečiam molekuliniam biologui Wiegand sako, kad vadovauti Cereon laboratorijai yra tarsi vaikas saldainių fabrike.

Jaudulys grindžiamas įsitikinimu, kad informacija apie genus, surinkta Cereone ir kitose augalų genomikos laboratorijose, dygstančiose visame pasaulyje, padės pradėti žemės ūkio biotechnologijų transformaciją. Sent Luise įsikūrusi žemės ūkio ir farmacijos milžinė „Monsanto“ praėjusių metų pabaigoje įsipareigojo išleisti daugiau nei 200 mln. USD, kad sukurtų „Cereon“ – visiškai priklausančią dukterinę įmonę, kurią sudarė aljansas su genų medžiotoja „Millennium Pharmaceuticals“. Sandoris yra vienas drąsiausių žingsnių Monsanto pertvarkant gyvybės mokslų bendrovę. (Birželio mėn. „Monsanto“ paskelbė apie planus susijungti su „American Home Products“.) Ir tai atspindi gilų buvusios chemijos įmonės tikėjimą, kad ji gali panaudoti augančias žinias apie genus dideliame versle ir taip pakeisti ūkininkų ir vartotojų požiūrį į augalai.

Kitos įmonės laikosi šios vizijos. Keletas kitų chemijos ir vaistų gigantų, ypač „DuPont“ ir „Novartis“ (Šveicarijos bendrovė, atsiradusi 1996 m. susijungus „Ciba“ ir „Sandoz“), į svajonę įmetė milijardus. Jei šios įmonės bus teisus, per penkerius metus ūkininkai sodins natūralios spalvos medvilnę, kad sumažintų dažymo poreikį, taip pat pasėlius, kuriuose yra plastiko. Augintojai bus apsiginklavę derlingesniais, vabzdžiams atspariais augalais. Vartotojai iš prekybos centrų lentynų pasiims sveikesnius ir maistingesnius maisto produktus, pagamintus iš genetiškai modifikuotų augalų. Ateityje vaikai bus skiepijami per bananus ar kitą maistą, išvengiant adatų baimės (žr. „Nereikia adatų“).

Gamyklos laukuose

pirmosios transgeninės kultūros buvo plačiai pasodintos JAV prieš dvejus metus ir greitai įsitvirtino ekonomikoje. Šiais metais genetiškai pakeisti augalai sudarys apie 15 procentų JAV kukurūzų derliaus, apie 30 procentų sojų derliaus ir daugiau nei pusę medvilnės produkcijos. Ši pirmoji karta buvo pagimdyta per gana paprastą gudrybę, įterpiant geną iš bakterijos į augalą, kad būtų sukurtas vienas požymis; tokio darbo rezultatai – konkretiems kenkėjams atsparūs kukurūzai ir medvilnė, taip pat kelių rūšių herbicidus toleruojantys pasėliai.

Nors šis kuklus genetinis manipuliavimas gali atrodyti šiek tiek panašus į biotechnologijų revoliuciją, bioinžinerijos būdu sukurtos kultūros sukrėtė ūkininkus. Žmonės stebisi, kokios svarbios buvo pirmosios poros genų, sako Anthony Cavalieri, De Moine įsikūrusios Pioneer Hi-Bred International viceprezidentas, pirmaujantis sėklų pardavėjas ir „DuPont“ verslo partneris. Ir tai tik priekinis kraštas. Tai gali būti esminė viso žemės ūkio sektoriaus veikla.

Iš tiesų, tikimasi, kad tikrosios naudos ateis per ateinančius kelerius metus, nes augalų biologai pradės ne tik įterpti į augalus daugiau genų, bet ir perbraižyti daugelio įprastų pasėlių genetinius planus ir nukreipti medžiagų apykaitos kelius. Vizija yra perjungti augalus į pigius gamybos vienetus, kuriuose būtų galima auginti viską nuo modifikuoto maisto iki žmonių vakcinų iki prekinių cheminių medžiagų. Atlygis už šių augalų produkcijos savybių sukūrimą? Pasak Johno Pierce'o, „DuPont“ žemės ūkio atradimų tyrimų vadovo, tai gali reikšti, kad per metus reikia įsigyti 500 mlrd. USD vertės pramonės ir maisto rinkų.

Netgi milžiniškoms korporacijoms tai nėra mažos bulvės. Pavyzdžiui, „Monsanto“ gamina daug sausųjų medžiagų turinčias bulves, taip pat rapsus ir sojų pupeles su modifikuotu aliejaus kiekiu. Pavyzdžiui, vienoje rapsų atmainoje gausu beta karotino, kuris padeda kovoti su vitamino A trūkumu, kuris vis dar yra daugelio besivystančių šalių problema.

