Биотехнологии вчера и сегодня
Биотехнологии — изобретение далеко не XXI и даже не XX века. Примеры использования биологических систем в технологическом (производственном) процессе историки находят и в очень далеком прошлом. К примеру, процесс брожения с участием микроорганизмов применяли еще жители древнего Вавилона.
Что нас спасет в XXI векеОднако именно во второй половине прошлого века биотехнология заметно усложнилась: стала развиваться как прикладная отрасль, используя достижения других естественных наук. Без этих знаний не было бы возможно появление таких направлений как молекулярная биология или генетика. Новая ступенька развития биотехнологических отраслей нашла свое отражение и в терминологии — разделении биотехнологии на «старую» и «новую». Если первая — это производство спирта в процессе брожения обычных дрожжей, то биотехнология «новая» использует для этого дрожжи, улучшенные методами генной инженерии. Как результат — увеличивается выход спирта.
К XXI веку биотехнология подошла с полным основанием стать главной наукой, как минимум, на ближайшие сто лет.
Причина в том, что именно технологии с приставкой «био-» способны решить вопросы, актуальные как для конкретного человека, так и для всего человечества. «Очевидно, что у человечества сменилась парадигма. Главные ценности для людей сегодня — это хорошее здоровье и экология. И именно биотехнологии, стоящие на „плечах“ физики, химии и математики — других развитых в более ранние времена наук, и предлагают решение этих задач. Речь не только о каких-то будущих достижениях, а о конкретных уже полученных результатах — важные открытия в этой области происходят практически каждый день», — говорит заведующая кафедрой биофизики СФУ, доктор биологических наук, профессор Валентина Кратасюк.
Сегодня развитие биотехнологий идет как минимум по десяти большим направлениям, каждое из которых имеет множество ответвлений. Опрошенные Newslab.ru эксперты говорят, в настоящий момент в России и мире наиболее активно развиваются несколько отраслей — биомедицина, агробиотехнология, биоэнергетика. «Если говорить о биотехнологии в целом, то в качестве актуальных направлений можно отметить такие, как геномная медицина, тканевая инженерия, персонифицированная диагностика и терапия. Ведутся разработки и в таких сферах как биопроизводство энергии и биопереработка отходов», — рассказала научный сотрудник лаборатории фотобиологии Института биофизики СО РАН Людмила Буракова.
С этой оценкой согласен и постдок Школы биомедицины ДВФУ, заведующий направлением естественных наук Красноярской летней школы Артем Благодатский:
Актуальны сегодня регенеративные технологии, позволяющие запускать процесс «починки», «самовосстановления» в больных или повреждённых тканях. Как апогей развития регенеративных технологий — выращивание органов человека «с нуля» для медицинских целей. Следующая группа актуальных задач — создание лекарств, избирательно действующих только на больные клетки. Это может быть адресная доставка препаратов к больным, скажем, раковым клеткам, например, на основе антител. Или же лекарства, специфически действующие на больные клетки-мишени и безвредные для здоровых клеток. Как пример можно назвать недавно разрешенное к применению в США и Европе противораковое лекарство Imlygic. Оно представляет собой модифицированный вирус герпеса, специфически поражающий клетки рака кожи и при этом не наносящий вред здоровым тканям«.
Как добавляет Благодатский, еще одно активно развивающееся направление биотеха — технологии редактирования генома при помощи системы CRISPR, «позаимствованной» исследователями у бактерий. Они помогут в терапии неизлечимых наследственных заболеваний.
Как отмечает доктор биологических наук, профессор кафедры ботаники, физиологии и защиты растений Красноярского государственного аграрного университета Сергей Хижняк, на повестке дня сегодня и использование биотехнологий в сельском хозяйстве, а также для защиты окружающей среды. «Биологическая очистка нефтезагрязненных территорий особенно актуальна в условиях низких температур, характерных для большинства отечественных и многих зарубежных месторождений. Ведутся работы по совершенствованию биопрепаратов для биологической защиты растений от болезней — в качестве альтернативы пестицидам, и для повышения плодородия почв — в качестве альтернативы минеральным удобрениям. Основное направление — разработка биопрепаратов под конкретные почвенно-климатические условия каждого региона и под конкретные сельскохозяйственные культуры», — рассказал эксперт.
Позади планеты всей?
Состояние биотехнологий в России на данный момент — вопрос спорный. С одной стороны, отечественная индустрия биотеха еще не скоро догонит такие страны как США, Япония или Китай. К примеру, последний ежегодно инвестирует в эту научную сферу порядка $40 млрд.
С другой же стороны, в России действует несколько программ, призванных стимулировать развития биотехнологической отрасли. Одна из них была утверждена правительством в 2012 году — до 2020 года государство намерено вложить в биотех 1,2 трлн рублей.
