Какие продукты нового поколения мы будем есть
Еда с заданными свойствами
Современные биотехнологии перестают быть нишевой наукой и становятся инфраструктурой продовольственной безопасности. Генетика, микробиология и анализ больших данных уже сегодня меняют то, что мы едим, как это производится и какие новые продукты появляются на рынке. Разбираемся, почему именно биотехнологии становятся ключом к устойчивому развитию агросектора и какие возможности они открывают.
В последние годы человечество привыкло воспринимать еду как нечто само собой разумеющееся: полки магазинов заполнены, ассортимент исчисляется тысячами наименований. Между тем фундаментальные условия, на которых держалась мировая продовольственная система, меняются: население земного шара превысило 8 миллиардов человек, а площадь земель сельхозназначения остается практически неизменной.
Без технологического скачка прокормить население Земли становится все сложнее. К этому добавляется климатическая неопределенность и фактор здоровья. Рост объемов удобрений, применяемых в сельском хозяйстве, лишь усугубляет проблему.
Ответом на эти вызовы становится переход к новому, технологичному сельскому хозяйству. И ключевую роль в нем играют биотехнологии — направление, которое все чаще называют мегатехнологией, подчеркивая их комплексность и всеобъемлющее влияние на нашу жизнь. В это понятие включают развитие биологических средств защиты растений, биоудобрений и ветеринарных технологий, технологии для производства компонентной базы, а также использование биотехнологических методов в селекции растений и животных.
«Сегодня для того, чтобы заниматься биотехнологиями, вы должны обладать знаниями в микробиологии, быть хорошим специалистом в генетике, знать основные принципы организации производственных процессов, быть специалистом в компьютерных технологиях, разбираться в больших данных и в искусственном интеллекте. Без этого сегодня развивать современные биотехнологии невозможно», — отметила заместитель председателя правления АО «Россельхозбанк» Елена Батурова.
Россельхозбанк, как опорный банк АПК, способствует развитию этого направления: от поддержки аграрных проектов до стипендиальных программ и образовательных инициатив. «Наша задача — сделать так, чтобы в сельское хозяйство пришли талантливые молодые специалисты. Именно они создадут настоящее технологическое сельское хозяйство», — подчеркнула Батурова.
Без технологического скачка прокормить население Земли становится все сложнее. К этому добавляется климатическая неопределенность и фактор здоровья. Рост объемов удобрений, применяемых в сельском хозяйстве, лишь усугубляет проблему.
Ответом на эти вызовы становится переход к новому, технологичному сельскому хозяйству. И ключевую роль в нем играют биотехнологии — направление, которое все чаще называют мегатехнологией, подчеркивая их комплексность и всеобъемлющее влияние на нашу жизнь. В это понятие включают развитие биологических средств защиты растений, биоудобрений и ветеринарных технологий, технологии для производства компонентной базы, а также использование биотехнологических методов в селекции растений и животных.
«Сегодня для того, чтобы заниматься биотехнологиями, вы должны обладать знаниями в микробиологии, быть хорошим специалистом в генетике, знать основные принципы организации производственных процессов, быть специалистом в компьютерных технологиях, разбираться в больших данных и в искусственном интеллекте. Без этого сегодня развивать современные биотехнологии невозможно», — отметила заместитель председателя правления АО «Россельхозбанк» Елена Батурова.
Россельхозбанк, как опорный банк АПК, способствует развитию этого направления: от поддержки аграрных проектов до стипендиальных программ и образовательных инициатив. «Наша задача — сделать так, чтобы в сельское хозяйство пришли талантливые молодые специалисты. Именно они создадут настоящее технологическое сельское хозяйство», — подчеркнула Батурова.
От ГМО к редактированию ДНК
Одно из ключевых направлений биотехнологий — генетика растений. Современное секвенирование позволяет расшифровывать геномы сельхозкультур и понимать, какие гены отвечают за устойчивость к климату, урожайность и потребность в удобрениях. Обработка полученной с помощью секвенирования информации позволяет подбирать сорта, способные давать стабильный урожай при дефиците влаги, перепадах температур или снижении использования химических удобрений. Речь идет прежде всего о базовых культурах — пшенице, сое, кукурузе, от которых напрямую зависит продовольственная безопасность. Так, специалисты ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН разработали инструмент для поиска повторяющихся последовательностей ДНК и проанализировали геном риса.
«Рис служит основным продуктом питания для более чем миллиарда человек. Поэтому выведение новых высокоурожайных сортов этого растения — важная продовольственная задача. Чтобы ее решить, нужно понимать устройство генома риса и найти в нем все мобильные генетические элементы. Нам удалось обнаружить большое количество ранее не известных последовательностей, что поможет в поиске удачных мест встраивания генов других организмов в геном риса и в создании новых сортов», — рассказал руководитель проекта, доктор биологических наук Евгений Коротков.
При этом принципиально важно различать два подхода, которые в общественном сознании часто смешиваются, — генную модификацию и геномное редактирование. В классических ГМО в организм встраиваются чужеродные гены. На сегодняшний день неизвестно, как они могут повлиять на здоровье человека при массовом применении. В России действует жесткий запрет на использование ГМО-технологий в сельском хозяйстве.
