Биотехнология: ее роль и место в научно-техническом прогрессе

Сегодня наблюдается острая практическая потребность в новых технологиях, призванных ликвидировать нехватку продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшить состояние здравоохранения и охраны окружающей среды. Бурное развитие современной молекулярной биологии и генетики, опирающихся на достижения химии и физики, позволяет использовать потенциал живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека. В статье излагаются пути развития и достижения биотехнологии как науки, возникшей на стыке нескольких биологических дисциплин: генетики, вирусологии, микробиологии, растениеводства. Описываются уникальные возможности практического использования результатов исследований в этой области в Республике Казахстан. Делается вывод, что в нашей стране биотехнология уже вносит немалую лепту и, вероятно, в будущем внесет решающий вклад в решение глобальных проблем человечества. Доказывается, что в Казахстане есть все условия для прорыва в перспективе в сфере производства биопрепаратов.

Глава государства в своем Послании народу Казахстана отметил, что сегодня мир вступает в эпоху новой промышленной революции, эру глубоких и стремительных технологических, экономических и социальных изменений. Было отмечено, что новый технологический уклад кардинально меняет то, как мы работаем, реализуем свои гражданские права, воспитываем детей. Необходимость быть готовыми к глобальным изменениям и вызовам побудила нас принять стратегию вхождения в тридцатку самых развитых стран мира. Реализуется План нации — сто конкретных шагов, из них более половины уже исполнены. Остальные носят в основном долгосрочный характер и осуществляются планомерно [1, 2].

По мнению специалистов [2], необходимость применения передовой технологии (инноваций) обусловлена тем, что в настоящее время технология наряду с организацией приобретает первостепенное значение в развитии общественного прогресса. Техника неотделима от технологии производства. Она существует только совместно с определенной технологией и проявляется через нее, т. е. технология становится силой научно-технического прогресса, играет по отношению к орудиям труда активную роль.

Другой важнейшей тенденцией глобального развития нынешнего столетия является зарождение на данном этапе различных социальных структур, формирующихся в результате широкомасштабного развития отдельных NBIC-технологий. В результате широкого проникновения этих технологий в различные политические, социально-экономические, культурные и другие подсистемы современной постиндустриальной цивилизации в кратко- и среднесрочной перспективе постепенно начали формироваться пока еще мало связанные друг с другом «информационное общество», «биообщество», «нанообщество», «наноэкономика», «биоэкономика», «информационная экономика», а в долгосрочной перспективе — это «когноэкономика» и «когнитивное общество», которые в мировой научной литературе концептуально объединяются под общим названием «общество знаний». Однако конвергенция и синергия NBIC-технологий приведут в результате, как представляется, к социальноэкономической, политической и другим типам конвергенции и синергии, формируя новый инновационный социум, а в конечном итоге и инновационно-технологическую цивилизацию XXI в. на базе NBIC-технологий [3].

Содержание инновационного поиска для биологии, вплоть до второй половины XIX столетия, было «пустым звуком». Прорывом выступила книга Ч. Дарвина «Происхождение видов», опубликованная в 1859 г. Параллельно внесли свою лепту такие мастера своего направления, как К. Бернар — физиология, Л. Пастер, Р. Кох и И.И. Мечников — микробиология и иммунология, Г. Мендель — генетика, а И.М. Сеченов и впоследствии И.П. Павлов — учение высшей нервной системы. Все эти «революционные открытия» дали толчок в развитии практической медицины.

С этого момента произошли кардинальные изменения в хозяйственной жизни общества: появились новые медицинские препараты, произошла «зеленая революция». Более того, до настоящего времени появилась возможность заглянуть «в глубь клетки» и попытаться выявить процессы на молекулярном уровне. Возникает категория «биотехнология», которая выступает понятием конвергенции (сближает несколько наук на решение проблем). Соответственно, в различных науках данное понятие имеет несколько определений. Так, авторы учебного пособия «Рынок технологий» дают следующие определения [4]:

  1. Все биологические процессы делятся на две группы: традиционная биотехнология, которая основана на процессах брожения (молочно-кислое, уксуснокислое, спиртовое), и современная (микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия и т.д.).
  2. Биотехнология представляет собой совокупность промышленных методов, в которых используются живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов. Подобные процессы были известны еще с древних времен: хлебопечение; приготовление вина, пива, сыра, уксуса, молочных продуктов; способы обработки кожи, растительных волокон и др.
  3. Современная биотехнология производит кормовые и пищевые белки, аминокислоты, ферменты, витамины, антибиотики, этанол, органические кислоты (лимонную, изолимонную, уксусную и др.), регуляторы роста растений, многие пестициды, лечебные и иммунные препараты для человека и животных.

Применение человеком биотехнологий в национальном и глобальном производстве первичной продукции, здравоохранении и промышленности формирует биоэкономику и биообщество и находит свое отражение в становлении современной инновационно-технологической цивилизации. Биоэкономика играет огромную роль в формировании национального и глобального ВВП.

