Микроклональное размножение, или микроклонирование — это вегетативное (бесполое — прим. ред.) размножение в пробирке или, как говорят ученые, «in vitro». Оно основано на способности материнской клетки растения давать начало новому организму с генотипом, идентичным донорскому. Успешное применение метода при работе с лекарственными растениями позволит обеспечить ценным сырьем отечественную фармацевтику.
Уже более ста лет такая технология культивирования растительных тканей является важным инструментом в улучшении и развитии сельскохозяйственных культур. Она используется для производства растительного материала, свободного от болезней и микроразмножения элитных и редких растений с ожидаемыми свойствами. Перспективная технология позволяет при недостатке исходного материала очень быстро получить большое количество растений генетически идентичных донорским образцам.
Чтобы описать эту сложную биотехнологию простым языком, попробуем представить ее этап за этапом:
- отбирается донорская культура, для разных видов могут использоваться разные части растений, не только привычные семена и черенки;
- в условиях полной стерильности изолируются экспланты (прим. ред.: микрочастицы растения-донора);
- производится высадка чистого материала на специально подготовленную питательную среду;
- по сигналу, поступающему от фитогормонов (прим. ред.: органические вещества, вырабатываемые растениями), происходит, собственно, микроразмножение, в результате которого получается большое количество клонов;
- клоны укореняют и адаптируют к грунту.
Далее остается вырастить побеги в теплице и подготовить их к высадке в привычные для данной культуры условия.
От сельхозкультур к лекарственным травам
В нашей стране метод начал изучаться еще в 60-х годах прошлого столетия. На его основе были предложены способы для микроразмножения картофеля, сахарной свеклы и некоторых других культур. Но если ранее технология применялась для повышения урожайности значимых для сельского хозяйства культур, то теперь ученые сместили фокус внимания на лекарственные растения.
Причина такого смещения акцентов в том, что дикорастущие растения — один из основных источников материала для изготовления многих лекарственных средств. Но слишком активное и не всегда щадящее заготовление растительного сырья неизбежно угрожает истощением популяции. В итоге многие ценные виды флоры сегодня оказались на грани исчезновения.
Сокращение популяций лекарственных растений, потеря генетического разнообразия, локальное вымирание отдельных видов и деградация среды их обитания — все это серьезно беспокоит и медиков, и фармацевтов, и биологов. Есть опасения, что более 4000 видов лекарственных растений в ближайшее время могут оказаться под угрозой полного исчезновения.
В связи с этим особенно актуальными становятся исследования с применением микроклонального размножения как метода массового производства биомассы для фармацевтики. Особенно в нашей стране, где в связи с необходимостью развивать импортозамещение возникла потребность в большом количестве собственного сырья для производства лекарственных препаратов.
Алоэ из Калькутты, имбирь из Тируванантапурама, ипекакуана из Осаки
Стоит отметить, что за рубежом ученые уже не первый год занимаются исследованиями в области микроклонального размножения лекарственных растений. И есть немало успешных разработок.
Так в Индии, стране с развитой фармацевтической промышленностью, специалисты лаборатории биотехнологии растений Калькуттского университета
на основе микроклонирования разработали технологию размножения растения алоэ вера. Ноу-хау индийский биологов — это решение дополнить питательную среду, на которую подселяются проростки, различными цитокининами (фитогормоны — прим. ред.) и гелем из листьев алоэ вера. Им удалось добиться 95%-ного выживания проростков и их полного генетического соответствия растению-донору. Работа считается серьезным успехом, так как открыла возможность для крупномасштабного выращивания на промышленном уровне алоэ вера. Растение применяется не только в косметологии, но и при изготовлении медицинских препаратов для лечения ожогов, ран, обморожений и таких серьезных заболеваний, как псориаз и некоторые формы герпеса.
В японском Исследовательский центр ресурсов лекарственных растений при Национальном институте биомедицинских инноваций, здоровья и питания Японии в Осаке была разработана технология микроразмножения лекарственного растения ипекакуа́на (Cephaelis ipecacuanha). В качестве лекарственного сырья используется корень ипекакуаны, называемый также рвотным корнем, так как в больших концентрациях вызывает рвоту. В малых дозах используется как отхаркивающее средство. Содержащееся в больших количествах в этом растении вещество эметина гидрохлорид эффективно при лечении дизентерии и опоясывающего лишая. Японские ученые добились гораздо более эффективного пророста побегов, чем давали традиционные методы с использованием рассады или отводков.
