18–19 сентября в Москве состоялась конференция «Постгеномные технологии», приуроченная к 100-летию со дня рождения академика Г.К. Скрябина. Организаторами мероприятия выступили Российская Академия наук, научный совет по биотехнологиям РАН, ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологий» РАН, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН.
Академик В.А. Тутельян, главный научный сотрудник ФГБУН «ФИЦ Питания и биотехнологий» сделал доклад на тему «Современная биотехнология в производстве пищи: проблема биобезопасности». В.А. Тутельян напомнил собравшимся, что наша страна в свое время стояла у истоков промышленной биотехнологии и была мировым лидером в этой части. В области медицины это направление возглавлял академик А.А. Покровский, в области сельского хозяйства и животноводства - академик Л.К. Эрнст, в области производства и создания производственных мощностей - академик В.А. Быков. А академику Г.К. Скрябину удалось объединить все усилия и создать колоссальный прорыв в развитии промышленной биотехнологии в Советском Союзе.
«В Институте питания, где я практически всю жизнь работаю, по указанию академика Скрябина была создана специальная лаборатория, которая объединяла порядка 70 человек, - рассказал В.А. Тутельян. - Это был очень масштабный проект, сопоставимый, не побоюсь сказать, с атомным проектом, потому что более 70 научно-исследовательских институтов всех ведомств объединились для решения этой задачи, и руководил всей этой работой Георгий Константинович Скрябин».
В период с 1964 по 1990 годы происходило интенсивное развитие промышленной биотехнологии. Работали 11 заводов, дающие 1,5 млн тонн кормового белка. Это обеспечивало 100% потребности, в первую очередь птицеводства и животноводства. Производство аминокислот, витаминов, других ингредиентов также обеспечивало 100%-ю потребность Советского Союза. При этом во главе угла всегда стояли проблемы безопасности, поэтому все научно-исследовательские институты медицинского профиля работали в этом направлении, в том числе, Институт питания.
«Сейчас трудно сказать, какое количество исследований было проведено, - рассказал В.А. Тутельян, - какое количество животных и людей участвовало в работе по доказательству безопасности. Один из них - это я, когда, будучи аспирантом, с удовольствием переходил из здания института на другую сторону, где тогда была столовая (сейчас её уже нет), и нас полгода кормили продукцией микробиологического синтеза, трансформированной через животных - кур, свиней и так далее. При этом нас детально изучали, изучали биохимические и все прочие параметры для того, чтобы доказать абсолютную безопасность. Пока, как видите, жив».
Упражнение с граблями. Заход третий
Но в начале 90-х, по словам докладчика, мы наступили на грабли второй раз. Первый раз - в 1948-м году, когда генетику объявили лженаукой, второй раз - в 1994 году, когда была уничтожена собственная биотехнология. «К чему мы пришли в уже ближайшее время? - напомнил академик. - Кормовой белок - ноль, и тут же упало все птицеводство, и мы начали закупать «ножки Буша». Полностью прекратилось производство витаминов, и сейчас ни одного грамма своих субстанций у нас не производится. Это преступление! Нет аминокислот - мы их полностью закупаем в Китае и Японии. А это что такое? Это, в первую очередь, парентеральное питание, необходимое при катастрофах, военных конфликтах - без этого мы просто не выживем. Стоит только санкциями или другими мерами перекрыть эти поставки, и мы останемся без всех этих жизненно необходимых продуктов».
Однако сейчас, по словам академика В.А. Тутельяна, мы переживаем эпоху Возрождения. Учреждена Комиссия РАН по генно-инженерной деятельности. Сформирована законодательная и нормативная база, принят целый ряд законов, которые позволяют проводить исследования и пытаться догнать зарубежных лидеров. «Авторские коллективы, принимавшие активные участие в разработке этих законов, - последователи и ученики Г.К. Скрябина», - подчеркнул В.А. Тутельян.
Многие технологии сегодня кажутся фантастикой. Так, начинаются интенсивные исследования по созданию ГМ-животных, птицы, рыбы с заданными полезными свойствами. Институт биологии гена выращивает ГМ-коз, вырабатывающих человеческий лактоферрин, а в Институте животноводства создаются гибриды животных, способные предотвращать многие человеческие заболевания. При этом на первом месте по важности стоит биологическая оценка безопасности ГМО-животного.
«Есть риск, что путем запрещений такого рода разработок мы в третий раз наступим на те же грабли, - подытожил В.А. Тутельян. - Нужно ли это делать? Мы активно работаем на уровне Государственной думы, там есть немало людей здравомыслящих, которые понимают, что если мы сейчас отстанем, то мы отстанем уже навсегда, и это будет преступление перед народом. Развитие современного сельского хозяйства, животноводства, медицины без использования биотехнологий бесперспективно. Это много шагов назад, и мы их делать не должны».
Питаться, чтобы выжить
Академик В.А. Быков сделал доклад на тему «Метаболомика и липидомика в постгеномной биотехнологии». Валерий Алексеевич напомнил собравшимся, что биотехнология во всем цивилизованном мире - это приоритетное направление научно-технического прогресса, использующее биообъекты и биопроцессы для целенаправленного воздействия на окружающую среду и получения полезных для человека продуктов, а также обеспечения контроля качества и оценки их безопасности.
