Польза и вред от биотехнологий
В октябре исполнилось 50 лет ведущему российскому исследовательскому институту в области биотехнологий — Государственному научно-исследовательскому институту генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИгенетика), входящему в Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук рассказал «Известиям» о том, как с помощью биотехнологий развивать сельское хозяйство и уберечься от новых биотехногенных угроз.
— Казалось бы, ядерная физика, с которой начинался Курчатовский институт, и биология с генетикой — довольно различные научные дисциплины. Как они оказались объединены в единый исследовательский центр?
— Мне приходится часто слышать вопрос: какое отношение имеет Курчатовский институт к биологии? Так вот, самое прямое! Именно здесь, еще в 40-е годы прошлого века, во времена запуска советского атомного проекта, стало понятно, что необходимо изучать влияние радиации на человека и искать способы защиты от нее. Тогда это была совершенная terra incognita. Практически одновременно с ядерной физикой в Лаборатории № 2 (как тогда назывался Курчатовский институт) развернулись медицинские радиационно-биологические исследования. И еще до войны биогенетические исследования в нашей стране были абсолютно на мировом уровне.
Но в 1948 году состоялась печально знаменитая сессия ВАСХНИЛ — Всесоюзной сельскохозяйственной академии, где отечественная генетика была фактически уничтожена. Именно тогда в нашем институте атомной энергии, с подачи Игоря Васильевича Курчатова и его ближайшего соратника Анатолия Петровича Александрова нашли прибежище изгнанные из других мест биологи и генетики. Так в нашем медико-биологическом подразделении в 1950-е годы продолжались генетические исследования мирового уровня. И это стало еще одним из многих важнейших ответвлений атомного проекта.
— Как появился знаменитый ГосНИИгенетика?
— В 1958 году в Институте атомной энергии был образован Радиобиологический отдел (РБО), в котором известный биолог Сос Алиханян организовал и возглавил генетическую лабораторию — Сектор генетики и селекции микроорганизмов. При активной поддержке руководства Курчатовского института он не просто мог продолжать генетические исследования, но активно развивать и биотехнологии на принципиально новом уровне. Поэтому когда спустя 10 лет, в 1968 году, в стране возник запрос на формирование биотехнологической и микробиологической промышленности, этот сектор был преобразован в отдельный институт. Так под крышей Курчатовского института зародился знаменитый впоследствии ГосНИИгенетика.
Именно отсюда в Советском Союзе развилась одна из крупнейших в мире биотехнологических промышленностей. На базе этого института в стране тогда выпускали все виды существовавших на тот момент антибиотиков, кормовых добавок, аминокислоты, витамины — практически всё необходимое для внутренних потребностей сельского хозяйства и фармакологической промышленности огромной страны, абсолютно независимо.
— Почему эта независимость не была сохранена?
— В СССР существовали свои стандарты для всех отраслей промышленности. С распадом страны и открытием наших рынков для иностранной продукции возник вопрос о соответствии российской продукции западным стандартам. Так, под эгидой повышения конкурентоспособности наших товаров и изделий, в том числе высокотехнологичных, были фактически уничтожены многие отрасли отечественной промышленности (авиационная, электронная, судостроительная, биотехнологическая и др.), а наши внутренние рынки стали заполняться иностранной продукцией.
— Что удалось сохранить в этой ситуации?
— Институт «ГосНИИгенетика» удалось уберечь от приватизации и сохранить в нем одну из крупнейших коллекций микроорганизмов, без которых просто невозможна любая биотехнологическая промышленность.
Но еще до того, как ГосНИИгенетика вернулся в состав Курчатовского института в 2016 году, мы на нашей площадке начали разворачивать генетические исследования. Ведь к 2008 году уже семь стран расшифровали геном человека, а у нас в стране нет. Мы начали работу в этом направлении и именно в бывшем Институте атомной энергии в 2009 году расшифровали первый в стране и восьмой в мире геном человека. И это стало одним из важных направлений создаваемого тогда в Курчатовском институте НБИКС-центра природоподобных технологий, как мы его сейчас называем.
— Почему биотехнологии столь важны?
