АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Современная биотехнология, особенно ее стержневые направления— клеточная и генетическая инженерия — оказывают существенное влияние на развитие агропромышленного комплекса страны. С учетом реальных достижений и значимости указанных приоритетных направлений науки на международном симпозиуме в г. Сегеде (Венгрия, 1983) биотехнологи и экономисты прогнозировали увеличение масштабов реализации биотехнологической продукции на мировом рынке к 2000 г. до 20 % от общего объема товарооборота. Ученые и практики явно преувеличили темпы возможного развития биотехнологии. Вместе с тем, сегодня уже мало кто сомневается в значении развития современной биотехнологии. Все дело только во времени. Дискуссия развернулась лишь о том, в каких областях экономики могут быть достигнуты наибольшие результаты? Это можно не только предполагать, но и достоверно утверждать на основе точного анализа сложившихся тенденций развития биотехнологии как науки и применения ее достижений в производстве.
В селекции и растениеводстве основные исследования биотехнологов направлены на создание улучшенных и принципиально новых генотипов сельскохозяйственных растений, обладающих единичной, групповой или комплексной устойчивостью к биотическим или абиотическим стрессовым факторам среды при сохранении и повышении их продуктивности и качества. , Эпифитотийный характер распространения наиболее опасных грибковых, вирусных и бактериальных заболеваний культурных растений, уничтожающих до 30 % (и более) урожая, создали в стране ситуацию, при которой потребность в обновлении сортовых ресурсов сельскохозяйственных культур на основе новых методов биотехнологии стала исключительно острой.
|
|
|
378
Посевы зерновых на огромных территориях во всех сельскохозяйственных регионах поражаются корневыми гнилями, ржавчинами, гельминтоспориозами и другими болезнями. Поражение посевов озимой пшеницы на Северном Кавказе фузариозом колоса приводит к накоплению в зерне опасных для здоровья людей и животных микотоксинов. В отдельные годы фузариозом поражается до половины собранного урожая зерна. Подсолнечник в этой зоне сильно поражается склеротиниозом и фомопсисом. Потери урожая семян этой культуры достигают до 50 % и более.
Картофель и томаты повсеместно поражаются фитофторозом, что резко снижает урожай этих ценных продовольственных культур и приводит к большим потерям при хранении. Переноспороз почти ежегодно уничтожает не больших площадях посевы огурцов и лука.
Частые, обширные и жесточайшие засухи, особенно в Поволжье, на Урале, в Сибири и других регионах страны, вызывают повреждения и гибель посевов зерновых и других культур, резко снижают валовые сборы зерна и продукции растениеводства. Низкие температуры и различные неблагоприятные факторы перезимовки приводят к изреживанию и гибели посевов озимых и зимующих культур на больших площадях, достигающих 50 % и более.
|
|
|
Недобор урожая имеет место на кислых и засоленных почвах, площади, которых составляют соответственно 68,9 и 16,3 млн. га сельскохозяйственных угодий. Выбросы в атмосферу промышленными предприятиями ядовитых соединений, загрязнение почв приводит к повреждению посевов, накоплению ими опасных для людей веществ. Значительная часть земель в западном и центральном регионах России загрязнена радионуклидами — как следствие чернобыльской катастрофы.
Попытки селекционеров создать устойчивые сорта и гибриды сельскохозяйственных культур традиционными методами селекции не привели к желаемым результатам. Использование трансгрессивной селекции позволило решить ряд частных проблем устойчивости культурных растений к стрессовым факторам среды. Однако в целом проблема остается исключительно острой. В перспективе, в связи с предполагаемым ухудшением климата, она станет еще более опасной.
|
|
|
Что могут и что практически делают в этом направлении биотехнологи — клеточные и генные инженеры? Используя новые методы они создают генотипы растений с улучшенными или принципиально новыми качествами, с групповой или ком-
379
плексной устойчивостью к биотическим и абиотическим факторам среды.