«В базовые показатели качества жизни входит не только питание, но и воздух, и вода, и еда, в целом наше здоровье и среда обитания, - пояснил академик. - Биотехнология участвует в формировании всей совокупности этих проблем, направленных на улучшение качества и продолжительности жизни человека, повышение репродуктивного и трудового потенциала».
XX I век ознаменован замечательными событиями, связанными с развитием биотехнологии. Последняя волна революции здесь началась с 2000-го года, когда президент Клинтон выдвинул инициативу создания нанотехнологий, предполагающих манипуляции на атомарном и молекулярном уровне.
А для нас всё началось в 60-е годы прошлого века, когда возник вопрос, каким образом развиваться, чтобы обеспечить пропитание людям? Ведь в ХХ век человечество входит с народонаселением около миллиарда, а в ХХI век - 7,5, хотя на самом деле где-то 8. При этом сохранились все основные ресурсы земного шара. «О чем это говорит? - поставил вопрос В.А. Быков. - О том, что мы стоим на пороге нового технологического уклада, без которого разрешить проблему комфортного существования человека, видимо, не удастся».
Для наглядности докладчик представил слайд: если взять за основу 500 килограммов веса коровы, которая дает примерно 500 граммов белка в сутки, то такое же количество дрожжей в сутки дает уже 50 тонн микробного белка. Это рост на порядки. Вот почему биотехнология, опирающаяся на микроорганизмы как средства производства, является возможностью перехода к новому технологическому укладу для человечества.
Мы живём в море микроорганизмов
Член-корреспондент А.М. Боронин вспомнил о том, как рождался пущинский Институт биохимии и физиологи микроорганизмов, сегодня носящий имя Г.К. Скрябина. Процессом руководил сам академик Скрябин, и воспоминания о нём как об ученом, руководителе и человеке у всех сотрудников остались самые светлые и позитивные. Докладчик напомнил о том, что как ученый академик Скрябин был прежде всего микробиологом, и в этом плане главной его заслугой является развитие микробиологии в нашей стране. «В связи с этим я хочу напомнить, что мы в буквальном смысле живем в океане микроорганизмов, - сказал А.М. Боронин. - Несметное количество микроорганизмов окружает нас, находясь в воде, в морях, на суше, в растениях, животных. В одном гектаре почвы находится до 5 тонн биомассы микроорганизмов. Общая биомасса микроорганизмов на нашей планете превышает биомассу растений, насекомых, животных вместе взятых».
Биоразнообразие микроорганизмов огромно и удивительно. Поэтому одной из задач микробиологической науки является систематизация этого мира. Для этого пытались применять разные системы, но все они оказывались не слишком удобными. В 1977 году появилась работа Карла Вёзе: он предложил филогенетическую систему классификации, основанную на сравнении рибосом путем сравнения структуры 16S рРНК, которую по многим показателям можно рассматривать как некий хронометр эволюции, в том числе живого микроорганизма. Это открыло возможности для изучения и систематизации мира микроорганизмов и, в частности, открытия суперцарства архей, которые обитают в самых разных экосистемах, начиная от морских глубин и термальных источников. Методами биоинформатики были открыты локиархеи, у которых обнаружен цитоскелет и другие признаки фагоцитоза.
Дальнейшее развитие технологий позволило расширить эти исследования, в результате чего в самое последнее время произошли существенные изменения в нашем представлении об эволюционном древе.
«Наверное, нас ожидает еще много сюрпризов, и некоторые ученые говорят, что не исключено появление новых доменов в древе жизни, связанных с нахождением других организмов, - подчеркнул А.М. Боронин. - Эти исследования дают пищу для попыток понять эволюционные процессы, которые происходили и происходят до сих пор, причем зачастую прямо на наших глазах».
Микробиология на переднем крае науки
Всё это имеет не только огромную фундаментальную, но и прикладную пользу. Одним из таких примеров является исследование причины возникновения полирезистентных микроорганизмов, перед которыми оказываются бессильными самые современные антибиотики. Это представляет собой громадную медицинскую проблему, справиться с которой пока не удается. Именно микробиологи здесь находятся на переднем крае работы по расшифровке механизмов такого рода проблем и поиске путей их преодоления.
Еще один пример работы микробиологов - это хорошо известная история с Helicobacter pylori , за открытие которой в 2005 году была получена Нобелевская премия. В результате этой работы было показано, что этот микроорганизм ответственен за возникновение у человека язвы желудка. Дальнейшие исследования подтвердили это предположение и, более того, показали, что эта бактерия ответственна не только за язву, но и за развитие рака желудка. Вот почему сегодня врачи рекомендуют практически всем пациентам с проблемами желудочно-кишечного тракта сдать соответствующий анализ: раннее обнаружение «враждебной» бактерии позволяет успешно предотвратить самые тяжелые последствия.
Но в то же время самые последние исследования выявили, что наличие Helicobacter pylori снижает риск возникновения астмы. А отсутствие его ведет к увеличению риска заболевания гастроэзофагеальным рефлюксом и аденокарциномой. То есть мы видим всю сложность поведения и многообразие свойств микроорганизмов.
Поэтому сегодня стоит вопрос о дальнейшем исследовании микробиома человека с целью выяснения всех его функций и определения роли отдельных микроорганизмов, влияющих на жизнь человека.