— Помимо того что это одно из самых перспективных и прорывных направлений современной науки, крайне важно, что биотехнологии имеют двойное применение. С их помощью можно, например, искусственно создать микроорганизмы, которые могут быть как лекарством, так и оружием. И как это контролировать, оценивать, опасно это или нет, — вопрос пока открытый. Здесь ситуация намного сложнее, чем в ядерной отрасли. Распространение ядерных материалов мало того, что находится под строжайшим контролем и есть масса способов этого контроля, создать, скажем, атомную бомбу — дело крайне дорогое и сложное. А с биотехнологиями всё на порядок проще и с точки зрения самого процесса, и перевозки — буквально в кармане.
— Какой должна быть система контроля биологической безопасности?
— Пока ясно одно: эта система должна контролировать не оружие на этапе его производства и хранения, а сами технологии — еще на этапе их разработки. Это требует принципиально новых подходов. Механизмы, подобные ядерному контролю, для этого уже не годятся.
Уже сейчас существует возможность создать искусственный патогенный микроорганизм, который будет самостоятельно размножаться. И тогда даже одна клетка такого организма может стать оружием массового поражения. При этом ее патогенные свойства можно генетически «настроить» на вполне определенные цели, скажем так.
— Стоит ли развивать такие опасные технологии?
— В любом деле есть двойные применения, от любой инновации есть плюс, но сразу есть и минус. Поехал первый автомобиль, и очень скоро появился первый человек, который погиб под колесами. Автомобили же не запретили, а просто ввели правила уличного движения, контроль скорости. При этом не удалось свести к нулю опасность автомобиля, но она всем понятна.
Мир усложняется, становится многограннее, эффективнее с точки зрения качества жизни. Но вместе с тем значительно повышается и вероятность разного рода негативных техногенных сценариев, в которых мы обязаны детально разбираться и контролировать их, причем самостоятельно, не завися ни от каких импортных технологий или составляющих. Массовый переход на иностранные технологии может стать и путем к колонизации, полной зависимости, в случае если у вас нет своей научно-технической базы. К счастью, у нас она есть.
— А если говорить о плюсах?
— Это, несомненно, подъем сельского хозяйства, которое необходимо, чтобы накормить население. Сегодня уже достигнуты большие успехи в производстве мяса птицы, свинины, говядины. Но в этой отрасли главное — корма, а для их производства необходимы специальные биоактивные добавки, аминокислоты, витамины, которые до последнего времени мы вынуждены были закупать. Сейчас ситуация изменилась и мы имеем все научные и технические возможности для восстановления этой промышленности, что является одним из залогов национальной безопасности
В советское время подобные глобальные направления возникали и развивались в рамках административной системы, госзаказа, а сегодня мы имеем дело с рынком. Поэтому необходимы рыночные механизмы в виде частно-государственного партнерства. В Курчатовском институте уже накоплен успешный опыт такого ЧГП в информационных технологиях, в медицине.
— Но в последнее время часто бывает нужно не поднять уровень производства сельхозпродуктов, а, наоборот, справиться с большими урожаями.
— Действительно. В прошлом году у нас урожай зерна был свыше 130 млн т. Мы полностью обеспечили зерном себя, удовлетворили все экспортные запросы, но и после этого у нас остались десятки миллионов тонн зерна. Фактически сегодня, спустя много лет, в России воссоздана устойчивая возобновляемая база для развития национальной биотехнологической промышленности, которая даст толчок также и развитию национальной фармакологической, пищевой промышленности, сельского хозяйства и многих других отраслей. Всё это будет укреплять суверенитет страны, обеспечивать нашу технологическую независимость и национальную безопасность.
В современных исследованиях человека при всех взаимопереплетениях социальных, биомедицинских и философско-методологических детерминант ведущую роль начинают играть биологические, генетические подходы, биотехнологии, в результате чего происходят радикальные модификации его телесного и психического существования. Мощно заявивший о себе технологический подход при этом проявляется не только в плане возможной реализации генетического проекта, конструирования человека посредством вмешательства на молекулярно-генетическом уровне, но и в актуализации социального проекта, благодаря психологическому воздействию, эффективным технологиям индоктринации, формированию стереотипов восприятия и социального поведения.. Необходимо обращать внимание и на своего рода меру антропоцентристского подхода, ибо гипертрофированные принципы научно-исследовательского либерализма с ярко выраженными установками рационализма и эгоизма, индивидуальными потребностями, попытками конструирования человека по определенному замыслу, оборачиваются атомизацией общества, отрывом современного человека от целей общества, забвением идеалов уникальности, самобытности каждого индивида, его ценностей и предназначения.