Так, если говорить о вкладе биотехнологий в глобальную экономику, то, по расчетам исследователей [3], к 2030 г. их доля в глобальном ВВП может достичь порядка 2,7 %. Эта тенденция будет наиболее активно сопровождаться конвергенцией и синергией биотехнологий с нано, ИКТ и когнитивными науками и технологиями при общем росте глобального ВВП.

В принципе уже на сегодняшний день имеет место процесс интеграции и конвергенции дифференцированных направлений использования и применения биотехнологий, что фактически создает фундамент для формирования биообщества XXI в., инновационного биомышления, биопсихологии людей, а также биосоциальной психологии общества (рис.).

Человек как живое существо, являясь частью биосферы, а следовательно, и связанный с той или иной биотой, может как позитивно, так и негативно воздействовать на эту биоту. Это воздействие связано не только с загрязнением окружающей среды транспортными средствами, тяжелой промышленностью, производством, но и с использованием соответствующих биотехнологий, например, таких, как генно-модифицированные растения, живые организмы, деревья и другие, включая генно- модифицированные микроорганизмы, используемые или которые в перспективе будут использовать-

ся в XXI в. в сельском хозяйстве, биоэнергетике и биопромышленности. С одной стороны, эти биотехнологии окажут положительное воздействие на снижение загрязнения биосферы, а с другой — могут оказать и отрицательное воздействие, которое может вызвать определенные изменения в различных биомеханизмах, осуществляющих вещественно-энергетическую и информационную настройку биоты. Это, в свою очередь, приведет к бифуркациям в многосложных биогеохимических и гидрологических циклах планеты, к неустойчивости и возможным катастрофическим негативным последствиям для биосферы.

На сегодняшний день особую важность представляют исследования проблем взаимодействия биоэкономики и биообщества на природу, на биосферу, поскольку это связано с выживанием человечества и развитием инновационно-технологической цивилизации XXI в.

Как утверждают авторы монографии [3], число природных и технологических катастроф в конце XX – начале XXI вв. значительно увеличилось. Это, по-видимому, является следствием усиления антропогенного воздействия человека на биосферу в результате повышения интенсивности сельского хозяйства, роста промышленности и транспорта. Не исключено, что применение новейших биотехнологий в сельском хозяйстве также может вызвать биосферные изменения и спровоцировать определенные природные катастрофы.

Все это лишний раз подтверждает актуальность для человечества задачи поиска биотехнологических путей экологически безопасного, экономически и социально устойчивого развития взаимодействия человека и биосферы. Значительный вклад в решение этой проблемы могли бы внести биотехнологии в сочетании с комплексом NBIC-технологий.

На сегодняшний день биотехнологии с их большими возможностями и перспективами рассматриваются как один из верных способов выхода на новый уровень развития. Ведь это не только наука, которая основана на растительных, животных и человеческих клетках, но и разработка инноваций и их дальнейшая коммерциализация. В развитых странах эта отрасль стала передовым сектором экономики и уже начинает опережать компьютерные и IT-технологии как по обороту, так и по капитализации. Республика Казахстан на сегодняшний день находится на пути к этому.

Поскольку рассмотреть все аспекты развития современной биотехнологии в одной статье невозможно, для наглядности проиллюстрируем перспективы биотехнологии отдельными примерами:

Производство биопрепаратов.

Оно становится одним из главных научно-производственных направлений XXI в. Сегодня биопрепараты применяются в самых разных отраслях, начиная от медицины и ветеринарии и заканчивая защитой растений, плодородием почвы и охраной окружающей среды.

Пока более 90 % биопрепаратов, потребляемых в нашей стране, завозятся из-за рубежа. Важность развития собственного производства биопрепаратов для казахстанской экономики трудно переоценить. Для решения этих задач Указом Президента Республики Казахстан от 21 января 1993 г. № 1090 был создан Национальный центр биотехнологий (НЦБ) в Степногорске. Ряд НИИ продолжают исследования в этом направлении, и они поддерживаются государством в рамках республиканских научно-технических проектов и программ.

Здесь в качестве примера можно привести Институт микробиологии и вирусологии Комитета науки Министерства науки и образования, который имеет большой опыт в разработке новых биопрепаратов для охраны окружающей среды, сельского хозяйства и медицины и выпускает эти препараты на собственной производственной базе [5]:

а) в настоящее время только в Западном Казахстане общая площадь нефтяного загрязнения составляет более 500 тыс. га. Наиболее экологически безопасным и экономически выгодным способом очистки почв от нефтяного загрязнения является биологический метод с использованием нефтеокисляющих микроорганизмов. Коллективом РГП «Институт микробиологии и вирусологии» КН МОН РК разработан высокоэффективный отечественный биопрепарат «Бакойл-KZ», результаты внедрения которого показали снижение содержания нефти в почве до 98 %;

б) на сегодня остро стоят и проблемы повышения урожайности и плодородия почвы. В этой связи в институте разработан высокоэффективный биопрепарат «Ризовит-АКС», созданный на основе штаммов клубеньковых бактерий. В среднем прибавка урожая сои за счет его использования достигает 5–7 ц/га;