«Мы все знаем, что микроорганизмы способствуют перевариванию пищи, выделяют определенные витамины, участвуют в становлении, развитии и поддержании иммунной системы, - напомнил А.М. Боронин. - Они в известной мере пытаются оградить нас от заболеваний путём борьбы с патогенами либо путём простой конкуренции. Это сложный мир, намного более древний и, возможно, разнообразный, чем наш, и наша задача - попытаться в нем разобраться, чтобы на основе научных данных перейти к новому поколению пробиотиков, способствующих стабилизации микробиома или его поправкам в случаях, когда он выходит из равновесия под действием тех же самых антибиотиков. Ведь не секрет, что большое количество используемых антибиотиков и неумеренное их употребление становятся причиной ряда серьезных нарушений в работе ЖКТ. Можете представить себе, какой стресс испытывает наш микробиом и какие могут быть последствия. А последствия могут быть самыми тяжелыми. Скажем, в толстой кишке может появиться один из видов пластидов, который приводит к заболеванию, способному окончиться летальным исходом».
По словам докладчика, мы недооцениваем влияние на нас мира микроорганизмов. В последнее время появляются данные о том, что микробиология влияет не только на наше физическое здоровье, но и на поведение, и на психику, и даже на религиозность человека. Поэтому изучение биологии микроорганизмов - это ключ к пониманию природы глобальной экосистемы, подчеркнул А.М. Боронин.
Собравшиеся также вспомнили Г.К. Скрябина, его неоценимый вклад в развитие отечественной биологической науки, многолетнюю службу на посту Главного Ученого секретаря Академии наук, удивительную работоспособность, дружелюбие и неистощимую жизненную энергию, которой он обладал. По мнению всех собравшихся, именно такие люди, как Г.К. Скрябин, делают историю страны, приумножают её научное и человеческое достояние. По словам председателя конференции академика М.П. Кирпичникова, Г.К. Скрябин был не просто выдающимся ученым, но и выдающимся гражданином своей страны. Именно такие люди и делают свою страну по-настоящему великой.
Наталия Лескова
В последнее десятилетие термин «биотехнология» все чаще появляется в заголовках новостей, а открытия в этой области становятся причиной для жарких споров. Действительно, свое наибольшее развитие наука получила именно в последние годы, и этому в большей степени способствовал технический прогресс, но в повседневной жизни биотехнология используется на протяжении многих веков.
История развития биотехнологии
С древнейших времен биотехнология применялась человеком для изготовления вина, в сыроварении и других вариантах приготовления пищи. Биотехнологический процесс, а именно брожение, использовался еще в древнем Вавилоне для производства пива. Об этом свидетельствуют найденные при раскопках записи на дощечках. Но, несмотря на активное использование этих методов, процессы, лежавшие в основе этих производств, оставались загадкой.
Луи Пастер в 1867 году говорил, что такие процессы, как сквашивание и брожение, есть ничто иное, как итог жизнедеятельности микроорганизмов. Эдуард Бухнер дополнил эти предположения, доказав, что катализатором является бесклеточный экстракт, который содержит ферменты, вызывающие химическую реакцию.
Позже были сделаны сенсационные по тем временам открытия, которые помогли сформировать данную науку в современном ее понимании:
- 1865 год австрийский монарх Грегор Мендель представил свой доклад «Опыты над растительными гибридами», где были описаны закономерности передачи наследственности;
- в 1902 году Теодор Бовери и Уолтер Саттон высказали предположение о том, что передача наследственности напрямую связана с хромосомами.
Годом появления термина стал 1919, после публикации манифеста венгерским агроэкономистом Карлом Эреки. Основываясь на имеющиеся в то время данные, под термином биотехнология подразумевалось применение микроорганизмов для ферментации продуктов питания.
Но, как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке знаний, в случае биотехнологии, объединились пищевая и нефтеперерабатывающая промышленность. В 1970 году на практике была опробована технология производства белка из отходов нефтепромышленности.
Что такое биотехнология: термин и основные виды
Биотехнология – наука о способах создания различных веществ с использованием естественных биологических компонентов, будь-то микроорганизмы, животные или растительные клетки. По сути, это манипулирование живыми клетками для получения определенных результатов.
Основными направлениями развития науки являются:
Биоинженерия – дисциплина, направленная на расширение знаний в области медицины (лечение, укрепление здоровья) и инженерии
Биомедицина – узкоспециализированный раздел медицины, который с теоретической точки зрения изучает строение человеческого организма, диагностику патологических состояний и возможности их коррекции. Раздел медицины, занимающийся контролем и лечением биологических систем живых организмов на молекулярном уровне, называется наномедициной.
Гибридизация — процесс получения гибридов (растений, животных). В основе лежит принцип получения одной клетки (устойчивой к тем или иным условиям) путем объединения других клеток.
Сейчас у нас уже есть средства необходимые для того, чтобы прожить достаточно долго до тех пор, пока мы не станем бессмертны. Можно агрессивно применять существующие знания, чтобы кардинально замедлить процессы старения, и оставаться в жизнеспособном состоянии до того момента, когда станут доступны совершенно радикальные терапии по продлению жизни с помощью био- и нанотехнологий.