Обостренный интерес к проблеме человека, несомненно, связан с тем переломным моментом истории, который переживает современное человечество [1], поскольку человек является точкой пересечения самых разнообразных проекций бытия – и природного, и социального, и культурного, и информационно- виртуального, вбирая в себя и высвечивая в новом ракурсе различные измерения нашей природной, социальной и духовной жизни. Особое внимание привлекает сегодня генетика человека, в частности, то, что связано с изучением его генома, нейронаука (neuroscience), изучающая мозг, как основу человеческого поведения, различные биомедицинские науки, способные вызвать глубокие и радикальные изменения в человеке посредством воздействия на него .
Биотехнологическая революция, происходящая в современных биомедицинских науках, их достижения и строящиеся прогнозы, как отмечает Ф.Фукуяма, означают не просто нарушение или ускорение размеренного хода событий, а приводят к тому, что будущее человечества вовсе не является предопределенным, оно оказывается открытым, в решающей мере зависящим от наших нынешних решений и действий. В результате открытий и достижений в молекулярной биологии, когнитивных науках о нейронных структурах мозга, популяционной генетике, генетике поведения, эволюционной биологии и нейрофармакологии, открываются беспрецедентные возможности изменения природы человека.
Биомедицинские исследования, актуализируя проблему природы человека в контексте высоких биотехнологий, создают предпосылки открытости, инновационной модальности человеческого существования, непредсказуемости онтологической модели личности человека, придают гуманистический ракурс моделям проектирования альтернативного будущего человека и человечества, «этике предвидения», ибо речь идет о нравственном исчислении нового горизонта футурулогического существования человеческого рода. Фантастический модульный принцип в прогнозе Э.Тоффлера частично реализуется уже сегодня, не нарушая целостности тела при систематической замене некоторых частей – модулей. Тело освобождается от предопределенности, идентичность может меняться в зависимости от контекста и ситуации, молодость сохраняется, благодаря возможностям современной медицины, т.е. происходит реальная трансформация биологических оснований человека, «метафизики тела». Неизменность человеческой природы уступает место принципу выхода из естественности, когда можно продлить жизнь, изменить пол, родить ребенка при отсутствии природных предпосылок и т.п[2].
Биоэтический дискурс со свойственной ему инновационностью и парадоксальностью, новыми «этическими стандартами» типа «беременность напрокат», «либеральность убийства», «репродукальный туризм» аккумулирует в себе подлинную междисциплинарность, стремительно внедряясь не только в различные науки, но и современную философию человека, в философскую антропологию. Обозначив медицинские возможности изменения телесной природы, современная биоэтика задает новые ракурсы исследования человека, расширяет границы философской рефлексии, инициирует дальнейший критический взгляд на инвариантность телесно-природной сущности человека. В таком ракурсе философия человека, обогащенная биоэтическими открытыми проблемами, приобретает практический характер, обеспечивая актуализацию фундаментальных философских представлений о сущности человека, познавательных способностях современной науки в исследовании человека[3], обосновании прогнозных альтернатив футурологического существования человека и человечества в их обращенности к реальной жизни.
Новая – автономная — модель исходит из принципа автономии пациента. Здесь врач должен опираться на представления самого пациента о том, что является благом для него, а точнее – решать этот вопрос в диалоге с ним, не рассматривая собственные представления как единственно правильные. По-другому при этом решается и вопрос об информировании пациента. Если в патерналистской модели оно ставится в зависимость от доброй воли и желания врача, то в данном случае выступает как его обязанность. Получение информации становится правом пациента знать обо всех существующих способах лечения его заболевания и о риске, связанном с каждым из них. При этом право выбора и ответственность уже не сосредоточиваются всецело в руках врача, а распределяются между ним и пациентом.
Молекулярная биология и генетика открыли большие возможности для манипуляций с генетическим фондом человека: стало возможным исправлять генетические дефекты или вводить новую генетическую информацию в хромосомы человека. Многие из этих достижений направлены во благо человека. Но существует опасность и другого их использования.
