Биотехнология и биоиндустрия на современном этапе

Биотехнология и биоиндустрия на современном этапе

Биотехнологию (технологию живых систем) можно назвать самой модной отраслью последнего десятилетия. Ее обороты растут, что отражается в объемах инвестиций и числе вновь возникающих биотехнологических фирм. В ежегодно составляемом журналом «Fortune» списке 100 самых динамичных компаний мира очень много компаний, специализирующихся на биотехнологиях. Но вложения в эту отрасль относятся к высокорисковым, и за последние годы акции биотехнологические компаний переживали и головокружительные взлеты котировок и падения.

Под биотехнологией понимают совокупность методов и приемов использования живых организмов, биологических продуктов и биотехнических систем в производственной сфере. Иными словами, биотехнология применяет современные знания и технологии для изменения генетического материала растений, животных и микробов, способствуя получению на этой основе новых (зачастую принципиально новых) результатов. В литературе достижения биотехнологии за последнее время часто называют научно-техническим прорывом, биореволюцией, и это не преувеличение.

Можно согласиться и с теми учеными, которые, пусть несколько условно, подразделяют биотехнологию на «старую» и «новую».

«Старая» биотехнология зародилась очень давно, на основе традиционных микробиологических производств, в особенности бродильных. Процесс сбраживания с помощью микроорганизмов при хлебопечении, виноделии, пивоварении, сыроварении, получении сиропов, молочнокислых продуктов, силосовании кормов был известен еще в древности. В XX в. биотехнология получила дальнейшее развитие, преимущественно в недрах химической промышленности, главным образом ее фармацевтической подотрасли (производство антибиотиков и пр.).

«Новая» биотехнология — это типичное порождение НТР, вызванное к жизни ее достижениями второй половины XX в. Она опирается на инновации и в химических технике и технологиях, и в электронике, и в микробиологии, и в биохимии, и в генетике, да и в других научных направлениях. В сферу «новой» биотехнологии входит также генетическая и клеточная инженерия, имеющая целью создание новых, высокоэффективных организмов с заранее заданными свойствами путем непосредственного изменения генетической системы тех или иных организмов.

Сферы применения биотехнологии ныне очерчены уже достаточно определенно. В посвященном биотехнологии разделе принятой на Конференции в Рио-де-Жанейро (1992) «Повестке дня на XXI век» названы десять таких целей. Эконо-мико-географ Н. В. Алисов, один из немногих представителей этой ветви географии, проявивших интерес к проблемам биотехнологии, выделяет шесть главных областей ее применения.

Во-первых, это повышение продуктивности сельскохозяйственного производства путем внедрения методов генной инженерии в растениеводство и животноводство и защиты культурных растений и домашних животных от болезней и вредителей.

Из методов генной инженерии в данном случае следует прежде всего назвать клонирование (от греч. klon — ветвь, отпрыск), т. е. бесполое размножение клеток растений и животных.

В 1990;е гг. произошел взрыв интереса к клонированию, который уже привел к определенным практическим результатам. В 1997 г. весь мир облетела весть о рождении в Шотландии первого клонированного млекопитающего — овцы Долли. В 1998 г. в США методом клонирования был выведен теленок, также явившийся полной копией матери. В том же году в Японии были получены клонированные телята-двойняшки, и японские ученые объявили, что в течение ближайших десяти лет в стране появится в продаже клонированная говядина. Работы по трансплантации эмбрионов крупного рогатого скота ведутся и в некоторых других странах. Одновременно продолжаются исследования в области рекомбинации ДНК для модификации сельскохозяйственных культур.

Болышое значение имеет также другое направление биотехнологии — защита культурных растений от болезней и вредителей. Уже разработаны новые виды биопестицидов, биофунгицидов и биоинсектицидов, безопасные для человека и окружающей среды и избирательно действующие на сельскохозяйственные культуры. То же относится и к биоудобрениям, созданным, например, с помощью бактерий, улавливающих и усваивающих азот из воздуха. Благодаря их применению усиливается сопротивление сельскохозяйственных культур болезням и вредителям, что позволяет уменьшить потребности в химических пестицидах. Одновременно ведутся работы, направленные на увеличение почвенного плодородия и повышение степени усвоения растениями питательных веществ.