Геномное редактирование — это иной технологический уровень. С помощью инструментов CRISPR — так называемых «генетических ножниц» — специалисты не добавляют в растение чужую ДНК, а аккуратно вырезают или отключают отдельные участки их собственного генома, создавая новые сорта растений или добавляя существующим нужные свойства. Например, ученые из Института цитологии и генетики СО РАН вывели картофель, устойчивый к холодовому осахариванию.
«Мы использовали две стратегии. Первая — это „выключение“ гена, который запускает процесс превращения сахарозы в глюкозу и фруктозу. Эксперименты показывают, что это в значительной мере снижает интенсивность холодового осахаривания у растений. И сейчас мы проводим аналогичную работу с популярными российскими сортами картофеля. Вторая стратегия — введение в селекцию диких видов картофеля, уже устойчивых к осахариванию», — поделилась сотрудница ИЦиГ СОРАН Анастасия Егорова.
«Рис служит основным продуктом питания для более чем миллиарда человек. Поэтому выведение новых высокоурожайных сортов этого растения — важная продовольственная задача. Чтобы ее решить, нужно понимать устройство генома риса и найти в нем все мобильные генетические элементы. Нам удалось обнаружить большое количество ранее не известных последовательностей, что поможет в поиске удачных мест встраивания генов других организмов в геном риса и в создании новых сортов», — рассказал руководитель проекта, доктор биологических наук Евгений Коротков.
При этом принципиально важно различать два подхода, которые в общественном сознании часто смешиваются, — генную модификацию и геномное редактирование. В классических ГМО в организм встраиваются чужеродные гены. На сегодняшний день неизвестно, как они могут повлиять на здоровье человека при массовом применении. В России действует жесткий запрет на использование ГМО-технологий в сельском хозяйстве.
Геномное редактирование — это иной технологический уровень. С помощью инструментов CRISPR — так называемых «генетических ножниц» — специалисты не добавляют в растение чужую ДНК, а аккуратно вырезают или отключают отдельные участки их собственного генома, создавая новые сорта растений или добавляя существующим нужные свойства. Например, ученые из Института цитологии и генетики СО РАН вывели картофель, устойчивый к холодовому осахариванию.
«Мы использовали две стратегии. Первая — это „выключение“ гена, который запускает процесс превращения сахарозы в глюкозу и фруктозу. Эксперименты показывают, что это в значительной мере снижает интенсивность холодового осахаривания у растений. И сейчас мы проводим аналогичную работу с популярными российскими сортами картофеля. Вторая стратегия — введение в селекцию диких видов картофеля, уже устойчивых к осахариванию», — поделилась сотрудница ИЦиГ СОРАН Анастасия Егорова.
Белковый удар
Еще одно направление биотехнологий, напрямую связанное с появлением новых продуктов, — микробиология. Ее потенциал выходит далеко за рамки ферментации или защиты растений. Например, микробиология делает возможным создание альтернативного белка, который можно использовать как в человеческом рационе, так и в кормах для животных, снижая нагрузку на традиционное животноводство.
«Необходимы те растения, которые обладают большим количеством белка, прежде всего это соя и горох. Дальше посредством синтеза и использования микробиологии с добавлением различных питательных веществ сегодня уже можно получать альтернативные источники белка в промышленном количестве», — отметила Елена Батурова.
Параллельно благодаря микробиологии развиваются технологии создания биологических удобрений, которые позволяют доставлять к корням растений микроэлементы, которые существуют в окружающей среде. Например, в РТУ МИРЭА разработали микробиологическое удобрение на основе азотофиксирующих бактерий, которое позволяет преобразовывать атмосферный азот в доступную для растений форму, способствуя их росту и улучшая усвоение минералов.
Можно с уверенностью сказать, что биотехнологии перестают быть вспомогательным инструментом агросектора и становятся его системной основой. Они позволяют не просто повышать урожайность или снижать издержки, а проектировать еду с заданными свойствами — устойчивую к климатическим рискам, более полезную и доступную. В условиях растущего населения и ограниченных ресурсов именно этот переход от экстенсивного производства к управляемым технологиям определит, насколько устойчивой окажется продовольственная система в ближайшие десятилетия.
«Необходимы те растения, которые обладают большим количеством белка, прежде всего это соя и горох. Дальше посредством синтеза и использования микробиологии с добавлением различных питательных веществ сегодня уже можно получать альтернативные источники белка в промышленном количестве», — отметила Елена Батурова.
Параллельно благодаря микробиологии развиваются технологии создания биологических удобрений, которые позволяют доставлять к корням растений микроэлементы, которые существуют в окружающей среде. Например, в РТУ МИРЭА разработали микробиологическое удобрение на основе азотофиксирующих бактерий, которое позволяет преобразовывать атмосферный азот в доступную для растений форму, способствуя их росту и улучшая усвоение минералов.
Можно с уверенностью сказать, что биотехнологии перестают быть вспомогательным инструментом агросектора и становятся его системной основой. Они позволяют не просто повышать урожайность или снижать издержки, а проектировать еду с заданными свойствами — устойчивую к климатическим рискам, более полезную и доступную. В условиях растущего населения и ограниченных ресурсов именно этот переход от экстенсивного производства к управляемым технологиям определит, насколько устойчивой окажется продовольственная система в ближайшие десятилетия.