Ray Kurzweil (изобретатель, футуролог)
Высшим достижением биотехнологии является генная инженерия. Генная инженерия – совокупность знаний и технологий получения РНК и ДНК, выделения генов из клеток, осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы. Это «управление» геномом живого существа или растения с целью получения заданных свойств. Например, руководствуясь знаниями в области генной инженерии, китайские ученые планируют массово применять метод «исправления» генома людей с онкологическими заболеваниями. Однако, запускать полномасштабные проекты пока никто не спешит, т.к. на сегодняшний день невозможно спрогнозировать последствия для организма в долгосрочном периоде.
Особого внимания заслуживает клонирование. Под этим процессом понимают появление нескольких генетических идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. На сегодняшний день были клонированы не только растения, но и несколько десятков видов животных (овцы, собаки, кошки, лошади). О фактах клонирования человека пока нет данных, хотя, по мнению ученых, с технической стороны – к процессу все готово. Именно эти разработки стали самыми противоречивыми и обсуждаемыми мировой общественностью. Дело не только в вероятности получения неполноценных людей, но и в этической и религиозной стороне вопроса.
Сфера применения
Принципы биотехнологических процессов внедряют в производство всех отраслей:
- пищевая промышленность. Производство алкоголя, аминокислот, ферментов безвредным для окружающей среды способом, называется белой биотехнологией.
- химическая или фармацевтическая. Это направление еще называют красной биотехнологией. Биотехнологи разрабатывают усовершенствованные лекарственные препараты, вакцины и сыворотки против болезней, которые ранее считались неизлечимыми. В западных странах и в частности в Австрии наука пользуется большой популярностью и активно используется для диагностики различных заболеваний (биосенсоры, чипы ДНК).
- переработка и утилизация отходов (биоремедиация). Методы серой биотехнологии используются для санации почв, очистки канализационных стоков и отработанного воздуха.
- сельское хозяйство. Зеленая биотехнология позволяет ученым создавать образцы культурных растений, которые способны противостоять болезням и грибкам, с высоким уровнем урожайности вне зависимости от климатических условий (во время засухи). Кроме того, ученые научились использовать определенные ферменты, которые превращают целлюлозные отходы сельского хозяйства в глюкозу, а после в топливо.
Основной целью клеточной инженерии является культивирование животных и растительных клеток. Открытия в области клеточной инженерии позволили контролировать и регулировать продуктивность, качество, устойчивость к заболеваниям новых форм и линий животных и растений.
Инвестиции и развитие
Хотя биотехнологию сложно назвать «молодой» наукой, именно сегодня она находится в начале своего развития. Направления и возможности, которые открываются благодаря развитию этих знаний, могут быть бесконечными. Могут, если получат должное финансирование и поддержку. Основными инвестиционными участниками направления являются сами инженеры и биотехнологии, и это вполне объяснимо. Сегодня предлагается не сам продукт, а скорее идея, и возможные методы ее реализации.
И для осуществления этой задумки нужны десятки и сотни экспериментов, опыты и дорогостоящее оборудование. Не каждый инвестор готов идти только за идеей, рискуя своими вложениями. Но ведь не все верили и в мобильную связь, а сегодня она повсюду.
На данный момент число крупных компаний, занимающихся биотехнологическими разработками, невелико. К таковым относятся:
- Illumina (генетические исследования, анализы, технология ДНК-микрочипов),
- Oxford Nanopore (разработка и продажа продукции для взаимодействия с ДНК),
- Roche (фармацевтическая компания),
- Editas Medicine (адаптацией лабораторных методик редактирования генов к широкомасштабному применению в больницах),
- Counsyl (предложила недорогой метод автоматизированного анализа ДНК для последующего использования данных в лечении).
По мнению экспертов, наиболее привлекательным направлением для инвестиций в биотехнологию являются компании, занимающиеся секвенированием. Это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Расшифровка ДНК данных (секвенирование), дает возможность идентифицировать участки, которые отвечают за наследственные заболевания, и устранять их. Как только процесс будет доведен до совершенства, люди смогут не лечить симптомы, а избавляться от болезни. Это перевернет наше представление о диагностике, и принесет большие дивиденды тем, кто сумеет рассмотреть потенциал компании еще на этапе идеи.
Биотехнология: добро или зло?
Уже сегодня население планеты сталкивается с проблемой нехватки продуктов питания, и если численность людей продолжит расти, то в ближайшем будущем ситуация может стать критической. Знания о том, что такое биотехнология и как ее применять, помогают получать максимальные результаты урожайности, вне зависимости от внешних факторов. И эти достижения нельзя сбрасывать со счетов. Кроме того, неоспоримым доказательством пользы науки является изобретение антибиотиков, которые позволили контролировать, а в некоторых случаях и полностью искоренять, сотни болезней.
Но далеко не все оценивают науку однозначно. Существуют опасения, что отсутствие контроля может привести к необратимым последствиям. Например, уже сегодня продукты биотехнологии, такие как стероиды для спортсменов, становятся причиной для преждевременных сердечных патологий. В погоне за созданием супер-человека, победившего старость и болезни, общество рискует потерять свое естество.