Во-вторых, это расширение возможностей получения продуктов питания. В этом случае имеется в виду расширение ассортимента и улучшение качества продовольственных продуктов, а также удешевление исходного сырья, используемого в пищевкусовой промышленности. Применение методов биотехнологии позволяет лучше сбалансировать содержание в продуктах питания белков, жиров и углеводов. Наиболее ярким примером такого рода может служить изготовление глюкозно-фруктовых сиропов из крахмалосодержащего сырья низкого качества, получившее уже довольно широкое распространение.

При этом в оценках целесообразности и допустимости внедрения новых продуктов Северная Америка и Западная Европа различаются довольно сильно. В США и Канаде происходит быстрая коммерциализация биотехнологических открытий, а доводы о необходимой предосторожности чаще всего отвергаются со ссылкой на отсутствие этого принципа в международном праве. В Западной Европе, напротив, делают акцент именно на предосторожности, необходимости прохождения новыми продуктами и добавками достаточного цикла экспертиз. Официальные власти и общества потребителей настаивают там на обязательном включении в этикетки товаров сведений об их генетической чистоте или о присутствии в них генетических мутантов.

В-третьих, это увеличение энергетических ресурсов. Имеется в виду использование микроорганизмов для получения энергии из биомассы, причем как в газообразном (биогаз), так и в жидком (этиловый спирт) виде. Развитие этого направления позволяет использовать огромные и все время возобновляющиеся ресурсы биомассы, а также обеспечить дополнительные меры по охране окружающей среды. Использование соответствующей техники (биогенераторы) можно считать уже вполне освоенным делом.

В-четвертых, это разработка биотехнологическими методами полезных ископаемых. Здесь имеется в виду подземное выщелачивание, уже применяемое при разработке залежей меди и некоторых редких металлов. Считается также, что с помощью микроорганизмов можно повысить пластовое давление и тем самым увеличить отдачу нефтяных пластов.

В-пятых, это получение новых лекарственных средств для нужд медицины и ветеринарии. Современной биотехнологией уже накоплен опыт в производстве разного рода вакцин, антибиотиков, гормонов и т. п.

В-шестых, это защита окружающей среды биотехнологическими методами. В данном случае имеются в виду промышленная бактериальная очистка сточных вод, утилизация промышленных и коммунальных отходов, в том числе отходов органической химии и мест утечки нефти и нефтепродуктов при помощи более дешевых и эффективных, чем традиционные, методов.

В эпоху НТР на основе биотехнологии возникла и получила значительное развитие биоиндустрия, которую приводят в качестве примера новейшего инновационного производства, хотя в единую цельную отрасль она пока не сложилась. Биоиндустрия стала одним из самых наукоемких и одновременно капиталоемких направлений, обеспечивающих тесную связь науки и производства, привлекающих не только крупный, но также мелкий и средний бизнес.

Наибольшее развитие биоиндустрия получила в США, Японии, странах Западной Европы. Эпицентр ее, можно сказать, находится в США, где биоиндустрия, как и биотехнология, развивается преимущественно в сфере частного бизнеса. Ныне в США насчитывается более 1500 биотехнологических компаний с численностью занятых непосредственно в области биотехнологий, превышающей 200 тыс., а вместе с косвенно занятыми в этой сфере — 500 тыс. человек. По сумме продаж первое место среди них с большим отрывом занимают фармацевтические компании. При этом наибольшие успехи достигнуты в производстве глюкозно-фруктовых сиропов, что позволяет бороться с широко распространенным в стране диабетом и сократить потребление сахара на душу населения.

Большое развитие биоиндустрия получила и в Японии, где она в гораздо большей степени поддерживается государством. Продукцию биоиндустрии используют здесь в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве, рыболовстве, пищевкусовой промышленности (рисовая водка, пиво, вино, уксус, соевый соус и др.), а также в энергетике и для охраны окружающей среды. Примерно то же можно сказать и о Западной Европе, где по уровню развития биоиндустрии выделяются Германия (здравоохранение, охрана окружающей среды), Франция (фармацевтика, парфюмерия и косметика, пищевые продукты) и Великобритания (лекарственные препараты, продукты питания). Из развивающихся стран в этот перечень входят Бразилия (этиловый спирт) и Аргентина (глюкозно-фруктовые сиропы). Особого упоминания заслуживают также Китай и Индия, где действуют миллионы генераторов по производству биогаза.

