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.
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.
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.
Литература
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.