… и остролодочник из Владивостока
В июне 2025 года результаты своей работы в области микроклонирования лекарственных растений, находящихся под угрозой исчезновения, опубликовали сотрудники группы «Биотехнология растений» Ботанического сада-института Дальневосточного отделения РАН. Свои усилия инженер Мария Никифорова и младший научный сотрудник Ксения Бердасова направили на воспроизведение популяции остролодочника волосистого (Oxytropis pilosa). Остролодочник волосистый — не только лекарственное растение, но также и ценный медонос. В медицине используются его седативные и антидепрессивные свойства, применяют это растение и как противовоспалительное, и как жаропонижающее средство.
Произрастает это растение из семейства бобовых в лесостепных районах Европы и Азии. В России распространено в основном в Сибири и на Кавказе, реже встречается в центральной части нашей страны. Как видно, ареал довольно широкий. Однако этот вид остролодочника очень чувствителен к воздействию как человека, так и других растений. Зарастание местности лишайником, мхами, кустарниками, пожары и вытаптывание лесов, активная застройка ведут к вытеснению остролодочника волосистого из среды его обитания.
Еще в конце 70-х годов XX века он оказался на грани исчезновения и был включен у нас в стране в списки особо охраняемых видов. Места произрастания Oxytropis pilosa охраняются в заказниках многих регионов нашей страны. Он занесен в Красные книги разных областей, в том числе Рязанской, Владимирской, Московской, Тульской.
Помочь ценному растению дальневосточные ученые решили методом клонального микроразмножения. Главной задачей поставленного ими эксперимента было получить активно размножающуюся культуру, а на следующем этапе адаптировать микроклоны к условиям «ex vitro» (вне пробирки — прим. ред.)
Сначала семена, специально доставленные из Института биологических проблем криолитозоны СО РАН подвергались химической скарификации (прим. ред: метод частичного повреждения оболочки с помощью концентрированной серной кислоты, который облегчает процесс образования ростков). Затем полученный материал очищался и помещался на питательную среду, в состав которой входят макро- и микроэлементы, органические вещества, витамины и раствор хелатного железа. Так как этот вид остролодочника раньше никто не размножал «in vitro», дальневосточным биологам пришлось экспериментальным путем индивидуально подбирать регуляторы роста и добавки в питательные среды для наилучшего побегообразования и наращивания корней.
Опыты по размножению остролодочника волосистого в условиях ботанических садов проводились и раньше, но давали низкую всхожесть и выживаемость. Микроклонированием Oxytropis pilosa «in vitro» никто до сих пор не занимался, и таких отличных результатов, как у биологов из Владивостока, получить не удавалось. Эксперимент проводился в рамках государственного задания по теме «Введение в культуру, изучение и сохранение генетических ресурсов хозяйственно ценных растений Восточной Азии» и в общей сложности продолжался около года. В результате исследователям удалось определить оптимальный состав регулятора роста остролодочника волосистого при микроклонировании. Сотрудники Ботанического сада-института зафиксировали коэффициент размножения растений Oxytropis pilosa, равный двум, а также образование корней. На счету группы уже есть примеры успешного выращивания «in vitro» и «ex vitro» таких лекарственных растений, как леспедеца даурская (Lespedeza davurica) и рододендрон золотистый (Rhododendron aureum), и ученые намерены продолжить работы по микроклонированию других видов этих растений.
***
Как видно, технологии микроклонирования лекарственных растений стремительно развиваются во всем мире. И новость об успешной российской разработке в этой области, о которой шла речь выше, дает основание думать, что и в нашей стране метод начнет широко применяться. Интересно, что сообщение об успехах дальневосточных биологов было воспринято с энтузиазмом не только в узком кругу специалистов. Новость мгновенно растиражировали СМИ. А некоторые из них на волне интереса читателей даже опубликовали фейковые сообщения, созданные искусственным интеллектом об аналогичных разработках в других научных заведениях и с другими растениями. На самом же деле работа дальневосточных ученых уникальна в своем роде и тем ценнее выглядит в свете развития инновационных биотехнологий в России.
Автор текста Наталья Сидорова
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