Мы не остались жить в пещерах. Мы не остаемся в пределах нашей планеты. С помощью биотехнологии, генетического секвенирования, мы даже не собираемся ограничиваться рамками самой биологии.
Jason Silva (оратор, философ, телезвезда).
Развитие биотехнологии стало таким стремительным, что мировые государства столкнулись с проблемой отсутствия контроля на правовом уровне. Это стало причиной приостановления многих проектов, поэтому пока о клонировании человека и победе над смертью говорить преждевременно, и два конфронтационных лагеря могут беспрепятственно поддаваться философским размышлениям.
Вступление России в ВТО, сметая искусственные ограничения и защитные барьеры, обнажает основной вопрос российского животноводства: слабость кормовой базы. Основная причина ее – климат.
Россия – самая северная из великих держав, продолжительность сельскохозяйственного года у нас значительно меньше, чем в любой стране Европы или Америки. В доиндустриальную эпоху это вело к тому, что основная масса крестьянского скота в России держалась не для получения мяса или молока, а для навоза. Навозное животноводство – такой интересный феномен существовал в царской России. В СССР успехи агрономии и агрохимии привели к созданию индустриального животноводства, но кормовой вопрос решен не был, скот кормили на 90% фуражным зерном с низким содержанием белка, недостаточно богатого по аминокислотному составу и, в частности, лизину, в отличие от бобовых, особенно сои. Своей сои в России никогда недоставало по природным причинам – это теплолюбивое и южное растение. В неполноценном (несбалансированном) виде даже в конце 80-х годов использовалось более 42 процентов всех концентрированных кормов, а еще четверть была не сбалансирована по отдельным компонентам. Более того, еще в 2010 году в непереработанном виде было использовано более половины из общего количества зерна, предназначенного для кормов. Поэтому расход зерна на тонну комбикормов в СССР был более чем вдвое выше, нежели в Голландии, а коэффициент конверсии кормов в животные белки достигал 8. В современной России в последние годы на основе импорта западных технологий созданы новейшие свиноводческие и птицеводческие комплексы, строится несколько крупнейших комплексов по крупному рогатому скоту, но кормовой вопрос по-прежнему не решен. Если лучшие западные производители достигают коэффициента конверсии 2,2-2,5, то лучшие российские – «чуть больше трех», а Минсельхоз использует для расчетов цифру «5». При этом мы не можем конкурировать с западными производителями мяса за счет более дешевого выпаса скота на открытом воздухе (как делают Бразилия и Аргентина)– напротив, продолжительность стойлового зимнего содержания в России больше, чем в западных странах.
Очевидно, что при всех прочих равных (которых на самом деле нет) – при одинаковом уровне управления, технологии, подготовки персонала, контроля качества и т.д. – российское животноводство проиграет конкурентную борьбу западному из-за кормов, стоимость которых составляет 70% в конечной стоимости мясо-молочной продукции. И при этом у России нет возможности решить «кормовой вопрос» в рамках традиционных подходов. Фуражное зерно, которого у нас в изобилии, в естественном виде не годится для сбалансированного корма, соя у нас никогда не будет расти так, как она растет в США или Бразилии. Поэтому перспективы, открывшиеся после вступления в ВТО, пугают наших животноводов. Крупнейшие отечественные производители – «Черкизово», «Мираторг» и другие – уже начали борьбу за повышение эффективности производства.
Эта борьба, ведущаяся в рамках традиционного пути развития животноводства, в стратегической перспективе обречена. В России нельзя вырастить столько сои, чтобы заменить фуражное зерно. Нельзя основать прочное конкурентоспособное на мировом рынке животноводство на базе импортной сои и соевого шрота, так как потребление сои в мире растет опережающими темпами. Во-первых, все больше поглощает Китай. Во-вторых, все больше растительных кормов идет на производство биотоплива. Наконец, нельзя создать современные корма на основе фуражного зерна, просто добавляя в него недостающие аминокислоты, – в сравнении с соевыми комбикормами такие корма все равно будут дороже, а значит, и мясо, полученное на их основе, – менее выгодным.
Поэтому в СССР попытались пойти нетрадиционным путем, создав альтернативный растительному источник кормового белка, получая его микробиологическими методами на основе парафинов нефти. Это был грандиозный проект, по значимости сравнимый с атомным, но он не был завершен, а в годы перестройки первым попал под уничтожение – даже раньше, чем наши ракеты и наш подводный флот.
Но путь, проложенный лабораториями и заводами Минмикробиопрома СССР, остался. И он – единственный шанс России создать конкурентоспособное животноводство в условиях открытого рынка ВТО.
Микробиологическая промышленность – путь к светлому будущему
Речь идет не о повторении советского опыта с производством кормового белка из парафинов нефти. С 1960-х–1970-х гг. и нефть значительно подорожала, и экологические требования к производству ужесточились, и микробиология шагнула далеко вперед. Для получения одной тонны белка необходимо 2,5 тонны углеводородного сырья, что при цене нефти в $110 за баррель невыгодно. Поэтому вместо глубинной ферментации на водной основе, использовавшейся при производстве паприна, современная микробиология предлагает различные методы твердофазной ферментации биомассы органического происхождения (растительных остатков, отходов пищевой промышленности и т.д.). Например, в России сейчас очень развито пивоварение, на производство пива идет российский ячмень – один из малоэффективных фуражных кормов, а остающаяся после пивоварения пивная барда – ценный субстрат для переработки микробиологическими методами в кормовой белок. Вполне реально производить из него комбикорма, конкурентоспособные по цене и качеству с комбикормами, созданными на основе импортного соевого шрота.