Нельзя не отметить и того, что развитие биотехнологии и биоиндустрии породило ряд сложных проблем не только экономического, но и социального, и морально-этического плана. В первую очередь это относится к генной инженерии. Достаточно вспомнить, что после клонирования овцы Долли вопрос об экспериментах подобного рода поднимали даже на заседании Генеральной Ассамблеи ООН. В начале 2000 г. в Монреале представители более 130 стран мира поставили свои подписи под специальным протоколом о биологической безопасности в связи с выпуском генетически измененных продуктов. Этот протокол дает странам право запрещать ввоз таких продуктов и вводит судебную ответственность в тех случаях, когда их потребление наносит вред людям или окружающей среде. А вопрос о клонировании людей вообще рассматривается совершенно особо, вызывая большие споры. Недавно папа римский в специальной энциклике осудил клонирование человеческого эмбриона. За полный запрет клонирования выступил президент США Дж. Буш. В Европе была принята специальная Конвенция о биоэтике. Однако в некоторых странах (Италия) первые опыты по клонированию человека уже проведены.

Россия в составе СССР добилась довольно значительных успехов на некоторых направлениях биотехнологии и биоиндустрии. В стране было создано крупное микробиологическое производство. Большое развитие получила фармацевтическая промышленность. Генную инженерию использовали в сельском хозяйстве и пищевкусовой промышленности. Но в 1990;х гг. все эти отрасли и производства вступили в стадию резкого спада, что привело к замещению значительной части отечественной продукции импортной.

Разработчиками и производителями России предлагается ряд новейших и уникальных препаратов и технологий, не имеющих мировых аналогов. В первую очередь это касается таких групп, как диагностические средства и комплексы, плазменные и рекомбинантные препараты крови, биополимеры, пробиотики, биологические удобрения и биопрепараты для ремедиации и обезвреживания загрязнения. Сейчас доля России в мировом производстве биотехнологической продукции составляет менее 1% или примерно 20−25 млрд руб. Из них около 70% приходится на производство фармацевтических средств.

Основные направления долгосрочного развития российской экономики до 2010 г. предусматривают повышение доли отечественного производства на рынке биотехнологической продукции до 65−70%.

В 60−80-е гг. в бывшем СССР сельскохозяйственная микробиология находилась на подъеме, по всей стране создавались производства микробиологических препаратов.

Сейчас в России реализуются сразу несколько Федеральных целевых программ: «Повышение плодородия почв России на 2002;2005 гг.», «Экология и природные ресурсы России», «Основные направления агропродовольственной политики правительства на 2001;2002 гг.», где определен перечень критических технологий и обозначены первоочередные задачи государства в области науки и технологий. В большинстве стран мира задачей обеспечения национальной безопасности, является приоритет государственной политики. Поэтому внедрение и широкое применение биотехнологий в агропромышленном секторе экономики это один из значимых факторов достижения поставленных целей и задач.

Например, проект «Биопрепараты в экотехнологиях АПК РФ 2003;2010 гг.» компании «BISOLBI-INVEST», которая начинает инвестировать средства в выращивание сельхозпродукции по современным агробиотехнологиям, с применением микробиологических препаратов, тем самым, ориентируя производителей на получение экологически чистых продуктов.

Реально оценивая тенденции изменения АПК России, Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии разработал для различных групп сельскохозяйственных предприятий в рамках проекта «МИР БИСОЛБИ» серию экологически ориентированных высокопродуктивных технологий с применением микробиологических препаратов нового поколения для растениеводства, животноводства и кормопроизводства. Их внедрением в различных секторах АПК на региональном уровне занимается инновационная компания «Бисолби-Интер», образованная при ВНИИСХМ и являющаяся членом Международной федерации движений за органическое земледелие.