Per ateinančius kelerius metus „DuPont“ tikisi pradėti prekiauti modifikuoto aliejaus sojų pupelėmis, taip pat daug sacharozės turinčiomis sojų pupelėmis. Dirbdama su savo partneriu „Pioneer“, „DuPont“ turi pusšimtį biotechnologinių pasėlių, kurie artėja prie komercializavimo, ir tikisi pristatyti augalus, turinčius keletą sudėtinių savybių. Bendrovė taip pat dirba su daug baltymų ir daug aliejinių augalų, skirtų gyvūnų pašarams (apie 80 procentų JAV kukurūzų yra šeriami gyvūnams).

Maistas žmonėms ir ūkio gyvūnams yra didelis verslas. Tačiau dar pelningesnis atlygis galiausiai gali būti gaunamas auginant biotechnologinius augalus, iš kurių gaminamos labai vertinamos medžiagos ir pramoniniai produktai tiesiai gamykloje. Kam gaminti sintetinius medvilnės dažus naudojant labai toksiškas chemines medžiagas, galvojama, kai patys augalai gali būti genetiškai modifikuoti taip, kad gamintų spalvotą pluoštą? Kodėl augalų nepavertus chemijos gamyklomis?

Augalų biologai Monsanto ir Kembridže, Masačusetso valstijoje, startuolis, pavadintas Metabolix, atskirai dirba su plastiku, auginamu augaluose, kurie galėtų būti paruošti ūkininkams jau 2002 m. Prodigene, dvejų metų koledžo stotis, Teksasas, atsiskyręs nuo Pioneer, jau parduoda pramoninius fermentus, užaugintus transgeniniuose kukurūzuose, ir kuria kitus baltymų pagrindu pagamintus pramoninius produktus. Kitos laboratorijos bando sukurti gamyklas, gaminančias specialias alyvas, kurios galėtų būti naujos pramoninės dangų ir tepalų sudedamosios dalys. Taip pat ant braižymo lentos yra augalinės kilmės valgomosios vakcinos nuo tokių ligų kaip hepatitas ir viduriavimas.

Tvarkydami genų kontrolę ir veiklą, augaluose galite pagaminti beveik viską, sako Davidas Wheatas, ilgametis augalų biotechnologijų konsultantas ir Bostone įsikūrusios „Bowditch Group“ prezidentas. Suprasdami, kaip organizmas veikia molekuliniu lygmeniu, galite kurti naujų rūšių produktus – galbūt net gaminti produktus, kurių dar nematėte.

Paprastoji aritmetika

Žemės ūkio biotechnologijų perspektyvos yra pakankamai viliojančios, kad jos padeda paskatinti didžiulį žemės ūkio ir chemijos pramonės restruktūrizavimą, o tai kai kuriais atvejais ištrina ribas tarp šių dviejų (žr. Naujos pramonės sėjimas, šoninė juosta). Visų pirma „Monsanto“ ir „DuPont“ giliai įsigilino į naujas galimybes, suvalgydamos sėklų tiekėjus ir augalų biotechnologijų pradedančias įmones. Labiausiai skatinama biotechnologijų potencialo, „Monsanto“ praėjusiais metais be ceremonijų metė savo cheminių medžiagų verslą, biologiją vertindama kaip ateities bangą. Savo ruožtu šį pavasarį „DuPont“ reorganizavosi ir sudarė gyvybės mokslų grupę (kuri apima žemės ūkio, vaistų ir biotechnologijų veiklą) ir paskelbė, kad jos ateities augimas priklauso nuo chemijos ir biotechnologijų integracijos.

Netgi „Dow Chemical“, didžiulė cheminių medžiagų gamintoja, išreiškė norą tapti pirmaujančiu biotechnologijų žaidėju, kurio tikslas – plastikų ir pramoninių chemikalų kūrimas. Tai technologija, kurios laikas atėjo, sako Fernand Kaufmann, „Dow“ naujų verslų ir strateginės plėtros viceprezidentas. Tačiau Kaufmannas perspėja, kad prireiks laiko, kol augaluose išaugintos cheminės medžiagos atsidurs didžiulėse prekių rinkose, kuriose dominuoja iš naftos pagaminti produktai.

DNR duomenų bazės

kelerius ateinančius metus stambi plastiko gamyba liks gamykloje, o ne lauke. Airija pripažįsta, kad net pažangiausiuose DuPont mokslinių tyrimų projektuose, skirtuose augalinės kilmės medžiagoms, mokslininkai vis dar atskleidžia fermentinius kelius ir kartu kuria visą polimerų chemiją. Niekas nelabai supranta, kaip kontroliuoti ir reguliuoti augalų genų ekspresiją.

Tačiau jei augalų genomika ir toliau spartės dabartiniu tempu, pasiekti šį tikslą gali būti daug lengviau. Daugumoje įprastų pasėlių yra daug DNR ir apie 50 000 genų – maždaug pusė žmonių. Tačiau naudodami greitas automatizuotas mašinas, sukurtas žmogaus genomui atskleisti, augalų genetikai genus identifikuoja greičiau, nei botanikai žino, kaip juos kultivuoti.

