Генетически модифицированные деревья упростят производство целлюлозы

Исследователи создали генетически модифицированные деревья, которые будет легче расщеплять для производства бумаги и биотоплива. Этот прорыв позволит использовать меньше химикатов и энергии, а также сократит количество вредных для окружающей среды отходов.

"Одним из самых больших препятствий для целлюлозно-бумажной промышленности и развивающейся индустрии биотоплива является полимер в древесине, известный как лигнин", — говорит Шон Мэнсфилд, профессор лесной науки в Университете Британской Колумбии.

Лигнин составляет значительную часть клеточной стенки большинства растений и затрудняет переработку целлюлозы, бумаги и биотоплива. В настоящее время лигнин необходимо удалять, что требует значительного количества химикатов и энергии и приводит к образованию нежелательных отходов.

Исследователи использовали генную инженерию, чтобы модифицировать лигнин, сделав его более легким для расщепления, без ущерба для прочности дерева.

"Мы создаем деревья, которые можно перерабатывать с меньшими затратами энергии и химикатов и, в конечном счете, извлекать больше древесных углеводов, чем это возможно сейчас", — говорит Мэнсфилд.

Ранее ученые пытались решить эту проблему, уменьшая количество лигнина в деревьях путем подавления генов. Это часто приводило к задержке роста деревьев или повышало их уязвимость к ветру, снегу, вредителям и патогенам.

"По-настоящему уникальное достижение — создать деревья, пригодные для деконструкции, сохранив при этом их потенциал роста и прочность".

Исследование, проведенное в сотрудничестве между Университетом Британской Колумбии, Университетом Висконсин-Мэдисон и Университетом штата Мичиган при финансировании Great Lakes Bioenergy Research Center, опубликовано в журнале Science.

Суть модификации

Естественная структура лигнина содержит сложноразлагаемые эфирные связи. Исследователи с помощью генной инженерии внедрили в основу лигнина более легко разрываемые химически сложноэфирные связи.

Это означает, что лигнин можно будет эффективнее извлекать и использовать в других областях, таких как производство клеев, изоляционных материалов, углеродного волокна и добавок к краскам.

Перспективы и безопасность

Такая стратегия генетической модификации может быть применена и к другим растениям, например, травам, для создания нового вида топлива, заменяющего нефть.

Вопрос генной модификации может быть спорным, но существуют способы предотвратить распространение генов в лесу:

• Выращивание культур вдали от естественных насаждений для исключения перекрестного опыления.
• Введение генов, делающих стерильными как мужские, так и женские особи деревьев или растений.
• Вырубка деревьев до достижения ими репродуктивной зрелости.

В будущем генетически модифицированные деревья можно будет выращивать как сельскохозяйственную культуру, а не в естественных лесах. Тополь — потенциальная энергетическая культура для биоэнергетики, так как он быстро растет на малоплодородных землях. Лигнин составляет 20–25% этого дерева.

"Мы зависим от нефти, — говорит Мэнсфилд. — Мы полагаемся на один и тот же ресурс для всего: от смартфонов до бензина. Нам нужно диверсифицировать источники и снять давление с ископаемого топлива. Деревья и растения обладают огромным потенциалом для обеспечения наше общество углеродом".