Polscy naukowcy szukają odmian roślin bardziej odpornych na suszę i trudne warunki. To ważne z powodu zmian klimatycznych i szybko rosnącej liczby ludności

– Dzięki poznaniu mechanizmów molekularnych i możliwości projektowania środków biologicznie czynnych będzie możliwe stworzenie odmian roślin uprawnych o zwiększonej odporności na suszę albo takich, które pozwolą przywrócić użyteczność ziem zanieczyszczonych metalami ciężkimi – mówi dr hab. Miłosz Ruszkowski z poznańskiego Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN, laureat nagrody naukowej AgroBioTop, przyznawanej za wybitny wkład w rozwój rolnictwa i nauk rolniczych. Jak wskazuje, do połowy tego stulecia ten sektor będzie musiał wyżywić już blisko 10 mld ludzi, tymczasem – ze względu na globalne ocieplenie – wielkość produkcji rolnej spada. Dlatego naukowcy muszą modyfikować albo poszukiwać nowych odmian roślin, bardziej odpornych na trudne warunki. Tym właśnie zajmuje się biologia strukturalna.

– Biologia strukturalna roślin daje nam wgląd w to, jak zbudowane są białka i inne cząsteczki, od których zależy funkcjonowanie każdej żywej komórki, każdego organizmu. Tę wiedzę możemy wykorzystać do projektowania nowych cząsteczek, które mogą modyfikować funkcjonowanie tych białek. A zastosowania tego mogą być wielorakie. To na przykład projektowanie nowych herbicydów. W tej chwili zmagamy się z problemem rosnącej odporności roślin na środki chwastobójcze, a globalne ocieplenie jeszcze bardziej go nasili, więc będziemy potrzebowali nowych związków tego typu – mówi dr hab. Miłosz Ruszkowski, kierownik Zakładu Biologii Strukturalnej Eukariotów w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu.

Biologia strukturalna roślin jest dziedziną nauki o ogromnym, choć jeszcze nie w pełni wykorzystanym potencjale. Poziom poznania mechanizmów molekularnych w komórkach roślinnych wciąż jest znacznie niższy niż w przypadku ludzi czy chociażby bakterii. Odkrywanie tych mechanizmów stwarza jednak ogromne możliwości projektowania nowych środków biologicznie czynnych. Te zaś można wykorzystać np. w celu uzyskiwania odporności roślin na stresy takie jak susza, zanieczyszczenie środowiska czy wysokie zasolenie.

– Wiedza o tym, jak zbudowane są białka, związane np. z regulacją odpowiedzi na suszę, pozwoli nam wprowadzać modyfikacje, które mogą poskutkować zwiększoną odpornością roślin. Możemy też poszukiwać odmian, które mają tego typu modyfikacje, i wdrażać je do użytku – mówi laureat nagrody AgroBioTop.

Dzięki badaniom z zakresu biologii strukturalnej roślin możliwe będzie tworzenie nowych odmian roślin uprawnych o zwiększonej odporności na trudne warunki, co z kolei przełoży się na wyższą ilość i jakość produkowanej żywności. Kolejną korzyścią jest też możliwość zagospodarowania nieużytków rolnych, zanieczyszczonych metalami ciężkimi.

– Możemy tworzyć lub poszukiwać takich odmian, które posłużą do fitoremediacji, czyli przywracania użyteczności ziem skażonych metalami ciężkimi czy innego rodzaju substancjami. Takie rośliny mogą oczyszczać glebę niejako poprzez „wysysanie” tych metali ciężkich. Po kilku rundach takiego oczyszczania grunty można przywrócić do użytku, oczywiście po ich wcześniejszym przebadaniu – tłumaczy dr hab. Miłosz Ruszkowski.

Jak podkreśla laureat nagrody AgroBioTop, biologia strukturalna pozwala zobaczyć to, czego nie widać nawet pod mikroskopem – naukowcy stosują coraz bardziej zaawansowane metody, aby zajrzeć do wnętrza cząsteczek, z których są zbudowane żywe organizmy.

– Wykorzystujemy np. metody krystalograficzne – czyli zaczynamy od tworzenia kryształów białek, którymi w danym momencie się zajmujemy, a następnie – używając promieniowania rentgenowskiego – możemy dokładnie, atom po atomie, zobaczyć, jak te białka są zbudowane. Ostatnimi czasy popularna staje się też metoda mikroskopii krioelektronowej. To bardzo silne powiększenie z użyciem już nie mikroskopu świetlnego, tylko elektronowego – mówi badacz z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu.

Odkrycia w dziedzinie biologii strukturalnej roślin mają kolosalne znaczenie dla rolnictwa zrównoważonego i produkcji rolnej. Ta zaś musi być coraz bardziej efektywna, ponieważ – zgodnie z prognozami ONZ – do 2050 roku rolnictwo będzie musiało wyżywić już w sumie 9,6 mld ludzi. Tymczasem globalne ocieplenie powoduje, że wielkość produkcji rolnej spada. Modele klimatyczne pokazują, że – zarówno w Europie, jak i na całym świecie – w kolejnych dekadach całe regiony staną się rolniczo niezdatne do zagospodarowania. Dlatego naukowcy muszą modyfikować albo poszukiwać nowych odmian roślin, bardziej odpornych na trudne warunki.

– Już w tej chwili na świecie jest prawie 8 mld ludzi, w związku z czym zapotrzebowanie na żywność jest coraz większe. Głównym problemem dla rolnictwa jest produkowanie coraz większej ilości żywności, żeby zaspokoić ten rosnący popyt – mówi ekspert.

Dr hab. Miłosz Ruszkowski został właśnie laureatem prestiżowej nagrody naukowej AgroBioTop. Wyróżnienie, przyznawane przez Komitet Biotechnologii Polskiej Akademii Nauk, honoruje młodych uczonych i ich dokonania z zakresu biotechnologii, które wybitnie przyczyniają się do rozwoju rolnictwa. Kapituła uhonorowała dr. hab. Miłosza Ruszkowskiego za badania w zakresie biologii strukturalnej roślin. 

Nagroda AgroBioTop, oprócz ogromnego prestiżu, ma także wymiar finansowy w wysokości 5 tys. euro, a jej fundatorem jest firma Bayer, która jest zarazem organizatorem kampanii #ThankYouScience. W ramach tej akcji można w social mediach (np. na profilu popularnonaukowym Baylab: https://www.facebook.com/BaylabPolska/) podziękować naukowcom  – w tym także dr. Ruszkowskiemu – za ich pracę i wkład w poprawę jakości życia codziennego.

– Akcje tego typu dodają nam skrzydeł. Pokazują, że pracujemy dla kogoś – i ten ktoś jest nam wdzięczny. Mowa tu oczywiście o całym społeczeństwie – nie tylko polskim, bo przecież badania naukowe są uniwersalne i międzynarodowe. Żyjemy w globalnej wiosce, gdzie rozwój w jednym miejscu za chwilę przenosi się na drugi koniec świata – mówi dr hab. Miłosz Ruszkowski. – Ważne jest pokazywanie, że to, co robimy, to nie odrealnione próby przelewania jednego roztworu w zlewce w inny czy realizowanie wyimaginowanych wizji. To są osiągnięcia, które powstają w odpowiedzi na problemy i pytania nurtujące nas wszystkich.