„DuPont“ genomikos programos direktorius Scottas Tingey sako, kad technologijos padarė didelę įtaką šiai sričiai. Prieš keletą metų prireikė dviejų žmogaus metų, kad būtų galima klonuoti augalo geną, sako Tingey. Maždaug pusę laiko jums sekėsi, kitą pusę kritote ant veido. Šiandien gyvenimas labai skiriasi. Per pastaruosius dvejus metus DuPont sukūrė kukurūzų, sojų pupelių, kviečių ir ryžių DNR sekų duomenų bazę. Tai pašalina varginantį genų atradimo procesą. Tai nebėra normą ribojantis projekto žingsnis, aiškina Tingey.

Biologai numato, kad Arabidopsis (piktžolės, kuri yra pagrindinis genetinis augalų genetikos modelis) sekos nustatymas bus baigtas iki 2000 m., nes tai bus tarptautinio bendradarbiavimo, prasidėjusio 1989 m., rezultatas. Tai gali būti labai svarbu, nes visi žydintys augalai iš esmės turi tą patį genų rinkinį. . Per ateinančius penkerius metus žinosime visų augalų genų funkciją tam tikru lygiu, prognozuoja Stanfordo Somervilis. Tai esminis pokytis. Turėsime daug geresnes sąlygas racionaliai tobulinti augalus.

Grįžtant į naujai suformuotą Cereon, vienas iš tikslų yra įdomios genetinės medžiagos sekos nustatymą paversti įprasta, didelio našumo gamybos linija. Visų pirma, įmonė nori paspartinti DNR sekos, atsakingos už konkretų fenotipą arba fizinį požymį, radimo procesą. Mes kuriame sistemas, kurios leis molekuliniams genetikams per labai trumpą laiką pereiti nuo dominančio fenotipo į klonuotą geną ir žinoti šio bruožo seką, sako Cereon prezidentas Williamas Timberlake'as. Timberlake'as aiškina, kad dabar prireikia metų, kad suprastume kai kuriuos iš šių genų. Norėtume tai sumažinti iki savaičių ar mėnesių.

Tačiau visos šios genų informacijos rinkimas yra tik pirmas žingsnis. Oliveris Peoplesas, vienas iš „Metabolix“ įkūrėjų, paaiškina: ką jūs darote su visa genomikos informacija apie genus? Pradedate kurti būdus, kaip optimizuoti anglies srautą. Tai galutinis genomikos panaudojimas – tai didžiausias galvosūkis. Kitaip tariant, svajonė yra kontroliuoti visą augalo medžiagų apykaitą.

Įmonės, ketinančios augalus paversti gamyklomis, atlieka kai kuriuos preliminarius veiksmus. „DuPont“ ketina patobulinti savo biologinius įgūdžius, gamindama plastikinį tarpinį produktą iš cukraus, naudojant genetiškai modifikuotus mikrobus fermentacijos procese. Tarpinė medžiaga yra pagrindinė naujojo polimero, galinčio konkuruoti su nailonu, sudedamoji dalis, o įmonė planuoja iki 2000 m. pabaigos turėti nedidelės apimties gamybos įrenginį. Tai bus pirmasis „DuPont“ bandymas sukurti biologiškai pagrįstą gamybos procesą ir sako Dorsch, tai vadovausis bendrovės planais naudoti biologiją medžiagoms gaminti.

Prie vienos Dorscho kabineto sienos yra diagrama, vaizduojanti medžiagų apykaitos kelius bakterijoje. Ji primena chemijos inžinerijos schemą – tokią, kokią matote visur DuPont – tik ji daug sudėtingesnė. Dorscho teigimu, idėja yra išnaudoti natūralius anglies srautus organizme ir sukurti subtilius pokyčius, kurie leistų išsiurbti norimą produktą. Organizmai jau sureguliuoti dirbti labai gerai. Jei bandysite perkelti didelę anglies dalį kitu keliu, turėsite visiškai pakeisti žvėrį. Nemanau, kad esame tokie įžūlūs, kad tikėtume, kad tai įvyks artimiausiu metu. Jis greitai priduria, bet mes galime ten patekti.

DuPont tyrimų laboratorijos Vilmingtono pakraštyje, Del., yra šventa vieta polimerų mokslininkams ir chemikams. Šiuolaikinei Amerikos pramoninei chemijai, vietai, kur buvo išrastas nailonas, jie yra nulis. O naftos pagrindu pagaminta chemija čia karaliavo jau seniai. Dabar, pasak Airijos, biologija atgaivina tyrimus. Polimerų chemikai tuo džiaugiasi, nes mato mokslui būdingas galimybes. Biologai džiaugiasi, nes mato galimybę panaudoti savo talentus ir uždirbti įmonei daug pinigų.

Aukštos distiliavimo kolonos vis dar labiau paplitusios nei kukurūzų laukai Vilmingtone. Tačiau jei „DuPont“ ir jos konkurentai pasiseks, atotrūkis tarp žemės ūkio rinkų ir chemijos pramonės netrukus gali išnykti. Iš tiesų, atotrūkis tarp pramoninės chemijos ir biologijos jau yra.

paslėpti