Рынок микробиологических препаратов постепенно расширяется, чему способствует стабилизация экономики и сельхозпроизводства, усиление экологического сознания населения, производителей, властей. Увеличивается число потенциальных потребителей экологически чистого продовольствия.

По результатам маркетинговых исследований компании «Abercade Consulting», самым крупным потребителем биотехнологической продукции в России остается фармацевтика. Общий объем рынка лекарств составил 2.5 млрд долл., из которых 580 млн долл. составляют биотехнологические препараты и лишь 25−30% из этой суммы приходится на отечественную продукцию. Именно в фармацевтическом направлении биотехнологий начался приток инвестиций. АО «Биокад» при финансовом участии банка «ЦентроКредит» достраивает фармацевтический завод, который будет производить продукцию генной инженерии, в частности интерферон и препараты-бактериофаги.

Экспертные оценки прогноза развития биотехнологии на ближайшие 5−10 лет позволяют сделать следующие выводы по осуществлению инвестиционной политики в биотехнологии в настоящее время. Особенно актуальна на данном этапе организация производств только высокорентабельной продукции, на которую сложился устойчивый платежеспособный спрос. С их учетом приоритетными проектами для инвестирования являются производство:

— ферментных амилолитических препаратов для спиртной и пивоваренной отраслей пищевой промышленности, производство протеолитических ферментов, используемых при производстве синтетических моющих средств «Bio» и других целей;

— комплексной переработки биомассы микроорганизмов для получения препаратов белковой и нуклеотидной природы для медицины, пищевой промышленности и др.

— ферментных препаратов для переработки отходов пищевой промышленности, производств мяса, молока, спирта и др.

— медицинских и ветеринарных препаратов, в том числе для диагностирования и лечения ряда тяжелых и инфекционных заболеваний;

— препаратов-пробиотиков типа бифидумбактерина и лактобактерина;

— кормовых добавок для животноводства, биологических средств защиты растений;

— бактериальных удобрений, вермикультуры.

— препаратов для очистки и биоремедиации загрязненных почв, воды, для организаций нефтедобывающего и нефтеперерабаты-вающего секторов.

Биотехнология в пищевой промышленности должна быть сориентирована на создание новых видов пищи и пищевых добавок, а так же на улучшение качества традиционных продуктов питания. Решить такую актуальную задачу, как потребность в экологически чистых продуктах питания, позволяют возможности биотехнологии. Биологические препараты в отличие от химических обладают более ярко выраженной избирательностью действия и признаны безвредными для человека, животных, птиц, рыб. Они быстро разлагаются в почве и воде под действием солнечных лучей и не вызывают эффекта привыкания к ним насекомых .

По прогнозам некоторых учёных, при данных темпах роста населения в отдалённой, но вполне просматриваемой перспективе, человечество может столкнуться с серьёзной проблемой нехватки пищевых ресурсов. То есть может сложиться такая ситуация, когда даже многократное увеличение поголовья скота и сельскохозяйственных площадей будет не в состоянии обеспечить всех потребностей человечества в пище. Таким образом, проблему нехватки пищевых ресурсов станет невозможно решить лишь количественными методами. Биотехнологи, руководствуясь последними достижениями в области генной инженерии, предлагают качественное решение данной проблемы.

Помимо решения продовольственной проблемы перед пищевой промышленностью стоит ряд других, не менее важных задач, решение которых возможно с помощью биотехнологий уже применяемых и внедряемых в пищевой промышленности.

Одной из таких задач является проблема контроля качества на разных стадиях производства, начиная от сырья и заканчивая готовой продукцией. В задачи служб контроля качества входит определение наличия примесей микробиологического (патогенная микрофлора) и химического (токсичные и вредные вещества) характера. Одним из главных требований к используемым для решения этих задач тест-системам являются их точность, простота в использовании и высокая скорость определения.

Потребность в биотехнологии на данном этапе определена требованием рынка в существенном улучшении и изменении набора качеств продукции, улучшении качества жизни и окружающей среды.

1.Данные сайта http://www.nauka.kz.

2. Данные сайта http://www.cnews.ru.

3. Данные сайта http://www.sunhome.ru.

4. Давиденко И., Кеспер Я. Ресурсы цивилизации. — М.: ЭКСПО, 2005.