в) как известно, в соответствии с поручением Президента РК в нашей республике реализуется проект «Развитие экспортного потенциала мяса крупного рогатого скота РК». Одним из путей решения этой задачи является обеспечение животноводства высококачественными кормами. В институтеразработаны и внедрены в производство специализированные бактериальные закваски «Казбиосил» для консервирования различных кормов. Они активно используются животноводческими хозяйствами в 11 областях;

г) для повышения всхожести семян донника и люцерны разработан высокоэффективный биопрепарат «Фитобацирин». Для защиты сельскохозяйственных культур от вредителей создан новый бактериальный препарат «Турингин», испытания которого в 20 хозяйствах Кызылординской, ЮжноКазахстанской и Алматинской областей доказали его высокую эффективность;

д) сейчас Институт микробиологии и вирусологии занимается созданием препаратов медицинского назначения. Ученые разработали новый высокоэффективный антибиотик «Розеофунгин», обладающий противогрибковой и антивирусной активностью. Это первый и пока единственный антибиотик, имеющий более широкий спектр действия по сравнению с зарубежными аналогами. Успешно проведены доклинические и проходят клинические испытания препарата, полностью отработана технология его производства, технологическая линия.

Как видим, возможности для развития производства отечественных биопрепаратов в республике уже созданы. В Казахстане по-прежнему работают высококвалифицированные ученые, способные решать проблемы разработки новых отечественных биопрепаратов самого различного назначения. А чтобы они внедрялись, возможны два пути. Это наличие собственной производственной базы и организация производства биопрепаратов на своих мощностях, как это происходит в РГП «Институт микробиологии и вирусологии» КН МОН РК. Другой путь — создание специализированных биотехнологических компаний и специальных подразделений по трансферту технологий, которые бы занимались маркетингом, коммерциализацией, масштабированием разработок, переговорами с компаниями.

Генетическая инженерия.

Данная область выступает как результат успеха в познании структуры нуклеиновых кислот и белков. «Механизм действия» генетической инженерии в следующем. Создается «новая генетическая программа» за счет создания новых ДНК, манипуляций с генами (смена одной клетки другой клеткой из другого организма), либо создания новой искусственной клетки на базе удаленной. Эта программа называется плазмидой. Основная задача данного метода биотехнологии — получение нового искусственного материала, а конкретнее — белков, что имеет решающее значение в практической медицине.

В настоящее время большой сектор медицинских технологий относится к генетике, в которой отечественные ученые достигли значительных успехов. Сейчас медицина входит в персонализированную стадию своего развития, и не за горами то время, когда врач будет назначать пациенту препараты, беря во внимание не только его вес, пол и возраст, но и … показатели метаболизма, основанные на результатах генетического анализа.

Так, в РГП «Национальный центр биотехнологий» КН МОН РК разработали диагностическую панель, позволяющую рассчитать индивидуальную дозу лекарственных средств, снижающих риск тромбообразования [6].

Следует учесть, что развитие современных биотехнологий невозможно представить без разработок новых генетических направлений, исследований, не только медицинских, экологических, но и в биоинженерии растений и микроорганизмов. В этой связи генную модификацию необходимо рассматривать с позиции ее преимуществ и рентабельности получаемой в результате продукции. Не так давно в стенах лаборатории «Национальный центр биотехнологий» создали ГМО-хлопок, т.е. в традиционный казахстанский хлопок сорта «Туркестан» был введен бактериальный ген устойчивости к гербициду, широко используемому в сельском хозяйстве.

Таким образом, сорт был значительно улучшен, и в итоге можно говорить о повышении урожайности важной сельскохозяйственной культуры, а следовательно, и конкурентоспособности отечественных хлопкоробов. Самое главное заключается в том, что теперь нет необходимости заказывать подобные технологии в зарубежных компаниях: имеющийся потенциал научного учреждения позволяет отвечать необходимым внутристрановым запросам.

 

Список литературы

  1. Послание Президента Республики Казахстан Н. А. Назарбаева народу Казахстана «Новые возможности развития в условиях четвертой промышленной революции» // Мысль. — 2018. — № 2. — С. 2–13.
  2. Системы технологий: учеб. пособие под ред. П.Д. Дудко. — Харьков: Бурун Книга, 2003. — 336 с.
  3. Казанцев А.К. NBIC-технологии: Инновационная цивилизация ХХІ века / А.К. Казанцев, В.Н. Киселев, Д.А. Рубвальтер, О.В. Руденский. — М.: ИНФРА-М, 2014. — 384 с.
  4. Сейдахметов А.С. Рынок технологий: учеб. пособие / А.С. Сейдахметов, К.Ж. Елшибекова. — Алматы: Экономика, 2011. — 262 с.
  5. Саданов А. Высокий потенциал биоиндустрии / А. Саданов // Казахстанская правда. — 2014. — 12 дек. — С. 24.
  6. Тулешева Г. Уверенной поступью к новым вершинам / Г. Тулешева // Казахстанская правда. — 2016. — 22 июля. — С. 8.
Год: 2018
Город: Караганда
Категория: Биология