Генно-модифицированные деревья могли бы поставлять химические вещества, необходимые для производства клея, краски, лака и других товаров для дома.
Сосны Лоблолли в Северной Каролине. USDA/Стив Маккинд
Лоблолли - не лучший выбор любителей рождественских елок. Он не такой компактный, как пихта или ель, и его иглы длиннее, поэтому он плохо держит украшения. Но тем не менее у лоблолли богатая история.
Знаменитое дерево Эйзенхауэра на 17-й лунке Национального гольф-клуба Огасты было проклятием президента Эйзенхауэра. Он так много раз ударил по нему во время игры, что попросил клуб сократить его. Чтобы не обидеть президента, председатель клуба вместо того, чтобы отклонить его просьбу, резко прервал заседание. (В 2014 году покойный президент, наконец, исполнил свое желание, когда ледяной шторм так сильно повредил дерево, что его пришлось удалить.) Семена сосны лоболли также путешествовали на борту «Аполлона-14» и по возвращении были посажены по всей стране, в том числе на территории Белого дома. Некоторые из этих лунных деревьев до сих пор сохранились.
Сегодня лоблолли служит более благородной цели, помогая ограничить потребность в ископаемом топливе. Исследователи, изучающие генетику дерева, нашли способ перепроектировать, как лоболли производит смолу, открытие, которое может помочь производителям производить более экологичные альтернативы ряду товаров, которые сейчас производятся с использованием нефти и газа, включая поверхностные покрытия, клеи, полиграфию. чернила, ароматизаторы, отдушки, витамины, бытовая химия, краска, лак, крем для обуви и линолеум.
«Химический состав смол не сильно отличается от состава некоторых фракций, получаемых в настоящее время из сырой нефти», - сказал Марк Ланге, профессор Института биологической химии Вашингтонского государственного университета. Ланге хочет улучшить производство смолы, чтобы уменьшить зависимость химической промышленности от ископаемого топлива.
«Это ископаемые ресурсы, которые формировались в течение миллионов лет», - сказал он. «Они также являются невозобновляемыми, а это означает, что, как только они закончатся, мы не сможем пополнить их в течение разумного периода времени. До того, как сырая нефть стала дешевым сырьем, сосновая смола собиралась и превращалась во многие предметы домашнего обихода в военно-морских магазинах».
В настоящее время только две отрасли промышленности получают коммерческую ценность от сосны - пиломатериалы и бумага. Таким образом, проводя их эксперименты, «мы думали о том, как мы могли бы уменьшить нашу зависимость от ископаемых ресурсов при одновременном увеличении использования возобновляемых ресурсов», - сказал Ланге. Их выводы опубликованы в Journal of Experimental Botany.
«Наша непосредственная цель состояла в том, чтобы начать понимать, как сосны производят большое количество смолы», - объяснил Ланге. «Наше долгосрочное видение состоит в том, чтобы использовать эти знания для выращивания деревьев, которые производят большее количество смолы. Такие деревья по-прежнему можно устойчиво заготавливать для лесной и целлюлозно-бумажной промышленности, но смолы могут обеспечить дополнительную ценность в качестве источника экологически чистых химикатов. Другими словами, мы рассматриваем смолы не как основной продукт, а как ценный побочный продукт. Большая часть коммерческой инфраструктуры, включая масштабирование, уже создана.”
Ланге и его коллеги проанализировали механизмы, которые лоблолли используют для производства олеорезина, токсичного компонента смолы, который обеспечивает дереву важную защиту от насекомых и патогенов. Животные могут убегать от хищников, а у дерева такой способности нет, поэтому лоболли вырабатывает живицу. Это химическое вещество настолько токсично, что ему приходится хранить его в специальных отсеках, называемых смоляными ходами, чтобы не отравить себя.
Чтобы понять, как деревья производят живую смолу, исследователи изучили клетки вокруг смоляных ходов, вырезав их с помощью лазерного микроскопа. «По сути, вы рисуете вокруг области, которую хотите вырезать, а затем лазер следует тому, что вы рисовали, и уничтожает его», - сказал Ланге.
Исследователи затем сравнили клетки вблизи смоляных протоков с клетками, находящимися дальше, чтобы найти гены, запускающие выработку олеорезина. «Наша работа помогает разгадать механизмы, лежащие в основе производства смолы в соснах, секреции, которая также может служить основой для производства возобновляемых экологически чистых химикатов», - сказал он. По словам Ланге, понимание генетического плана лоблолли поможет ученым улучшить производство смолы у сосен или даже воспроизвести механизм производства смолы у разных видов, таких как кишечная палочка или дрожжи. Это может помочь снизить стоимость смолы, сделав ее конкурентоспособной по сравнению с химическими побочными продуктами нефти и газа.
Растения стали ценным ресурсом для производства многочисленных потребительских товаров, в том числе фармацевтических препаратов, таких как морфин и химиотерапевтические препараты, эфирные масла для ароматерапии, соединения, имитирующие эстроген, антиоксиданты, каннабидиол для обезболивания (не тот материал, который обеспечивает высокую), и всеми любимый стимулятор, кофеин.«По сравнению с природными фабриками растения являются лидерами отрасли», - сказал Ланге.
Заменив нефть и газ в качестве ресурса, растения могут помочь миру отказаться от ископаемого топлива, способствуя борьбе с изменением климата. Производители, которые в настоящее время зависят от нефти и газа для производства этих продуктов, должны будут искать сырье в других местах. Их могли обеспечить растения. «В научных дисциплинах существует прочный, почти универсальный консенсус в отношении того, что изменение климата является одной из самых насущных проблем человечества», - сказал Ланге. «Я думаю, что мы можем изменить ситуацию в химическом секторе, рассматривая смолы как побочные продукты существующих коммерческих процессов, что принесет пользу как с экономической, так и с экологической точки зрения».
Марлен Саймонс пишет для Nexus Media, сводной новостной ленты, освещающей вопросы климата, энергетики, политики, искусства и культуры.