Более того, в недавнем исследовании, подготовленном компанией Frost&Sullivan в сотрудничестве с Рынком инноваций и инвестиций Московской биржи и РВК, говорится: «Биотехнологии в России развиваются бурными темпами». Свои выводы аналитики подкрепляют тем, что в России начали работать такие технологические платформы как «Медицина будущего», «Биотех 2030», «Биоэнергетика» — они должны стать звеном между бизнесом и наукой. Кроме этого, говорится в исследовании, еще один импульс для развития биотеха в России — политика импортозамещения: «Так, многие крупнейшие биофармацевтические компании локализовали свое производство в кластерах Калужской, Ярославской области, в Санкт-Петербурге. Отечественные компании при поддержке Министерства промышленности и торговли создают аналоги зарубежных биопрепаратов. С ожидаемым истечением сроков патентной защиты на многие лекарства, в перспективе в России может появиться конкурентоспособный сектор биоаналогов».
При этом в исследовании отмечается, что для развития ряда биотехнологических направлений в России пока отсутствует должная законодательная база. Это, в частности, касается перспективных клеточных технологий, в которых у России имеются неплохие заделы. «Правовой вакуум» мешает перевести научные разработки на коммерческие рельсы. Актуальна для отрасли и проблема устаревшей материально-технической базы и нехватки квалифицированных кадров.
«В целом в России ситуация сегодня противоречивая. После практически полного провала в финансировании науки в 90-е и в начале „нулевых“, сейчас отрасли выделяются какие-то деньги, позволяющие работать. Но за время упомянутого провала многие научные коллективы развалились или с концами разъехались за рубеж, что порождает сейчас дефицит кадров. Часто бывает так, что какая-нибудь лаборатория закупает сложнейший прибор, а работать на нем некому, — говорит Артем Благодатский. — Ещё одна проблема — отсутствие глобальной научной инфраструктуры: как в области закупок реактивов и приборов, так и в области коллабораций между коллективами».
В то же время, считает Валентина Кратасюк, в вопросе кадрового обеспечения отрасли Красноярск находится в достаточно выгодном положении: «Отток специалистов на запад в 90-е, действительно, был значительным. Но Красноярск в этом вопросе даже немного выигрывает, потому что, в основном, уезжали ученые, работающие в центральных регионах. Для нас сейчас это большой плюс: у нас есть не только возможности для развития, но и профессионалы, которые используют эти возможности для своих исследований».
Наука и жизнь: новые органы, наноалмазы и лекарства от ракаВ Красноярске на сегодня сильнее всего представлены такие направления биотеха как биомедицина и агробиотехнологии. Первое направление развивается как в нескольких лабораториях Института биофизики СО РАН, так и в вузах — СФУ и медицинском университете. Биотехнологии в сельском хозяйстве — прерогатива Института леса СО РАН и Аграрного университета. В вышеперечисленных вузах также готовят кадры для биотеха.
От биотехнологии к биоэкономике
Эксперты отмечают, потенциал развития биотехнологий практически безграничен — каждое новое открытие порождает минимум десяток вариантов его практического применения. «Сейчас разрабатываются диагностические экспресс-системы на основе биолюминесцентных белков с применением биочипов. В США ведутся работы по созданию с помощью генетических модификаций светящихся растений, которые в будущем, возможно, смогут освещать улицы городов. Идет интенсивное изучение системы светящихся грибов и светящихся червей. Здесь пока рано говорить о применении, но в перспективе, когда все компоненты этих систем можно будет получать в неограниченном количестве, откроются новые горизонты для прикладных разработок», — рассказывает Людмила Буракова.
По мнению руководителя Лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского медуниверситета, доктора биологических наук Анны Замай, в ближайшие 10-20 будут активно развиваться сразу несколько направлений биотеха.
«В связи с переходом на персонализированную медицину актуальна биофармацевтика. Будет активно разрабатываться промышленная биотехнология — создание различных полимерных материалов, новые энергоносители, биоразлагаемые материалы. Кроме того, пищевая и сельскохозяйственная биотехнология — обеспечение населения качественным питанием в необходимом количестве. Поскольку уже сегодня наблюдается недостаток пищи в мире, следствием чего становится голод и массовая миграция людей», — говорит Анна Замай.
В последнее время в описании перспектив развития биотехнологий в мире и России все чаще используется слово «биоэкономика». Им, с одной стороны, обозначают большой и бурно растущий сегмент компаний, работающих в битехе в качестве производителя того или иного продукта. По оценкам аналитиков Frost&Sullivan, ежегодно мировой рынок биотехнологий прирастает на 10-12% в год — к 2020 году он достигнет $600 млрд. Причем инвестором в биотехе всё реже становится государство и всё чаще частный бизнес.
С другой же стороны, «биоэкономика» — это еще и замещение с помощью биотехнологий традиционных инструментов в ряде отраслей и бизнесов. Уже сегодня такие примеры можно найти и в Красноярске. Так, золотодобывающая компания «Полюс» использует в своей работе биологическое выщелачивание золота из руд.
Еще один пример — первая в Красноярском крае биогазовая установка для переработки отходов животноводства, запущенная компанией «Сангилен+». С ее помощью компания не только обеспечивает экологичность процесса, но и вырабатывает биогаз (метан) — он используется для обогрева производственных помещений.
Наталья Мороз, интернет-газета Newslab.ru