Последние десятилетия ХХ в. ознаменовались бурным развитием молекулярной генетики, приведшим к появлению генной инженерии, на основе которой разрабатываются различного рода биотехнологии, создаются генетически модифицированные продукты. Появились возможности генной терапии некоторых заболеваний человека, его зародышевых и соматических клеток, получения идентичных генетических копий организма[4,5]. Эти формы генетического вмешательства требуют оценки и обсуждения своих социально-экономических последствий, как в силу того, что вырабатываемые в ходе дискуссий решения воздействуют на направления проводимых исследований, так и с точки зрения формирования адекватной реакции общества на возможность и необходимость их использования. Сегодня уже очевидно, что генная и биотехнологии обладают огромным потенциалом и возможностями воздействия на человека и общество.
Биологические технологии (биотехнологии) обеспечивают управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности, базируясь на использовании каталитического потенциала биологических агентов и систем различной степени организации и сложности – микроорганизмов, вирусов, растительных и животных клеток и тканей, а также внеклеточных веществ и компонентов клеток.
Развитие и преобразование биотехнологии обусловлено глубокими переменами, происшедшими в биологии в течение последних 25-30 лет. Основу этих событий составили новые представления в области молекулярной биологии и молекулярной генетики. В то же время нельзя не отметить, что развитие и достижения биотехнологии теснейшим образом связаны с комплексом знаний не только наук биологического профиля, но также и многих других.
Расширение практической сферы биотехнологии обусловлено также социально-экономическими потребностями общества. Такие актуальные проблемы, стоящие перед человечеством на пороге ХХ1 в., как дефицит чистой воды и пищевых веществ (особенно белковых), загрязнение окружающей среды, недостаток сырьевых и энергетических ресурсов, необходимость получения новых, экологически чистых материалов, развития новых средств диагностики и лечения, не могут быть решены традиционными методами. Поэтому для жизнеобеспечения человека, повышения качества жизни и ее продолжительности становится все более необходимым освоение принципиально новых методов и технологий.
Развитие научно-технического прогресса, сопровождающееся повышением темпов материальных и энергетических ресурсов, к сожалению, приводит к нарушению баланса в биосферных процессах. Загрязняются водные и воздушные бассейны городов, сокращается воспроизводительная функция биосферы, вследствие накопления тупиковых продуктов техносферы нарушаются глобальные круговоротные циклы биосферы.
Стремительность темпов современного научно-технического прогресса человечества образно описал швейцарский инженер и философ Эйхельберг: «Полагают, что возраст человечества равен 600 000 лет. Представим себе движение человечества в виде марафонского бега на 60 км, который где-то начинаясь, идет по направлению к центру одного из наших городов, как к финишу… Большая часть дистанции пролегает по весьма трудному пути -через девственные леса, и мы об этом ничего не знаем, ибо только в самом конце, на 58-59 км бега, мы находим, наряду с первобытным орудием, пещерные рисунки, как первые признаки культуры, и только на последнем километре появляются признаки земледелия.
За 200 м до финиша дорога, покрытая каменными плитами, ведет мимо римских укреплений. За 100 м бегунов обступают средневековые городские строения. До финиша остается 50 м, где стоит человек, умными и понимающими глазами следящий за бегунами, -это Леонардо да Винчи. Осталось 10 м. Они начинаются при свете факелов и скудном освещении масляных ламп. Но при броске на последних 5 м происходит ошеломляющее чудо: свет заливает ночную дорогу, повозки без тяглового скота мчатся мимо, машины шумят в воздухе, и пораженный бегун ослеплен светом прожекторов фото- и телекамер…», т.е. за 1 м человеческий гений совершает ошеломляющий рывок в области научно-технического прогресса. Продолжая этот образ, можно добавить, что в момент приближения бегуна к финишной ленточке оказывается прирученным термоядерный синтез, стартуют космические корабли, расшифрован генетически код.
Автор задает вопрос: не окажется ли судьба человечества судьбой бегуна и не путь ли к гибели человечества столь стремительное развитие научно-технического прогресса?
