МОСКВА, 5 ноя — РИА Новости. Вырастить целую морковку из одной-единственной клетки в пробирке? В 1960-е это казалось чем-то из области фантастики. Но советский биолог Раиса Бутенко не просто доказала, что это возможно, — она перевернула представления о потенциале клеток и заложила основы целой индустрии. Как женщина-ученый из СССР обогнала мировую науку?
С капусты началось
История началась в стенах легендарной Тимирязевской академии в 1940-х годах. Молодая исследовательница Раиса Георгиевна Бутенко изучала полиплоидные овощные культуры — растения с увеличенным числом хромосом в клетках.
В лаборатории Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева. Архивное фото
Бутенко удалось создать такую цветную капусту: с четырьмя наборами хромосом вместо обычных двух. До нее никто в мире этого не делал. Капуста получилась крупнее и крепче.
Однако по-настоящему развернуться ей удалось уже в другом месте — в Институте физиологии растений Академии наук СССР. Руководитель лаборатории академик Андрей Курсанов создал для нее идеальные условия. Он не только выделил ресурсы и оборудование, но и дал главное — право экспериментировать без оглядки на "проверенные" методы. Можно было пробовать самые смелые идеи, даже если результат был непредсказуем.
Одна клетка — целое растение
В основе революционного метода лежала дерзкая идея тотипотентности. Суть проста, но невероятна: каждая клетка растения содержит полный генетический код всего организма. Значит, теоретически любую клетку можно "перепрограммировать" и заставить превратиться в полноценное растение — с корнями, стеблями, листьями.
Директор института физиологии растений имени Тимирязева академик АН СССР Андрей Курсанов
Чтобы проверить эту теорию, Бутенко разработала принципиально новую технологию выращивания изолированных клеток.
Техника требовала ювелирной точности. Раиса Георгиевна фактически создала в институте то, чего раньше в биологии не существовало: системы кондиционирования, климатические камеры, автоклавную службу. Клетки культивировали на стерильных питательных средах со сложнейшим составом — минеральные соли, углеводы, витамины, стимуляторы роста подбирались с аптекарской точностью. Температура — строго 25–27 °C, влажность — около 70%. Малейшая ошибка означала провал.
Прорыв в науке
Первый успех пришел с табаком и морковью. Исследовательница не просто заставила клетки делиться — она добилась контролируемого органогенеза, то есть направленного формирования органов из бесформенной клеточной массы. Из одной клетки появлялись корни, затем стебель, потом листья.
Сотрудники лаборатории культуры тканей и морфогенеза Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева Академии наук СССР работают над усовершенствованием искусственно созданных клеточных структур лекарственного растения — женьшеня
В 1962 году вышла сенсационная статья "Контролируемый органогенез и регенерация целого растения в культуре недифференцированной ткани". Бутенко доказала: клетки, которые многократно делились на искусственных средах, способны полностью восстановить растение.
Это открытие перевернуло биологию. Впервые ученые получили инструмент для изучения растительных клеток в абсолютной изоляции, контролируя каждый фактор их развития. Но главное — появилась возможность управлять процессами роста. А значит, создавать растения с заданными свойствами.
Морковь в невесомости
Самым необычным экспериментом стал полет клеток в космос. Биоспутник "Космос-782" вывел вывел на орбиту контейнеры с клетками моркови 25 ноября 1975 года. Совместный советско-американский проект координировали академик Олег Газенко, профессор Раиса Бутенко и профессор Ф. К. Стюард.
Макет биоспутника "Космос-782"
Вопрос был фундаментальным: могут ли растительные клетки развиваться в невесомости?
Двадцать дней клетки провели в космосе при температуре 20–24 °C. Результат превзошел ожидания: тотипотентные клетки моркови в невесомости прошли полный морфогенез и сформировали жизнеспособные эмбриоиды — так же, как на Земле.
