Текст книги "Эколого-экономический потенциал Башкортостана"

Биотехнологии – будущее предпринимательства
(«Предприниматель Башкортостана», № 19 (127), 19.12.08)

Еще в 2002 году, когда в Москве проходила II Международная конференция «Биотехнология и бизнес», посвященная вопросам совмещения интересов разработчиков, производителей, потребителей и инвесторов с целью структурирования и развития рынка биотехнологий, под патронатом Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации, В. Путин выделил биотехнологии в разряд особо важных сфер для коммерческой разработки.

20 марта 2002 г. на заседании в Кремле во время рассмотрения проекта «Основы политики Российской Федерации в области науки и технологий на период до 2010 года» В. Путин впервые назвал биотехнологию одним из приоритетных направлений отечественной экономики.

Сегодня среди российских инвесторов, проявивших интерес к разработкам в отрасли биотехнологий и изъявивших готовность вкладывать в соответствующие исследования значительные денежные средства, – банк «Центрокредит», банк «Никойл», «МФК-Банк» и «Внешэкономбанк».

В 2006 году В. Путин снова заявил однозначно: биотехнология – первейший приоритет российской экономики и науки.

Наконец, от слов правительство и инвесторы переходят к делу: биотехнологии сегодня – это один из приоритетов развития России до 2010 года. Уже в должности премьер-министра России Владимир Путин сообщил, что правительство выделило серьезные ресурсы для развития таких перспективных сфер, как нано– и биотехнологии, ядерная энергетика, аэрокосмические исследования и ряд других (по сообщению на 29.09.2008 г.)

По словам В. Путина, только по федеральным целевым программам на эти цели поступит примерно 600 млрд руб. в 2008–2010 годах. Также В. Путин заявил на общем собрании Российской академии наук (РАН), что российской науке «не обойтись без внедрения современных подходов к организации научных исследований и без развития конкуренции в научной среде».

По-моему, это очень серьезное основание для того, чтобы предпринимательское сообщество задумалось о новом направлении и оценило его. Тем более что в Башкортостане существует огромный задел наработок для биобизнеса…

Биобизнес: начать с порога!

Институт биологии РАН в Башкортостане практически первым в новой России после краха СССР, когда АН РБ еще не имела собственных утвержденных научно-технических программ, запустил программу «Биотехнология – Башкортостану» (руководитель д.б.н. Р. Н. Чураев). Это было необходимо – в новых рыночных условиях сельское хозяйство средней полосы заходило в тупик, со старыми методами оказываясь нерентабельным. Нужно было искать новые подходы. Но как?

…Знакомая картина современного, пребывающего в развале российского сельского хозяйства: по полям капусты и сахарной свеклы движутся полчища гусениц капустной совки. Опустошив одно поле, гусеницы переходят на следующее, нападают даже на яблоневые сады. И ничто, даже массированное применение ядохимикатов, не может остановить это нашествие…

Через некоторое время большая часть уцелевших гусениц превратилась в куколок, из них вылетели бабочки, те отложили яички, а служба защиты растений стала готовиться к еще более грозному нападению. Но… гусениц почти не было, а при обследовании обнаружили, что из яиц капустной совки вылетают маленькие мушки. Это были яйцееды-трихограммы, а точнее, применившая их фирма, включенная в процесс развития биобизнеса. То, что с таким трудом пытались сделать ядами, сделали маленькие насекомые…

Подсчитано, что из-за «работы» вредителей, болезней растений и сорняков агробизнес на нашей планете недополучает около трети урожая. Поэтому уже давно одной из необходимейших отраслей агробизнеса стали распространение и продажа методов и средств защиты растений. Сначала агробизнес шел по пути все большего применения ядохимикатов, и здесь действительно были большие успехи. Но чем больше попадало на поля ядов, тем хуже становились результаты их применения. Гибли полезные насекомые, в том числе и пчелы, вслед за ними пришла очередь птиц и рыб. За это время вредные насекомые смогли приспособиться к ядам. Правда, предприниматели выпускали на рынок все новые и новые ядохимикаты – они приносят на какое-то время пользу, но от этого загрязнение природы не становится меньше. Где же выход? Оказывается, его давно «придумала» природа. Против любого вредного организма биотехнологии могут найти другой, который является его врагом. Для этого нужно только коммерческое развитие биотехнологий, на котором давно настаивает В. Путин.