Для того чтобы превратить российское фуражное зерно – низкосортную пшеницу, рожь, ячмень и т.д., – а также используемые в качестве неэффективных заменителей сои рапс, подсолнечник, свекловичный жом и др. из слабого места кормовой базы российского животноводства в его основу, – надо пропустить его через микробиологическую промышленность.
Это недешевое удовольствие. Стоимость микробиологического завода начинается от 5 миллиардов рублей, причем стоимость «железа» – оборудования – и стоимость «науки» – штамма микроорганизма, который, собственно, и будет перерабатывать отходы в нужную продукцию, – примерно одинаковы. Еще дороже фармакологическое направление микробиологии. Чтобы довести препарат от стадии молекулы до запатентованного лекарства, у гигантов мировой фармакологии уходит 10-15 лет и порядка одного миллиарда долларов. В России нет ни одной фирмы, способной это сделать. После того как тридцать лет назад было принято решение об отказе от государственной поддержки микробиологической промышленности, наша страна выпала из мирового процесса развития биотехнологий. Заводы по производству кормового белка разрушили, гидролизные заводы влачили жалкое существование, изготовляя фальсифицированные спиртные напитки, но в последние годы и они стали закрываться из-за ужесточения государственной политики в области контроля за алкоголем. Сохранившиеся институты и лаборатории продолжают исследования, но результаты этих исследований не коммерциализируются, поскольку они не инвестируют средства в развитие новых продуктов на рынке, а конкурировать с ведущими мировыми компаниями на условиях «равных возможностей» они не в состоянии. Выпуск биотехнологической продукции осуществляется малыми партиями, для этой цели используется лабораторное оборудование, которое фактически не предназначено для этих целей. В результате более 80 процентов биотехнологической продукции, которая потребляется в России, является импортом, а объемы потребления биотехнологической продукции в России остаются несопоставимо низкими по сравнению как с развитыми, так и с развивающимися странами.
Третья волна «зеленой революции»
Россия полностью «проспала» биотехнологическую революцию, стремительно разворачивающуюся в мире. Член-корреспондент РАН В.Г.Дебабов, директор института генетики и селекции микроорганизмов, еще в 2005 году говорил о третьей волне биотехнологической революции. Первая волна – лекарства: инсулин, гормон роста и другие вещества, вторая – генноинженерные растения, которые завоевывают мир, а третья – микробиология. В нашей стране нет ни первой, ни второй, ни третьей волны этой революции.
Безусловный лидер в развитии биотехнологий – США. В 2001 году там была принята программа, в соответствии с которой американцы собираются к 2025 году 25% химической промышленности перевести на растительное сырье. США к 2030 году будут получать 30% топлива для своих автомобилей микробиологическими методами из растительного сырья (зерновые, прежде всего соя и кукуруза, и переработка целлюлозы). Масштабные усилия по развитию биотехнологий предпринимают в ЕС, вероятность того, что биомасса превысит в энергетическом балансе Европы 10% к 2020 году очень высока. В последние десятилетия в научно-техническую гонку в области микробиологии включились Китай, Бразилия, Индия.
Важность «биореволюции» в науке и технологиях трудно переоценить. Член Римского клуба и автор книги «Фактор 5» Эрнст фон Вайцзеккер считает, что только биотехнологии позволят человечеству преодолеть тупик индустриального роста, подчеркнутый кризисом 2008 года. Новый кондратьевский цикл подъема может быть только «зеленым» – или он не состоится.
Положение нашей страны в этой сфере сейчас близко к критическому. Импортируется 100% кормовых аминокислот для сельского хозяйства (лизин), до 80% кормовых ферментных препаратов, 100% ферментов для бытовой химии, более 50% кормовых и ветеринарных антибиотиков, 100% молочной кислоты, от 50 до 100% биологических пищевых ингредиентов. На российском рынке уже 20 лет представлена продукция ведущих биотехнологических компаний мира, но ни одна из этих компаний не организовала свое производство в России. Мировой рынок биофармацевтических препаратов в 2010 году составил около 161 млрд долларов США, и он стремительно растет – в 2015 году его объем ожидается в 264 млрд долларов США. Доля России – $2,2 миллиарда, причем на 80% наш лекарственный рынок заполнен импортом. Биополимеров, которые, по оценкам экспертов, в ближайшем будущем вытеснят 90% полимеров, получаемых химическим путем, – в России не производят вообще. Биотоплива – тоже, хотя в США под шум споров о пользе этанола и биодизелей построили и запустили в 2009 году 40 заводов по производству биотоплива. Биопрепараты для сельского хозяйства – ферменты для кормопроизводства, биологические средства защиты растений и стимуляторы роста растений, силосные закваски, а также ветеринарные препараты для животноводства – в РФ тоже в основном импортные. Аминокислоты – импортные (сохранилось только грязное производство метионина в Волжском). Про генетический материал для животноводства и говорить не приходится.
