Найден способ сделать бумагу более экологичной

Бумажные изделия могут показаться идеальной «зеленой» технологией. Они пригодны для вторичной переработки, биоразлагаемы и возобновляемы. Их основной ингредиент, волокна целлюлозы, буквально растет на деревьях. Но отделение целлюлозы от других веществ в растении, таких как жесткий древесный материал, называемый лигнином, наносит большой ущерб окружающей среде.

Ежегодно бумажные фабрики производят миллионы тонн химических отходов и более 150 миллионов тонн выбросов парниковых газов. Однако генетики, используя инструменты редактирования генов CRISPR, вырастили искусственные тополя с гораздо меньшим содержанием лигнина, чем обычно. Они утверждают, что измельчение этих деревьев может снизить загрязнение окружающей среды при производстве бумаги и сэкономить отрасли миллиарды долларов.

Для производства бумаги сначала нарезают древесину на мелкие щепки, при этом чаще применяются тополя, благодаря их высокой скорости роста. После добавляется вода и химикаты для разрушиния жестких структур лигнина и отделения влажной массы из целлюлозных волокон, которые затем прессуют и сушат в бумагу. 

Простота редактирования генов CRISPR побудила исследователей попробовать новый способ сокращения количества легнина. Джек Ван и Родольф Баррангоу, биотехнологи из Университета штата Северная Каролина (штат Северная Каролина), и десятки их коллег построили компьютерную модель, чтобы предсказать, как одновременные изменения генов тополя, связанные с производством лигнина, могут повлиять на состав древесины, скорость роста и другие факторы.

После оценки почти 70 000 различных комбинаций редактирования генов они определили, что 99,5% этих изменений будут вредными. Но 347 комбинаций, каждая из которых включала в себя несколько отдельных генных изменений, по-видимому, безопасно повышали содержание целлюлозы, снижали содержание лигнина или и то, и другое, тем самым повышая потенциал деревьев в производстве бумаги.

Команда штата Северная Каролина использовала CRIPSR для изменения генов, связанных со 174 наиболее многообещающими комбинациями, а затем вырастила эти искусственные деревья в теплице. Через 6 месяцев у наиболее перспективных сортов содержание лигнина снизилось на 49,1%, а отношение целлюлозы к лигнину увеличилось на 228%. Команда сообщает, что если бы типичная бумажная фабрика использовала эти сорта, она могла бы увеличить выпуск бумаги на 40%, сократить выбросы парниковых газов на 20% и увеличить прибыль за весь срок службы примерно на 1 миллиард долларов. 

Новый подход не получится быстро применить в систему. Исследователям необходимо провести испытания, чтобы убедиться, что новые деревья могут расти до зрелости и противостоять погодным явялениям или вредителям.  Модифицированные деревья также должны пройти проверку у регулирующих органов.