Важнейшей задачей генетиков, биотехнологов и селекционеров, без решения которой невозможно добиться поставленной цели, была и остается идентификация эффективных генов, детерминирующих важнейшие признаки устойчивости растений к стрессовым факторам среды. Эту сложную работу осуществляют специалисты многих генетических центров и лабораторий мира, на основании изучения растительных ресурсов. Для этого в первую очередь используют выявленные и изученные источники и доноры устойчивости. Создание банков эффективных генов во многих странах только начинается.
Важным этапом работы по генетической трансформации растений является выделение и клонирование генов, создание на их основе векторов для переноса чужеродных генов в клетки-реципиенты. Использование плазмидных, транспозонных, вирусных, пневмобалистических и других векторных систем позволяет исследователям осуществлять трансформацию растительных генотипов и получать трансгенные растения с заданными свойствами или близкими к ним качественными характеристиками.
|
|
|
По генно-инженерной технологии в ведущих биотехнологических центрах и лабораториях мира и прежде всего в США, Японии, Германии, Голландии, Франции, Китае, Индии получены устойчивые фо'рмы растений: хлопчатника — к хлопковой совке; риса — к перикуляриозу; картофеля — к колорадскому жуку и фитофторе; пшеницы — к засолению; сахарной свеклы— к ризомании; рапса — с тремя нулями качества — к грибным заболеваниям. Посевные площади, занятые под трансгенными сортами и гибридами сельскохозяйственных растений в производстве уже занимают в мире более 17 млн. га и постоянно расширяются. Существовавший ранее тотальный запрет на внедрение в производство трансгенных растений и других биологических объектов, полученных генно-инженерными методами, постепенно ослабевает при сохраняющемся высоком уровне государственного контроля, надежности и безопасности их использования.
В биотехнологических и селекционных центрах и других научно-исследовательских учреждениях страны работы по созданию трансформированных сельскохозяйственных растений были развернуты начиная с 1986 г., после принятия известного постановления директивных органов, утвердивших первую национальную программу по биотехнологии.
380
Эти работы с наибольшей эффективностью проводятся в настоящее время во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной биотехнологии, в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, в НИИСХ Юго-Востока, в Краснодарском НИИСХ, во ВНИИ кормов, во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур, ВНИИ риса, ВНИИ картофельного хозяйства, ВНИИ генетики и селекции плодовых растений, в НИИСХ центральных районов Нечерноземной зоны, в НИИСХ Северо-Востока.
В Российской Академии наук (РАН) эти работы получили большое развитие в Институте физиологии растений, в Центре «Биоинженерии» РАН, в Институте молекулярной генетики РАН, в Институте молекулярной биологии РАН, в Институте биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова и в др.
Учитывая сложность и большую наукоемкость генно-инженерных работ на первом этапе развития биотехнологии в научных учреждениях сельскохозяйственного профиля, получили большое развитие клеточные технологии, позволившие создать в значительных объемах сомаклональные варианты растений на основе суспензионных и клеточных культур, гаплоидных и автодигаплоидных вариантов пыльниковой и пыльцевой культуры; регенерантов из эмбриоидов, сформировавшихся в кал-лусных тканях, полученных из незрелых зародышей и других органов растений.
Почти два десятилетия активной работы биотехнологов в селекционных и биотехнологических центрах позволили получить сотни и тысячи регенератов растений с ценными свойствами: повышенной устойчивостью к засухе, высоким и низким температурам, засолению, опасным грибковым, бактериальным и вирусным заболеваниям, повышенной кислотности почвы. На их основе получены новые ценные сорта ярового ячменя во ВНИИ центральных районов Нечерноземной зоны и НИИ Северо-Востока; яровой пшеницы — в НИИ Юго-Востока; озимой пшеницы — в Краснодарском НИИСХ; клевера и люцерны — во ВНИИ кормов; картофеля — во ВНИИ картофельного хозяйства; во ВНИИ генетики и селекции плодовых растений, во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства.
В Государственный реестр внесены первые отечественные сорта зерновых и других культур, полученные отечественными селекционерами с использованием биотехнологических методов. В России, как и во многих других странах мира, впервые создана правовая база для осуществления генно-инженерных и других биотехнологических работ с использованием в производ-
381
стве новых трансформированных генотипов растений, животных и микроорганизмов. Приняты законы: «О государственной политике в области генно-инженерной деятельности», «О селекционных достижениях», «О племенной работе», «О семеноводстве» и др.