Здесь нельзя не сказать о том, что Башкортостан имеет лидерские позиции в этом бизнесе. Разработанные отделом биотехнологий Института биологии Уфимского научного центра РАН биопрепараты, которые в отличие от химических фунгицидов не нарушают естественного баланса экосистемы и не подавляют активности микрофлоры почвы, решают важнейшие задачи. Они подавляют рост фитопатогенных микроорганизмов (корневые гнили, плесневение, альтернариоз, гельминтоспориоз, фузариозные корневые гнили, ризоктониоз), повышают плодородие почвы за счет фиксации азота атмосферы, снабжают растения витаминами и веществами, повышающими рост растений.

Биотехнологические марки из Башкортостана «Азолен» и «Елена» давно уже завоевали уважение во всей России и за рубежом. Однако нужно двигаться дальше.

Можно попытаться использовать особенности самого вредителя для борьбы с ним. В этом суть биологического метода защиты растений, или, коротко, биобизнеса, который все чаще применяют для защиты растений.

Раз мы уже упомянули о яйцееде, то пусть он и будет первым среди тех, о ком пойдет рассказ. Первый он и по другой статье: выращенный человеком, помогает бороться с различными вредителями. Громадная ценность видов трихограммы в том, что они поражают вредителя, когда почти никакие ядохимикаты на него не действуют. Крохотное насекомое, длина которого составляет доли миллиметра, находит яйцо вредителя, протыкает его яйцекладом и вводит в него свои яйца. Через сутки-двое яйцо начинает чернеть. Пройдет еще немного времени, и уже из яиц вредителя появляются молодые трихограммы. Все начинается сначала.

В сельскохозяйственных районах необходимо в рамках развития биобизнеса и биотехнологий построить биофабрики, где выращивали бы трихограмму. Для этого зерновую моль, которая вредит запасам пшеницы, ячменя и других культур, разводят в лабораторных условиях на отходах ячменя. Яйца зерновой моли заражают трихограммой и хранят необходимое время в специальных контейнерах, после чего расселяют в поле. На каждом этапе – при выращивании, хранении и расселении – существуют свои трудности, свои проблемы. Например, как доставить живую полноценную трихограмму на большие поля? Для малого бизнеса это относительно просто: зараженные трихограммой яйца приклеивали к картонной карточке и карточки разбрасывали по полю. Но ясно, что этот способ не годится, когда речь идет об огромных полях современных биохолдингов. Для разбрасывания шаровидных капсул предприниматели придумали сначала машины, которые устанавливали на тракторе, потом на вертолетах. Лучшим же вариантом оказалось применение «малой авиации» – радиоуправляемых моделей самолетов и вертолетов.

Трихограмма – представитель паразитических насекомых, то есть таких, которые живут и развиваются за счет живого хозяина. Найдено еще много других полезных для растений паразитов-насекомых: различные виды наездников, мухи-тахины (ежемухи). Но еще больше видов насекомых, являющихся хищниками, тоже используют в биобизнесе. Например, златоглазку. Ее личинки – прожорливые хищники: они уничтожают яйца различных насекомых и, что особенно важно, тлю, с которой очень тяжело бороться.

Выглядит это примерно так. Личинка ползает по растению, находит тлю, челюстями впивается в нее, высасывает и стряхивает с себя шкурку тли. Одна личинка за день – а живет она 7–12 дней – может уничтожить несколько десятков тлей.

Златоглазку относительно просто разводить в лаборатории. При этом личинок надо держать отдельно, так как они могут съесть друг друга. Чаще всего для их выращивания, как и при разведении трихограммы, используют зерновую моль. Но оказывается, что такой способ кормления златоглазки довольно дорог. Поэтому бизнесмены, трудящиеся на ниве бурно развивающейся биотехнологической коммерции, задумались: а нельзя ли кормить ее более дешевой искусственной пищей? Такая заявка-пожелание была передана ученым, и в результате многолетней работы уже на основании требований рынка было предложено несколько рецептов. Такая пища, заключенная в искусственную синтетическую оболочку, по размерам напоминает яйца насекомых. Для наблюдения за процессом кормления личинок в пищу добавляют краситель. Личинка при этом окрашивается в красный цвет, а у взрослого насекомого в красный цвет окрашены туловище и глаза. Личинки, которых кормили искусственными яйцами, почти не уступали тем, которых выращивали на привычной пище. Предпринимателям нашей страны еще предстоит большая работа по внедрению в массовое производство линий и фабрик для разведения златоглазки, как это уже сделано для трихограммы.

Весной, когда на полях подсолнечника появляются первые всходы, одновременно рядом с некоторыми из них вырастают какие-то непонятные растения без листьев бледно-розового цвета. Значит, на поле завелся злостный сорняк-паразит заразиха.