Биотехнология – основа научно-технического прогресса и повышения качества жизни человека
Биотехнология как область знаний и динамически развиваемая промышленная отрасль призвана решить многие ключевые проблемы современности, обеспечивая при этом сохранение баланса в системе взаимоотношений «человек – природа – общество», ибо биологические технологии (биотехнологии), базирующиеся на использовании потенциала живого по определению нацелены на дружественность и гармонию человека с окружающим его миром. В настоящее время биотехнология подразделяется на несколько наиболее значимых сегментов: это «белая», «зеленая», «красная», «серая» и «синяя» биотехнология.
К «белой» биотехнологии относят промышленную биотехнологию, ориентированную на производство продуктов, ранее производимых химической промышленностью, – спирта, витаминов, аминокислот и др. (с учетом требований сохранения ресурсов и охраны окружающей среды).
Зеленая биотехнология охватывает область, значимую для сельского хозяйства. Это исследования и технологии, направленные на создание биотехнологических методов и препаратов для борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений и домашних животных, создание биоудобрений, повышение продуктивности растений, в том числе с использованием методов генетической инженерии.
Красная (медицинская) биотехнология – наиболее значимая область современной биотехнологии. Это производство биотехнологическими методами диагностикумов и лекарственных препаратов с использованием технологий клеточной и генетической инженерии (зеленые вакцины, генные диагностикумы, моноклональные антитела, конструкции и продукты тканевой инженерии и др.).
Серая биотехнология занимается разработкой технологий и препаратов для защиты окружающей среды; это рекультивация почв, очистка стоков и газовоздушных выбросов, утилизация промышленных отходов и деградация токсикантов с использованием биологических агентов и биологических процессов.
Синяя биотехнология в основном ориентирована на эффективное использование ресурсов Мирового океана. Прежде всего, это использование морской биоты для получения пищевых, технических, биологически активных и лекарственных веществ.
Современная биотехнология – это одно из приоритетных направлений национальной экономики всех развитых стран. Путь повышения конкурентности биотехнологических продуктов на рынках сбыта является одним из основных в общей стратегии развития биотехнологии промышленно развитых стран. Стимулирующим фактором выступают специально принимаемые правительственные программы по ускоренному развитию новых направлений биотехнологии.
Госпрограммы предусматривают выдачу инвесторам безвозмездных ссуд, долгосрочных кредитов, освобождение от уплаты налогов. В связи с тем что проведение фундаментальных и ориентированных работ становится все более дорогостоящим, многие страны стремятся вывести значительную часть исследований за пределы национальных границ.
Как известно, вероятность успеха осуществления проектов НИОКР в целом не превышает 12-20 %, около 60 % проектов достигают стадии технического завершения, 30 % – коммерческого освоения и только 12 % оказываются прибыльными.
Особенности развития исследований и коммерциализации биологических технологий в США, Японии, странах ЕС и России
США. Лидирующее положение в биотехнологии по промышленному производству биотехнологических продуктов, объемам продаж, внешнеторговому обороту, ассигнованиям и масштабам НИОКР занимают США, где уделяется огромное внимание развитию данного направления. В этом секторе к 2003 г. было занято свыше 198 300 чел.
Ассигнования в этот сектор науки и экономики в США значительны и составляют свыше 20 млрд дол. США ежегодно. Доходы биотехнологической индустрии США выросли с 8 млрд дол. в 1992 г. до 39 млрд дол. в 2003 г.
Эта отрасль находится под пристальным вниманием государства. Так, в период становления новейшей биотехнологии и возникновения ее направлений, связанных с манипулированием генетическим материалом, в середине 70-х гг. прошлого столетия конгресс США уделял большое внимание вопросам безопасности генетических исследований. Только в 1977 г. состоялось 25 специальных слушаний и было принято 16 законопроектов.
В начале 90-х гг. акцент сместился на разработку мер по поощрению практического использования биотехнологии для производства новых продуктов. С развитием биотехнологии в США связывают решение многих ключевых проблем: энергетической, сырьевой, продовольственной и экологической.