Широкое распространение в мире и в России получили исследования по природным фитогормонам и синтетическим регуляторам роста развития растений, как веществам, обладающим значительными биотехнологическими эффектами. Их использование позволяет решать многие практические задачи агропромышленного производства: регулирование онтогенеза растений и сроков созревания урожая, повышение его качества, устойчивости организмов к абиотическим факторам среды, болезням и вредителям. С учетом выявленной эффективности, регуляторы роста растений в перспективе будут получать все больший ареал распространения и области применения.
Животноводство и ветеринария. Наиболее продвинутыми в области животноводства в мире являются работы по трансплантации оплодотворенных яйцеклеток и зародышей в целях ускоренного размножения высокопродуктивных, высокоценных животных. Этот метод сегодня используется для создания высокопродуктивных стад крупного рогатого скота, овец, свиней и птицы. Тщательно отработаны и эффективно используются технологии стимулирования процесса овуляции, образования и вымывания зигот, их оплодотворения invitro, трансплантации в половые органы* животных-реципиентов, деление гаструл для получения животных (однояйцевых близнецов). Многие фирмы и научные учреждения Англии, Германии, Франции, Австралии и других развитых стран проводят эту работу не только в своих государствах, но и во многих развивающихся странах, обеспечивая по договорам и контрактам выполнение наукоемких проектов и заказов по развитию животноводства.
В России методы трансплантации животных разработаны и усовершенствованы во ВНИИ животноводства, в Научно-производственном биотехнологическом центре животноводства, в племцентре Министерства сельского хозяйства и продовольствия. Масштабы работы по трансплантации высокопродуктивных животных в нашей стране значительно отстают от объемов работ, которые выполняются в ведущих зарубежных государствах. Главными причинами такого отставания является резкое ухудшение положения дел в животноводстве: сокращение поголовья всех видов скота в 1,5—3,0 раза, рост падежа, снижение производства кормов, значительное ухудшение племенной работы, быстрая деградация животноводческой отрасли в целом.
382
В этих условиях общественные, индивидуальные и частные сельскохозяйственные предприятия, абсолютное большинство которых в условиях проводимых в стране реформ оказались банкротами, не располагают необходимыми средствами для применения достижений современной биотехнологии и рекомендаций науки.
Работая на перспективу, ученые биотехнологи России решают и другие приоритетные проблемы животноводства. Важнейшими из них являются получение трансгенных животных: крупного рогатого скота, овец, свиней, кроликов и птицы, отличающихся устойчивостью к вирусным и другим инфекциям. На очереди получение трансгенных животных, устойчивых к лейкозу, туберкулезу и бруцеллезу.
Важнейшим направлением в работе биотехнологов в области животноводства является создание трансгенных штаммов азотфиксирующих и продуцирующих незаменимые аминокислоты микроорганизмов, живущих в желудочно-кишечном тракте животных. Они способствуют лучшей усвояемости кормов животными, увеличению выхода продукции и повышению ее биологической полноценности.
Принципиально новым направлением в биотехнологии является получение трансгенных животных—доноров органов и тканей, используемых для лечения человека. В настоящее время имеются соответствующие генные конструкции и проводятся эксперименты по получению трансгенных свиней.
Созданы и совершенствуются генные конструкции для интеграции в геном сельскохозяйственных животных — генов эритропоэтина, инсулиноподобного фактора, инсулина человека и др.
Во ВНИТИ птицеводства впервые были получены трансгенные куры и перепелки с различными генными конструкциями. Открываются широкие возможности создания новых линий и пород кур с повышенной продуктивностью и устойчивостью к болезням в условиях промышленного и индивидуального производства.
Важнейшим результатом исследований в области биотехнологии является разработка принципиально новых технологий стимулирования роста и продуктивности животных путем им-мунокоррекции соматостатина с помощью спектра препаратов химерных белков, показывающих высокую эффективность на крупном рогатом скоте, свиньях и пушных зверях. Разработаны и применяются на практике основные принципы генетического клонирования животных, в том числе путем хирургического разделения ранних эмбрионов.