Что в итоге? Урожай семян резко уменьшается. Химические обработки этого сорняка малоэффективны. И тут биобизнес стал надежным помощником. Оказалось, что в семенных коробочках заразихи появляются личинки мухи фитомизы. Сама мушка размером чуть больше трихограммы. Ее крохотная личинка питается мелкими семенами заразихи. Для защиты подсолнечника стали собирать пораженные фитомизой растения заразихи и выпускать муху в нужное время. Однако эффект от ее применения оказался намного ниже ожидаемого. Тщательные исследования показали, что и на самой фитомизе паразитирует несколько видов других насекомых.

И снова перед бизнесом встала сложная задача, включающая и научную (метод), и коммерческую (цена вопроса) составляющую: научиться недорого и в массовом промышленном потоке отделять фитомизу от ее паразитов. Фитомизу помещали в специальную установку, в которой на одном конце находился источник света. Насекомые начинали двигаться к нему, но натыкались на мелкую капроновую сетку. Паразиты мельче фитомизы и могли преодолеть эту преграду. Их собирали и уничтожали. Таким образом фитомизу освобождали от паразитов.

Летом все мы не раз видели особых бабочек: коричневых, с большими усиками, напоминающими радиолокаторы. Это самцы непарного шелкопряда. Они летят на привлекающее вещество – диспарлюр, одно из веществ, называемых аттрактантами, которые сейчас находят все большее применение в биобизнесе.

Представьте себе, что консалтинговой фирме в рамках работы биобизнеса поставили такую задачу: узнать, заражен ли виноградник опасным вредителем – виноградной листоверткой. Как поступали раньше? Шел агроном по винограднику и встряхивал кусты. Вылетит оттуда бабочка, значит, виноградник заражен. Потому даже если находили всего несколько бабочек – сразу проводили химические обработки.

А теперь? Теперь по всем виноградникам России висят ловушки с клеем, внутри которых на кусочек резины нанесен аттрактант гроздевой листовертки. Когда появляется вредитель, в ловушки сразу попадают самцы, и чем их больше, тем сильнее заражение. Обработку ядохимикатами начинают только тогда, когда в ловушку попадает определенное число бабочек. Это и экономия ядохимикатов, и, самое главное, сохранение полезных насекомых.

Осенью на окне можно иногда увидеть такую картину. Прямо к стеклу как будто прилипла муха, а если внимательно присмотреться, видно, что она опутана какой-то паутинкой. На самом деле это грибные нити, которые пронизывают все тело мухи, а погибла она от грибковой болезни – энтомофтороза…

Так вот, использование грибковых, вирусных и бактериальных заболеваний насекомых, других вредных организмов – еще одно из направлений биобизнеса. А так как для защиты растений используют микробные препараты, то оно получило название микробиометода.

Ценно то, что болезни насекомых очень избирательны. Одна болезнь поражает только несколько близких видов насекомых и безвредна для полезных насекомых и теплокровных животных, а также человека.

Несколько примеров из области применения биобизнеса доказали, что это сложная и разнообразная отрасль защиты растений. В науке о биобизнесе переплелись достижения энтомологии, экологии, биологии, химии, физики и даже математики и экономики.

Наибольших успехов достиг биобизнес в борьбе с вредными насекомыми, хотя предстоит еще очень многое сделать. Но не меньший вред растениям приносят их болезни, и борьба с ними более трудна, чем с насекомыми. У биобизнеса здесь основное направление – создание устойчивых к болезням сортов растений.

Большие трудности для современного агробизнеса, его рентабельности и конкурентоспособности представляет борьба с сорной растительностью. Пока первое слово тут принадлежит химии, но и биологи начинают успешно бороться с сорняками биологическими способами. Предстоит еще много работать, и, конечно, предприниматели тоже внесут свой вклад в развитие форм и методов биобизнеса.

Биобизнес идет вглубь…

Сначала напомним, что наименьшая единица всех живых существ – клетка. Все процессы, протекающие в организме, связаны с ней. Вот почему так важно познавать тайны внутриклеточной жизни. Делать это можно на выделенной из организма клетке. А чтобы она длительное время жила в изолированном состоянии, чтобы росла и давала потомство, ее надо обеспечить питанием, создать соответствующие температурные условия, предохранить от микробов.

Поэтому клетки вне организма культивируют в питательных средах, при определенной температуре, в стерильной обстановке. Культуры клеток и тканей давно используют для решения разных коммерческих проблем, возникающих в ходе развития биобизнеса. Так, на культурах клеток, взятых от животных и человека, испытывают и действие лекарственных веществ, готовят вакцины и сыворотки для борьбы с вирусными и бактериальными заболеваниями.