Более того, корни у "космических" растений оказались даже длиннее земных — возможно, из-за отсутствия гравитационного стресса. Эксперимент подтвердил универсальность методов Бутенко и открыл перспективы выращивания пищи в долгих космических миссиях.
Шесть направлений, изменивших мир
На основе своих открытий Раиса Бутенко разработала шесть практических направлений, как отмечает "Коммерсантъ", определивших развитие биотехнологии на десятилетия вперед.
Лекарства из пробирки
Женьшень, барвинок, раувольфия — ценнейшие лекарственные растения — росли только в определенных климатических зонах. Их сбор был трудоемким и наносил вред популяциям. Технология Бутенко позволила выращивать клетки этих растений в промышленных биореакторах, получая те же целебные вещества, но в контролируемых условиях.
Куст культивированного женьшеня на грядке
Для женьшеня впервые в мире организовали промышленное производство клеточных культур. Это стало прообразом современной фармацевтической биотехнологии.
Криобанк для будущего
Бутенко заметила проблему: при длительном выращивании клетки могут терять способность синтезировать важные вещества. Решение оказалось в глубокой заморозке — клетки погружали в жидкий азот при температуре минус 196 °C.
Замороженные клетки сохраняли жизнеспособность практически бесконечно. Так появились банки генетических ресурсов — прообразы современных биобанков.
Клетки без стенок
Обработав растительные клетки специальными ферментами, Бутенко получала протопласты — "голые" клетки без жесткой оболочки. С ними можно было проводить невозможные ранее эксперименты: изучать транспорт веществ, электрические свойства мембран, проводить генетические манипуляции.
Рождение клеточной инженерии
Главное — протопласты разных видов можно было сливать. В лаборатории получили первый в мире соматический гибрид картофеля, объединив гены дикого и культурного видов. Это заложило основы клеточной инженерии и современных трансгенных технологий.
Протопласты картофеля в микроскопическом увеличении
Тысячи копий без вирусов
Раиса Георгиевна показала, что верхушечные меристемы в пробирке свободны от вирусных инфекций. Это привело к созданию технологии оздоровления и микроклонального размножения растений.
Метод работал в пять этапов: от выбора донора и стерилизации до адаптации растений к обычным условиям. Результат — тысячи генетически идентичных здоровых растений за короткое время. Технология ускоряла размножение в сотни раз и гарантировала получение качественного посадочного материала.
Новые свойства из хаоса
В искусственных условиях клетки мутировали чаще, чем в природе. Это создавало дополнительный источник генетического разнообразия для селекции. Бутенко получила первые сомаклональные растения табака с новыми признаками, доказав: биотехнология может не только сохранять существующие сорта, но и создавать принципиально новые.
Наследие в каждой пробирке
Международная слава пришла быстро. В 1968 году монография Раисы Бутенко "Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений" вышла на английском языке и стала настольной книгой биотехнологов по всему миру.
С 1986 года Бутенко координировала масштабный проект стран Совета экономической взаимопомощи по клеточной инженерии. СССР, Болгария, Венгрия, Румыния, Чехословакия, ГДР, Монголия, Вьетнам и Куба объединили усилия. За пять лет создали около 20 биотехнологий, которые ускорили селекцию в два-три раза и увеличили урожайность основных культур на 30–60%.
Растения в колбах, выращенные из клеточной массы
В Институт физиологии растений в Москве приезжали стажеры из десятков стран. Раиса Георгиевна подготовила более 40 кандидатов и десять докторов наук. Многие основали собственные лаборатории по всему миру. Советская школа биотехнологии растений стала одной из ведущих на планете.
Она заложила фундамент технологий, без которых сегодня невозможны ни современная медицина, ни высокопродуктивное сельское хозяйство, ни сохранение биоразнообразия планеты, ни космические исследования. Раиса Бутенко доказала: советская наука могла не просто, как думали скептики, догонять Запад, а идти впереди, открывая путь всему миру.