Створення рослин для виробництва палива

Наприклад, “Сингента” сподівається в 2008 р. розпочати продаж генетично модифікованої кукурудзи, яку легше переробляти на етанол. Кожна зернина цієї кукурудзи міститиме ензим, який треба було б додавати на спиртзаводі.
У вересні 2006 року “Дюпон” і “Бунге” оголосили, що їхнє спільне підприємство з поліпшення харчової сої теж розпочинає роботи з генетичної модифікації сої для виробництва біодизелю для інших промислових цілей.
Каліфорнійська компанія з генетики рослин “Серес” уже працює над перетворенням прутоподібного проса (Panicum virgatum) в енергетичну рослину.
“Оклахома могла б стати членом ОПЕК, якби всю її ріллю засіяти прутоподібним просом”, — сказав Ричард Хемілтон, директор компанії “Серес”.
Створення енергетичних рослин могло б посприяти новому застосуванню генної інженерії (вона роками займалася створенням рослин, стійких проти комах і пестицидів) для зміни фундаментальної структури рослин. Однією з цілей, наприклад, є зменшення вмісту лігнину — речовини, яка надає рослинам твердості, що дає їм можливість стояти, але вона заважає перетворенню клітковини рослин на етанол.
Такі перспективи починають лякати деяких захисників природи, які стурбовані тим, що генетично змінені рослини можуть перехресно опилювати дикі рослини, що спричинить повалення цілих лісів через брак лігніну. А деяких людей бентежить сама думка про модифікацію кукурудзи для задоволення примх нації, що схибнулася на автомобілях.
“Я не вважаю, що люди бажають додаткових ензимів у їжі, аби культури краще перероблялися в енергоносії”, — зазначила Маргарет Меллон, директор продовольчої та природоохоронної програми Спілки стурбованих вчених.
Але прибічники створення енергетичних культур стверджують, що ризики є незначними проти залежності від імпорту нафти. У деяких дослідженнях також було наголошено, що використання етанолу могло б допомогти в боротьбі із глобальним потеплінням, оскільки культури, з яких вироблятимуть етанол, поглинають двоокис вуглецю.
До цього часу найбільша увага до біоенергії зосереджувалася на поліпшенні хімічних процесів перетворення зерна на спирт. Але експерти кажуть, що для того, щоб біопалива почали витісняти нафтопродукти, рослини слід теж поліпшити, аби отримувати з гектара більше енергії. Крім того, потрібно, крім кукурудзи, створити нові сільськогосподарські ресурси. Згідно зі звітом Міністерства енергетики, навіть якщо весь урожай кукурудзи у США переробити на етанол, він замінить лише 15% споживання нафтопродуктів.
“Половина поліпшення протягом наступних 10–15 років буде пов’язана з поліпшенням кормових культур”, — говорить Джеральд Тускан, експерт міністерства, маючи на увазі культури, які переробляють на спирт.
Деякі види робіт необов’язково будуть пов’язані з генетичною інженерією. Показово, що компанія “Монсанто”, лідер у біотехнології рослин, вважає, що її дослідження біопалив будуть зосереджені на традиційній селекції, яка потребує менше часу.
“Монсанто” випробувала свої наявні сорти кукурудзи, щоб з’ясувати, які з них найкраще придатні для виробництва етанолу. Те ж саме робить і компанія “Піонер Хай-Бред Інтернешнл” (дочірня компанія “Дюпон”, яка є конкурентом “Монсанто” у насінництві кукурудзи).
Компанії стверджують, що цільові сорти з підвищеним вмістом здатного до бродіння крохмалю можуть збільшувати вихід етанолу на 2–5%, якщо порівняти з іншими сортами кукурудзи. А деякі спиртозаводи починають просити певні види кукурудзи або платити премії за них.
Проте деякі спиртозаводи заявляють, що їм байдуже, яку кукурудзу вони одержують. “Спиртозаводи настільки конкурують за кукурудзу, що готові спожити все, що їм пропонують”, — каже Дейвід Нельсон, голова Асоціації переробників зерна Середнього Заходу, який є власником спиртозаводу в м. Лакота, штат Айова.
На думку Вільяма Нібур, віце-президента департаменту генетичних досліджень і розробок компанії “Дюпон”, попит на етанол потребуватиме дедалі більше поліпшеної кукурудзи. “Попит на зерно такої кукурудзи буде настільки великим, що це призведе до зміни способів її вирощування”, — зазначив він. Замість використання сівозмін з іншими культурами, фермери сіятимуть кукурудзу по кукурудзі, що може виснажити грунт і створити сприятливі умови для розвитку шкідників та хвороб.
Чимало властивостей, якими повинна бути наділена енергетична кукурудза — висока врожайність, стійкість проти хвороб, шкідників і посухи, — бажано було б мати в харчовій і фуражній кукурудзі. Хоча для кукурудзи з ензимами компанії “Сингента”, яка призначена спеціально для виробництва енергії, це, може, й не обов’язково.