Основу развития современного мира составляет триада информационных технологий, нанотехнологий и биотехнологий. В РФ не очень хорошо со всеми тремя компонентами, но особенно – с биотехнологиями. Если существующие сегодня негативные тенденции сохранятся, Россия окажется только потребителем на мировом технологическом рынке и будет вынуждена затрачивать огромные ресурсы на импорт новых отраслей. Масштабы этого технологического импорта могут быть сопоставимы с импортом индустриальных технологий в 30-е годы прошлого века. Задерживаясь в развитии и внедрении биотехнологий по целому ряду отраслей и рынков, российская промышленность рискует оказаться за чертой современного технологического уклада, который складывается в мире последние 15-20 лет.
Био -2020
Правительство РФ начало предпринимать меры для преодоления сложившегося положения. Для стимулирования развития фармацевтики принята программа «Фарма 2020», предусматривающая меры по созданию производства лекарственных препаратов в России и замещению импорта. Естественно, это невозможно без развития микробиологии на самом высоком научно-технологическом уровне. 4 апреля 2012 года Председатель Правительства РФ В.В.Путин утвердил проект Государственной координационной программы развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года – «БИО2020». Стратегической целью координационной программы «БИО2020» является создание в России глобально конкурентоспособного, развитого сектора биотехнологий, который, наряду с наноиндустрией и индустрией информационных технологий, должен стать базой модернизации и построения постиндустриальной экономики. Финансовое обеспечение программы предполагается за счет средств федерального бюджета, региональных и местных бюджетов, а также внебюджетного финансирования. Целевой объем ресурсного обеспечения программы «БИО2020», по экспертным оценкам, за весь период ее реализации должен составить 1 триллион 178 млрд рублей.
Стратегическими приоритетами в программе «БИО2020» заявлены создание условий для развития конкурентоспособных крупнотоннажных производств ферментов, биотехнологическое производство аминокислот (в настоящее время в разных регионах РФ уже строится несколько заводов по производству лизина), организация производства глюкозофруктозных сиропов, производство субстанций антибиотиков (когда-то СССР делил с США 1-2-е место по объему такого производства, сейчас в РФ его нет), создание биотехнологических комплексов по глубокой переработке древесной биомассы, строительство заводов по глубокой переработке зерна.
Последнее – как раз то, о чем я говорю в качестве идеи для создания современной кормовой базы в России. В «БИО2020» говорится: «Развитие в России глубокой переработки зерна позволит производить высокотехнологичные продукты, спрос на которые на мировом рынке с каждым годом растет. Дальнейшее углубление переработки в сторону производства биотехнологических продуктов с высокой добавленной стоимостью будет способствовать решению проблем с рынками сбыта зерна: на российском рынке востребованы аминокислоты и корма, в Европе растут потребности в экологических биопластиках, на рынках Азии востребованы продукты биохимии, например, биобутанол. Более 10 проектов строительства заводов по глубокой переработке зерна находятся на разной стадии реализации».
Кормовой белок также выделен в приоритетное направление. «Комплексом мероприятий будет предусмотрено развитие производства кормового белка в России и создание новых научно-технических заделов, совершенствующих технологии его производства и виды использования».
Наконец, почти слово в слово совпадает со сформулиро ванными в моих предыдущих статьях мыслями раздел программы, посвященный биологическим компонентам кормов и премиксов: «Современный уровень технологий кормления сельскохозяйственных животных опирается на широкое применение биологических компонентов (ферменты, аминокислоты, БВК, пробиотики и другие). В результате развития животноводства в России, которое в основном опирается на импорт технологий и поголовья, сформировался емкий рынок этих продуктов биотехнологии.
Однако формирование рынка не привело пока к развитию производственной и технологической базы, появлению новых продуктов, созданных на основе научных достижений российских ученых.
В 2010 году в животноводстве в качестве кормов было использовано 45 млн тонн зерна, что говорит о крайне низкой эффективности кормопроизводства в стране. Доля зерна в комбикормах составляет 70% (в странах ЕС – 40-45%). Кроме того, в непереработанном виде было использовано более половины из общего количества зерна, предназначенного для кормов. Важно отметить, что производство комбикормов и премиксов в значительной степени ведется без использования биопрепаратов (ферментов, ветеринарных и кормовых антибиотиков, пробиотиков и так далее). При таком кормлении конверсия корма в получение животноводческой продукции существенно отстает от мировых показателей, что снижает конкурентоспособность российского животноводства. Комплексом мероприятий будут созданы условия для развития производственной и технологической базы биотехнологических компонентов кормов и премиксов».
Преимущества дна
Несмотря на удручающее состояние с биотехнологиями, в нем же имеются важные преимущества, которые могут быть использованы Россией для успешного подъема. Во-первых, мы на дне, но это не первобытное дно – мы туда упали. У нас есть представление о месте, которое занимал в микробиологии СССР, есть кадры, которые создавали советский микробиологический проект, есть научные школы и амбиции для осуществления рывка, которых нет и не может быть у слаборазвитых и отсталых стран.