Первые опыты по выращиванию растительных клеток в нашей стране академик РАН Р. Бутенко начала еще в 1957 году. Тогда ее лаборатория была у нас единственной, где проводились подобные исследования. Было время, когда почти в шестидесяти лабораториях Советского Союза культивировали клетки растений. Это делали не только для того, чтобы расширить наши знания о них, но и потому, что культура растительных клеток нужна была многим отраслям промышленности – пищевой, парфюмерно-косметической, медицинской. Более того, изолированные клетки имеют прямое отношение к урожаю.

Пришли реформы, и отрасль, способная дать биотехнологии, оказалась на десять лет в полном развале. Только при В. Путине стали собирать осколки утраченного, чтобы не опоздать на поезд мирового бизнеса…

Сегодня, надо сказать, культивируемые биобизнесом клетки растений существенно отличаются от растущих в культуре животных клеток. Как биотехнологи ни пытались, им так и не удалось получить для коммерческого использования животные клетки, которые возвращались бы к эмбриональному состоянию. Для растительных же клеток, культивируемых вне организма, такой возврат вполне возможен. Они перестают быть в культуре «узкими специалистами» и дают начало так называемой каллусной ткани.

«Каллус» по-латыни – «мозоль». Так называют ткань, которая образуется в результате травмы на поверхности растения. Из нее и возникают зачатки разных органов. В такую же ткань превращаются клетки растения, когда их помещают на искусственную питательную среду, куда входят разные минеральные соли, сахара и различные гормоны. Зеленые клетки листа, клетки пыльцы, клубней и любые другие теряют в культуре характерные для них особенности и становятся каллусными. Однако и они «хранят память» о своем виде.

Выращивают клетки в пробирках и колбах, которые помещают на специальные качающиеся установки. При тряске вокруг клеток не образуется зона токсических веществ, которые выделяются в процессе их жизнедеятельности. Тем самым создаются лучшие условия для их питания и поступления кислорода. Размножившиеся каллусные клетки остаются соединенными друг с другом, образуя клеточные агрегаты. Многие составляющие их клетки попадают в менее благоприятные условия роста. А когда сосуды колеблются, то агрегаты дробятся на более мелкие части. Жидкая питательная среда вокруг них все время перемешивается.

Иногда клетки выращивают в культиваторе – вертикально поставленной трубке, в которую снизу подается пузырек воздуха. Подачу его регулирует особое реле. Воздушный пузырек помогает лучшей аэрации, препятствует образованию токсических зон и разрушает клеточные агрегаты. В результате клеточных делений масса каллусной ткани быстро растет.

Что дает бизнесу выращивание клеток? Дело в том, что выращиваемые таким образом для коммерческого использования клетки продолжают вырабатывать эфирные масла, алкалоиды, смолы, стероиды и другие свойственные им вещества, которые используются в разных отраслях коммерческой деятельности – от промышленности до ароматерапии. И неважно, каким способом они будут получены: из цветков ли, плодов, стеблей, корней целого растения или же из культуры клеток каллусной ткани. Для бизнеса важно лишь, чтобы было как можно больше нужных веществ. Посмотрим, какой способ лучше.

В растении раувольфии, особенно ее корнях, содержится большое количество разных алкалоидов, из которых наибольшее применение получили резерпин и аймалин, необходимые для лечения гипертонической болезни, – они понижают кровяное давление. Раувольфия, житель тропиков, в Башкортостане не растет. Однако из культуры ее клеток ученые именно у нас получают и резерпин, и аймалин. И вот что важно: в культивируемых клетках аймалина содержится в два с лишним раза больше, чем в клетках целых растений, да к тому же это вещество можно получать круглый год. Ведь для роста клеток «в пробирке» не требуется ни подходящей почвы, ни благоприятного климата.

А вот другой пример. Женьшень, занесенный в Красную книгу, растет в нашей стране только в дальневосточной тайге. В корнях его содержится много целебных веществ, отсюда и на звание – «корень жизни». Настойки женьшеня применяют при пониженном кровяном давлении, усталости, переутомлении, при некоторых нервных заболеваниях. Препараты из корня широко используются и в парфюмерном бизнесе. Растет женьшень крайне медленно – его корни добывают только на пятый-шестой год жизни растения. За год они тяжелеют всего на один грамм.

Как быть коммерсанту, которому нужно больше товара? Ответ дает биотехнология: каллусная масса женьшеня растет в сотни раз быстрее! Культура клеток женьшеня спасает это растение от полного истребления в природе и заменяет дорогостоящее его искусственное разведение. «Клеточный» женьшень скоро полностью заменит почти исчерпанный в тайге «корень жизни». Выходит, что с помощью биобизнеса можно сохранять исчезающие на Земле растения.