Среди биотехнологических направлений, близких к практической реализации или находящихся на стадии промышленного освоения, следующие:
– биоконверсия солнечной энергии;
– применение микроорганизмов для повышения выхода нефти и выщелачивания цветных и редких металлов;
– конструирование штаммов, способных заменить дорогостоящие неорганические катализаторы и изменить условия синтеза для получения принципиально новых соединений;
– применение бактериальных стимуляторов роста растений, изменение генотипа злаковых и их приспособление к созреванию в экстремальных условиях (без вспашки, полива и удобрений);
– направленный биосинтез эффективного получения целевых продуктов (аминокислот, ферментов, витаминов, антибиотиков, пищевых добавок, фармакологических препаратов;
– получение новых диагностических и лечебных препаратов на основе методов клеточной и генетической инженерии.
Роль лидера США обусловлена высокими ассигнованиями государства и частного капитала на фундаментальные и прикладные исследования. В финансировании биотехнологии ключевую роль играют Национальный научный фонд (ННФ), министерства здравоохранения и социального обеспечения, сельского хозяйства, энергетики, химической и пищевой промышленности, обороны, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), внутренних дел. Ассигнования выделяются по программно-целевому принципу, т.е. субсидируются и заключаются контракты на исследовательские проекты.
При этом крупные промышленные компании устанавливают деловые отношения с университетами и научными центрами. Это способствует формированию комплексов в той или иной сфере, начиная от фундаментальных исследований до серийного выпуска продукта и поставки на рынок. Такая «система участия» предусматривает формирование специализированных фондов с соответствующими экспертными советами и привлечение наиболее квалифицированных кадров.
При выборе проектов с высокой коммерческой результативностью стало выгодным использовать так называемый «анализ с учетом заданных ограничений». Это позволяет существенно сократить сроки реализации проекта (в среднем с 7-10 до 2-4 лет) и повысить вероятность успеха до 80 %. Понятие «заданные ограничения» включают потенциальную возможность успешной продажи продукта и получения прибыли, увеличения годового производства, конкурентоспособность продукта, потенциальный риск с позиций сбыта, возможности перестройки производства с учетом новых достижений и т.д.
Ежегодные общие государственные расходы США на генно-инженерные и биотехнологические исследования составляют миллиарды долларов. Инвестиции частных компаний существенно превосходят эти показатели. Только на создание диагностических и противоопухолевых препаратов ежегодно выделяется несколько миллиардов долларов. В основном это следующие направления: методы рекомбинации ДНК, получение гибридов, получение и применение моноклональных антител, культуры тканей и клеток.
В США стало обычным, когда компании, не связанные ранее с биотехнологией, начинают приобретать пакеты акций действующих компаний и строить собственные биотехнологические предприятия (табл. 1.1). Это, например, практика таких химических гигантов, как Philips Petrolium, Monsanto, Dow Chemical. Около 250 химических компаний имеют в настоящее время интересы в области биотехнологии. Так, у гиганта химической индустрии США – компании De Pont есть несколько биотехнологических комплексов стоимостью 85-150 тыс. дол. со штатом 700-1 000 чел.
Подобные комплексы созданы в структуре Monsanto, более того, в настоящее время до 75 % бюджета (свыше 750 млн дол.) направляется в сферу биотехнологии. В сфере внимания этих компаний – производство генно-инженерного гормона роста, а также ряда генно-инженерных препаратов для ветеринарии и фармакологии. Кроме этого, фирмы совместно с университетскими исследовательскими центрами подписывают контракты на проведение совместных НИОКР.
Таблица 1.1. Крупнейшие концерны и фармацевтические фирмы США, производящие медицинские биотехнологические препараты
Существует мнение, что все необходимые условия для становления и развития биотехнологии в США подготовил венчурный бизнес. Для крупных фирм и компаний венчурный бизнес является хорошо отработанным приемом, позволяющим за более короткий срок получить новые разработки, привлекая для этого мелкие фирмы и небольшие коллективы, нежели заниматься этим собственными силами.
Например, в 80-е гг. General Electric с помощью мелких фирм стал осваивать производство биологически активных соединений, только в 1981 г. его рисковые ассигнования в биотехнологии составили 3 млн дол. Риск с участием мелких фирм обеспечивает крупным компаниям и корпорациям механизм отбора экономически оправданных нововведений с большими коммерческими перспективами.
Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
Опубликовал Константин Моканов