383
Большой вклад в развитие биотехнологии в животноводстве вносят коллективы ученых ВНИИ животноводства, ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии, ВНИИ генетики и разведения сельскохозяйственных животных, ВНИИ физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных, Научно-производственного биотехнологического центра животноводства, ВНИИ свиноводства, Краснодарского НИИ животноводства, ВНИИ кролиководства и звероводства, ВНИИ экспериментальной ветеринарии и ВНИТИ птицеводства.
В реализации биотехнологических программ в области животноводства активно участвуют коллективы ученых институтов РАН — Центра «Биоинженерии», Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгарда, Института молекулярной генетики, Института биологии гена, Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Института питания АМН, Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова, ВНИИ генетики микроорганизмов, Института экспериментальной медицины Министерства здравоохранения Российской Федерации, а также Института микробиологии и вирусологии им. А.Г. Кирхенштейна (Латвия), Института гематологии и переливания крови (Белоруссия).
По отдельным направлениям ведется сотрудничество с зарубежными странами, в том числе США, Германии, Индии, Японии, Польши, Австралии, Чехии, Словакии и Бельгии. Создана система научной координации, способствующая объединению усилий ученых биотехнологов по решению важнейших проблем животноводства.
Наибольших результатов биотехнологи добились в развитии ветеринарной медицины, решении профилактических и терапевтических задач по защите скота и птицы от болезней, создании условий для ветеринарной безопасности животноводства. Разработаны методы получения и организовано промышленное производство одновалентных и поливалентных сывороток профилактического и препаратов терапевтического действия, полученных генно-инженерными методами.
Разработаны способы массового культивирования клеток и вирусов на биофабриках, что позволяет выпускать более 40 вирус-вакцин против наиболее опасных вирусных инфекций — бешенства, инфекционного ринотрахеита, чумы и других заболеваний, в том числе вызываемых бактериальными и грибковыми возбудителями.
Разработаны и применяются в производстве высокочувствительные диагностические препараты на основе метода ИФА (иммуно-ферментного анализа), ДНК-зондов, внедрения поли-
384
меразацепнои реакции (ПЦР). Используются моноклональные антитела, полученные методом гибридомной технологии. Получены генетически трансформированные зиготы и кролики с геном асРНК к вирусам лейкоза и зиготы кролика с геном альфа-2 интерферона. Разработана рекомбинантная вакцина против лейкоза крупного рогатого скота на основе оспенного вектора. На культуре клеток нарабатывается антиген и производится диагностикум лейкоза крупного рогатого скота. Генно-инженерные вакцины против ящура производятся в объемах, обеспечивающих потребности в них России, стран СНГ и других государств.
В перерабатывающей промышленности и хранении биотехнологические методы и приемы направлены на сохранение и улучшение вкусовых и других качеств продукции, основанных на применении биологических компонентов-добавок, консервантов, пищевкусовых соединений растительного и синтетического происхождения, мембранной технологии, трансгенных микроорганизмов, обеспечивающих надежную и длительную сохранность продукции. Современная промышленность, производящая витамины, аминокислоты, кормовые и пищевые добавки, почти полностью основана на современных методах биотехнологии и биохимии.
Биотехнология как наука и отрасль производства переживает сегодня период становления и ускоренного развития. Уловив экономическую значимость ее в ближайшей и особенно отдаленной перспективе правительства почти всех стран утвердили национальные программы развития биотехнологии и обеспечили высокий уровень их государственной поддержки и прежде сего бюджетного финансирования.
Объем финансирования биотехнологии в США за счет всех источников составляет около 10 млрд. долларов в год. В России в условиях реформ и экономического кризиса государство сократило выделение бюджетных средств на науку в целом по сравнению с 1990 г. в 17 раз. В тяжелейшем состоянии оказалась и биотехнологическая наука. Россия не может и не должна отставать в развитии стратегически важного направления науки — биотехнологии. Должны быть приняты все меры для того, чтобы преодолеть отставание и обеспечить быстрое развитие биотехнологии в ближайшем будущем, что окажет большое положительное влияние на подъем экономики нашего государства.
13-177345
ПРИЛОЖЕНИЕ
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 158; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!