Но какое все же отношение имеют клетки в культуре к пищевому бизнесу? Оказалось, что по желанию ученого из каллусной ткани можно вызвать развитие различных органов растения. Стеблевые побеги возникают из клеток риса, моркови, петрушки, баклажанов, гороха и многих других употребляемых в пищу растений. Если побеги перенести в соответствующую питательную среду, у них появляются корни. И тогда из пробирок прямой путь в почву, где они растут уже как обычные растения.

Заметим, это не опасная и агрессивная современная генная инженерия, которую справедливо критикуют, а экологически чистая биотехнология. Природу не подменяют искусственной структурой, ее лишь подгоняют в естественных процессах…

Превращение каллусной клетки в клетку, которая дает начало зародышеобразной структуре, представляет собой и большой практический, предпринимательский интерес. Ведь такая клетка может дать полноценное растение, как оплодотворенная яйцеклетка, в которой объединяются материнские и отцовские хромосомы. Каллусная же клетка по составу в ней хромосом такая же, как и все остальные клетки растения, из ткани которого получена культура. Ее развитие происходит под действием определенных химических веществ.

Особенно подробно процесс образования целого растения из клетки изучен на моркови. Биотехнологи убедились, что любая клетка моркови, прошедшая в культуре стадию каллусной клетки, способна дать начало зародышеобразной структуре, а затем и целому растению.

Образование целого растения из клетки – это уже не мечта, а реальность. Тут, конечно, могут возникнуть вопросы: для чего из клетки выращивать целые растения? Не проще ли сажать их обычным способом?

Оказывается, клеточное разведение имеет – именно в области коммерческой деятельности, где важны скорость и результат – ряд преимуществ. Применяя такой метод, можно избавить посадочный материал от вирусов, которыми поражены ценные сорта картофеля и других овощных, плодовых и технических культур. А ведь это существенно снижает потери урожая. Вирусные заболевания растений – подлинный бич сельского бизнеса во всем мире. Как же оздоровить экономически важные сельскохозяйственные растения с помощью клеточных культур?

Биотехнологии доказали, что молодые части стебля, где находится образовательная, или меристемная, ткань, не содержат вирусов. Из таких здоровых участков верхушек стебля и получают культуру меристемы или культуру каллусной ткани. А из них можно уже вырастить и целые растения. Вот один из путей от клетки к полноценному урожаю. Один, но не единственный!

Как важно для повышения рентабельности нашего сельского бизнеса получить морозоустойчивые и засухоустойчивые растения, не подверженные заражению болезнетворными микробами! Для выведения таких сортов селекционеры затрачивают многие годы кропотливого труда. При использовании культуры клеток для этой цели не только значительно ускоряется селекционная работа, но и удается сочетать такие признаки, которые при обычной гибридизации не получаются.

Иногда вообще межвидовые гибриды невозможно получить. И тогда на помощь могут прийти клетки этих растений, взятые из любого органа, – соматические. Пока клетки покрыты своими плотными оболочками, конечно, ни о каком их слиянии не может быть и речи. Но оболочки легко растворяются некоторыми ферментами. А «голые» клетки – протопласты – сливаются друг с другом беспрепятственно.

В одном из опытов для получения гибридного растения ученые использовали протопласты дикого и культурного видов картофеля – сорта Приекульский ранний. У него крупные клубни, но он восприимчив к болезням. У дикого картофеля клубни очень мелкие, зато он устойчив ко всяким заболеваниям. Различаются эти виды и по количеству хромосом, и по размерам протопластов: у культурного они от тридцати двух до семидесяти восьми микрон в диаметре, а у дикого – от двадцати пяти до пятидесяти шести микрон (микрон – это тысячная доля миллиметра). При культивировании слившихся протопластов в питательной среде образовывалась обычная каллусная ткань. Для того чтобы из нее начали возникать органы, крошечные кусочки этой ткани – размером около одного миллиметра – вырезали и высаживали, как уже говорилось, в другую питательную среду, где и формировались побеги. Затем они давали корни, и тогда их переносили в почву.

Какими же свойствами обладали полученные соматические гибриды? По форме листьев и кустов, по размерам клубней они занимали как бы промежуточное положение между культурным и диким видами. Так, впрочем, бывало и при обычной половой гибридизации этих растений. Но гибрид, полученный из протопластов, оказался устойчивым к одной из тяжелых вирусных болезней…