Клубничная фабрика космической эры на Хоккайдо

Чудо-ягода

Под яркими лампами – аккуратные ряды клубничной рассады, которые занимают все помещение-культиватор.

На фабрике растений на Хоккайдо выращивают клубнику, в которую имплантируют гены, производящие особый вид протеина. Эта клубника используется для изготовления лекарства от пародонтоза у собак(*1). Культивирование генно-модифицированных растений для нужд фармацевтики требует использования герметичных помещений, чтобы модифицированные гены не смешивались с генами обычных растений и не нарушали экосистему. Фабрика на Хоккайдо, проект которой был разработан Национальным институтом прогрессивной промышленной науки и технологии (AIST), является первым в мире предприятием, где это требование полностью выполняется. Впервые в истории каждый этап процесса производства, от выращивания трансгенных растений до переработки их в лекарственные препараты, выполняется в полностью герметичной среде в одном и том же помещении.

Чтобы предотвратить заражение генно-модифицированными растениями естественной генной среды, фабрику оснастили беспрецедентными для обычной фабрики растений средствами безопасности. Во избежание утечек воздуха в помещении поддерживается давление воздуха ниже атмосферного. Перед выводом в атмосферу воздух с фабрики проходит очистку фильтрами. Вода также тщательно стерилизуется перед сливом наружу. Перед заходом или выходом с фабрики каждый посетитель или сотрудник обязан принять воздушный душ. Доступ на территорию строго ограничен. Существуют также жесткие правила перемещения по внутренней территории фабрики людей и объектов, что позволяет свести риск распространения генов к абсолютному минимуму.

Ученый за работой

Выращенная методом эксплантации рассада клубники перед переносом в помещение-культиватор

Сердце фабрики – два помещения-культиватора площадью примерно 30 м² каждое, где выращивается гидропонная клубника. Это целиком искусственная среда и в помещениях-культиваторах полностью отсутствует почва. Для высокотехнологичной системы искусственного освещения используются несколько типов света: светодиоды, люминесцентные лампы и натриевые лампы высокого давления. Длина световых волн и интенсивность освещения регулируются, что позволяет добиться оптимальных условий для любых выращиваемых растений. Система может даже имитировать яркое летнее солнце, обеспечивая культивацию требующих интенсивного света культур, таких как рис и кукуруза.

В помещениях-культиваторах установлено около 300 датчиков, которые помогают максимально точно контролировать условия, включая температуру, свет и направление ветра. Так создается единая среда для всех растений.

«Мы производим высококачественные растения для фармацевтики, а не для еды. Это означает, что среда должна быть полностью однородной», – объясняет Мацумура Такэси, руководитель научно-исследовательской группы по вопросам молекулярной технологии растений Института биопроизводства при отделении AIST на Хоккайдо. «Условия культивации на фабрике одинаковы, что позволяет нам воссоздать оптимальные условия для роста растений. Благодаря этому производительность нашей фабрики выше по сравнению с другими аналогичными производствами. Для некоторых культур показатель в четыре-пять раз выше».

Клубника как лекарство

В генной инженерии модифицируются особые гены, позволяющие наделить организмы особыми свойствами. Эти свойства позволяют им производить полезные белки и другие субстанции, используемые учеными для различных целей. Наиболее распространенной генной модификацией является усиление резистентности продовольственных сельскохозяйственных культур к вредителям и болезням. Однако благодаря тому, что технология позволяет получить сорта с точно определенными характеристиками, ученые возлагают большие надежды на то, что эта технология поможет в разработке новых лекарств и лечении генетических нарушений.

На фабрике растений AIST на Хоккайдо выращивается клубника, в которую вживляются интерферон-индуцирующие гены собаки. Эта модифицированная клубника используется для производства лекарства от пародонтоза у собак. Интерфероны – это белки, вырабатываемые клетками, когда тело подвергается атаке бактерий или вирусов. Клубника подходит по многим причинам. Существует огромный корпус знаний о выращивании ткани и культивации этой ягоды; кроме того, она размножается вегетативно. (Речь идет о методе, когда растения выращиваются из вегетативных органов – корней, стеблей и листьев – а не семян). Мощность фабрики – 300 кг клубники в год, или количество интерферона, достаточное для миллиона собак.

Клубника растет примерно пять месяцев. Сперва из родительского штамма выращивается рассада генно-модифицированной клубники. Ее помещают в помещение-культиватор, где через несколько месяцев появляются плоды. Затем аппетитные красные ягоды, содержащие интерферон, измельчают, подвергают сублимационной сушке и превращают в порошок. Собаки получают лекарство в первую очередь в виде капсул.

Клубника, содержащая интерфероны собаки, и капсулы, произведенные на ее основе

Обычно интерфероны и вакцины вводят с помощью инъекций. Однако пероральный приём лекарственных средств проще и не ведет к стрессу у животных. Таблетки также обходятся дешевле, поскольку не требуются шприцы и прочее медицинское оборудование. «Интерфероны содержатся в самих клетках растения», – говорит Мацумура. «Они находятся в капсуле. Это означает, что при попадании в организм субстанции не расщепляются сразу, что делает этот метод более эффективным по сравнению с обычным пероральным приемом интерферонов и вакцин. И это также означает, что эффект будет достигнут при меньших дозах препарата».

Стройки будущего

Разработка проекта фабрики растений началась в 2005 году как совместный проект промышленников, ученых и правительства. Производители оборудования предоставили системы освещения, кондиционирования воздуха, другие устройства. В проекте также принимают участие фармацевтические компании и сельскохозяйственные организации. Строительство было завершено в январе 2007 года, и вскоре уже началась культивация. С тех пор Мацумура и его коллеги из научно-исследовательской группы по вопросам молекулярной технологии растений постоянно следят за состоянием фабрики – от роста растений до эксплуатационного состояния оборудования. Компьютеризованная система обеспечивает обновление информации об условиях на фабрике в режиме реального времени. После нескольких циклов отладки, проведенных на основе этой информации, команде удалось получить близкие к идеальным условия для выращивания генно-модифицированной клубники, и проект успешно стартовал.

«Фабрика может стабильно производить высококачественный генно-модифицированный растительный материал в полностью герметичной среде. Когда система будет полностью налажена, мы надеемся быть первыми, кто начнет производство конкурентоспособных фармацевтических препаратов на растительной основе. В наше время по всему миру возникают многочисленные проекты по разработке генно-модифицированных растений. Мы считаем, что наши результаты выведут биотехнологию растений на новый уровень».

Помимо клубники, на фабрике успешно выращивается целый ряд других перспективных генно-модифицированных растений, включая картофель, содержащий вакцину от птичьего гриппа, а также рассаду риса и табака, производящую вакцину от холеры. К октябрю 2012 года планируется завершить строительство второй фабрики, где полученные результаты обретут дальнейшее развитие.