Во-вторых, в РФ имеется уникальная ресурсная база для «зеленой революции». У нас есть очень большое количество низкосортного фуражного зерна, которое, по большому счету, никому не нужно, и поэтому дешево. При этом рассчитывать, что наше сельское хозяйство быстро сумеет перейти к более высокому уровню производства, не приходится. Кроме того, в России громадное количество бросового сырья – отходов, которые не то что ничего не стоят, но требуют затрат на свое уничтожение и захоронение. В агропромышленном комплексе страны в 2010 году было «произведено» 68 миллионов тонн отходов, из которых уничтожено и обезврежено всего 18 млн тонн (28% – для сравнения: в ЕС утилизируется 64% сельскохозяйственных отходов). В пищевой промышленности в год создается 25 миллионов тонн отходов, из которых перерабатывается менее половины (11,4 млн т – 45%). Между тем биотехнологии на базе микробиологии позволяют полностью упразднить такое понятие, как «отходы», применительно к этим отраслям – все, что идет в отвал в сельском хозяйстве, лесной и пищевой промышленности, может быть полезным сырьем для микробиологического производства. Например, пленку для упаковки и волокна для изготовления нитей, тканей и одежды можно делать из биоразлагаемого полилактата, который производят из молочной кислоты, в свою очередь, получаемой микробиологическими методами из отходов зерноводства – в США на эти цели идет чтобы собирать и свозить солому, – значит, нужны дороги, склады и т.д. Они считают, что затратят на это около 10 млрд долларов, но зато, когда все заработает (примерно к 2020 году), фермеры станут ежегодно получать 20 млрд долларов дополнительного дохода, так как будут продавать не только вершки, но и корешки. Выгодно и полезно для окружающей среды – изношенная майка, выброшенная на компостную кучу, через три месяца превратится в углекислый газ и воду.
Наличие дешевых, часто дармовых ресурсов и возможность быстро подготовить квалифицированные местные кадры не только для работы на микробиологических заводах, но и для научных разработок в лабораториях, дают России преимущества «позднего старта» – начав сейчас, при условии вложения достаточных средств мы можем сразу внедрить новейшие разработки и опередить страны, уже отягощенные быстро устаревающей технологической базой.
«Уровень развития технологий и технической базы в России подсказывает, что нам лучше всего уделять внимание развитию научно-технической составляющей. Это прежде всего институты, студенты, исследовательские лаборатории и инфраструктура, позволяющая довести разработку от стадии молекулы до как можно более глубокой стадии», – говорит Геннадий Ширшов, исполнительный директор Союза профессиональных фармацевтических организаций. Его слова полностью применимы и к сельскохозяйственной микробиологии. Объединив научно-образовательный потенциал страны с производством, еще можно стать одним из лидеров биотехнологической революции, как того требует программа «БИО2020».
И, слава Богу, в стране уже есть бизнес, способный понять и реализовать задачи, поставленные в программе. Сама «БИО2020» в интересующем нас разрезе написана участниками технологической платформы «Биотех 2030», объединяющей, в том числе, более 50 коммерческих организаций. Среди них – Микояновский мясокомбинат, ОАО «Корпорация Биотехнологии», ОАО «Росагробиопром» и другие.
Пытаясь ответить на вопросы «Кто мы? Откуда мы? Куда идём?», учёные выдвигают самые разные гипотезы. Прежде всего учёных интересует процесс возникновения Вселенной, включая возникновение планеты Земля и человечества. Однако загадка происхождения Вселенной не разгадана до сих пор. Все существующие на...(Человек и общество)
Будущее человечества
Россия в меняющемся мире Начало третьего тысячелетия характеризуется глубоким кризисом мировоззренческих оснований западноевропейской культуры. Экологическая, демографическая и другие глобальные проблемы, вставшие перед человечеством, подтверждают тот факт, что западная цивилизация исчерпала свой...(Философия)
Феномен глобализации и будущее человечества
В социально-гуманитарных науках прочно утвердилось представление о том, что современное общество живет в эпоху глобализации. Следует различать глобализацию как объективный процесс, который обусловлен запросами развития человечества как целого, а так же действия субъектов, акторов, которые, движимые различиями...(Основы философии)
БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Роль науки и техники в жизни современного общества трудно переоценить. Научно-техническая революция резко повысила благосостояние народов, которые в первую очередь воспользовались ее результатами (преимущественно в развитых странах). В этих странах была существенно снижена детская смертность и одновременно...(Философия)
Биотехнологии.
К биотехнологиям относятся: биогазовые технологии; производство этанола, бутанола, изо-бутанола; получение биодизельных топлив, жирных кислот, растительных углеводородов; производство биоводорода, получение тепловой энергии. Биогазовые технологии. Биогаз - смесь метана и углекислого газа -продукт метанового...(Биоэнергетика в современном и будущем сельскохозяйственном производстве. Продовольственная безопасность)
Медицинские биотехнологии
Медицинские биотехнологии подразделяются на диагностические и лечебные. Диагностические медицинские биотехнологии в свою очередь разделяют на химические (определение диагностических веществ и параметров их обмена) и физические (определение особенностей физических процессов организма). Химические...Сельскохозяйственные и экологические биотехнологии
В XX в. произошла «зеленая революция» - за счет использования минеральных удобрений, пестицидов и инсектицидов удалось добиться резкого повышения продуктивности растениеводства. Но сейчас понятны и ее отрицательные последствия, например насыщение продуктов питания нитратами и ядохимикатами. Основная...(Концепции современного естествознания)