Загалом, ензим, відомий як амілаза, виробляється з допомогою бактерій. Виробники етанолу додають ензим до кукурудзи для розкладання крохмалю на цукор, який ферментується в етанол. Для того щоб кукурудза виробляла власну амілазу, “Сингента” вставила ген, запозичений з мікроба під назвою “archaea”, який “водиться” поблизу гарячих джерел на дні океану.
Ген — фактично композит трьох амілазних генів — було розроблено за участі каліфорнійської компанії “Дайверса”, що спеціалізується на знаходженні хімічних речовин в організмах, які населяють екстремальні середовища. “Дайверса” стверджує, що, оскільки ензим одержано з теплолюбного мікроба, спиртозаводи можуть працювати з вищими температурами та кислотністю технологічного режиму, що матиме підвищення к.к.д.
Проте деякі фахівці спиртової галузі сумніваються в доцільності мати ензим у самій кукурудзі, якщо таку ж саму амілазу можна придбати в компанії “Дайверса”.
 Хоча кукурудза компанії “Сингента” призначена для промислового використання в США, без сумніву, якась її частина потрапить у кукурудзу, призначену для харчових або кормових цілей, включаючи експорт, через перехресне запилення або змішування насіння. Саме це сталося 2000 року з кукурудзою Старлінк компанії “Авентіс”, яку було зареєстровано тільки для використання в кормах, а потім її виявили в продовольстві. Довелось відкликати продукцію та зупинити експорт.
Щоб запобігти такому розвитку подій, “Сингента” домагається дозволу на використання своєї кукурудзи для харчових і кормових цілей не тільки в США, але і в Європі, Південній Африці та інших країнах. “Сингента” стверджує, що ензим амілаза — безпечний, вказуючи на те, що він є в слині. Проте Білл Фріз із Центру безпеки продовольства групи адвокатів у Вашингтоні, які виступають проти біотехнологічних культур, переконаний, що цю специфічну амілазу одержали з маловивченого екзотичного мікроба, а деякі види амілази можуть викликати алергію.
Міністерство сільського господарства США попросило “Сингенту” надати більше інформації про використання амілази.
Незважаючи на роботи з кукурудзою, деякі експерти вказують на те, що сам собою крохмаль не забезпечить достатньої кількості етанолу. Новим напрямом досліджень є одержання етанолу з клітковини — волокнистого матеріалу, з якого складаються всі рослини. Клітковина складається з комплексу вуглеводнів, які можна розкласти з допомогою ензимів на простіші цукри для подальшої ферментації в етанол.
Хоча частину клітковини для біопалив можна виробляти з решток рослин, таких як стебло кукурудзи, ймовірно, існуватиме потреба в інших культурах, які вирощуватимуть спеціально для виробництва енергії. Зокрема, багаторічні рослини, наприклад, трави, які менше потребують зрошування та добрив, проти кукурудзи, яку треба сіяти щороку.
Ось чому компанія “Серес” — приватний постачальник генетичних технологій для компанії “Монсанто” — бачить майбутнє за прутоподібним просом (Panicum virgatum). Теплиці компанії заповнено різновидами високих, неоковирних трав’яних рослин, деякі з них отримали за допомогою традиційної селекції, а деякі — генної інженерії.
Трави мають бути високоврожайними, протистояти посухам або легко розкладатися в технологічному процесі виробництва етанолу.
Компанія “Серес”, що базується в м. Таусенд Оукс, шт. Каліфорнія, не працює з “Монсанто” над вивченням прутоподібного проса, а співпрацює з Нобелівським фондом Семюела Роберта в м. Ардмор, шт. Оклахома, — провідним дослідницьким інститутом фуражних трав. Партнери вже тестують сорти цієї культури, які одержали з допомогою звичайної селекції. Врожайність такого прутоподібного проса становить 20–23 т/га порівняно з 12 т/га звичайного.
Компанія “Мендель Байотекнолоджі”, м. Хейуорд, шт. Каліфорнія, досліджує міскантус — багаторічну траву родом із Китаю. Компанія запевняє, що врожайність міскантусу може становити понад 50 т/га щорічно. “Ніякої сівби, зрошення, добрив”, — говорить директор компанії Кріс Сомервілль, директор відділення біології рослин Інституту Карнегі, професор Стенфордського університету. — Вам потрібно лише щорічно косити траву протягом 10 років”.
Іншим “кандидатом у джерело клітковини” є тополя — перше дерево, геном якого було нещодавно повністю розкрито.
Спочатку високоврожайні джерела клітковини можуть бути одержані з допомогою традиційної селекції, кажуть експерти. Але пізніше може виникнути потреба у використанні генної інженерії. Це збільшує занепокоєння, оскільки трави та дерева довше живуть і поширюються значно легше, ніж модифіковані рослини, такі як кукурудза та соя.
І все ж, енергетичні культури можуть прислужитися галузі для того, щоб вона змогла показати себе суспільству в усій своїй красі. “Зрештою, — пише журнал “Нейчур байотекнолоджі”, — важко протистояти технології, яка допоможе врятувати планету”.

Ендрю Поллак,
“Нью-Йорк Таймс”