Биотехнологии в казахстане

До недавнего времени термин «биотехнология» использовали как синоним более распространенных выражений «промышленная (или техническая) микробиология». В последние три 30 лет в понятие «биотехнология» вошли новые отрасли наук о жизни: генная инженерия и терапия, методы использования клеточных культур, клонирование живых организмов и другие достижения молекулярной и клеточной биологии (рисунок 1).

1) работа с нуклеиновыми кислотами, в том числе получение рекомбинантной ДНК и введение нуклеиновых кислот непосредственно внутрь клеток или органелл,

2) слияние клеток организмов, принадлежащих к разным таксономическим группам, которые позволяют преодолеть естественные физиологические репродуктивные или рекомбинационные барьеры и не являются методиками, традиционно используемыми при скрещивании и селекции.

К сегодняшнему дню биотехнология превратилась в одно из направлений промышленности, имеющих макроэкономическое значение. Развитые страны уделяют ее развитию огромное значение, и поэтому во всех ведущих странах мира разработаны и действуют национальные и международные программы по биотехнологии, финансируемые государственным и частным капиталом.

Показателями высоко роста мирового рынка биотехнологий являются его ежегодный прирост на 7 % и общий объем рынка, превышающий 2 трлн. долларов.

Больше половины оборота современной мировой биоиндустрии приходится на долю США. Для сравнения, объем финансирования биотехнологии в США составляет 100 млрд. долларов, Китае - 1 млрд. долларов, в России - 0,04 млрд. долларов в год, в то время как в Казахстане в бюджете республики на целевые исследования и разработки в области биотехнологии выделяется несколько 1 млн. долларов.

В настоящее время биотехнология стремительно выдвинулась на передовые позиции научно-технического прогресса и это обусловлено рядом ее особенностей:

1. Биотехнологическое производство является наукоемким производством, а это значит, что его развитие влечет за собой существенное повышение эффективности экономики.

2. В сфере биотехнологий трудно разграничить фундаментальные исследования, с одной стороны, и прикладные - с другой. Это находит свое выражение в том, что в биотехнологии практически отсутствует временной разрыв между получением фундаментального результата и разработкой технологий, позволяющих осуществить его практическое освоение.

3. Технологии, основанные на использовании клеток и биологических молекул, предоставляют большие возможности в использовании природного разнообразия, результаты фундаментальных биотехнологических исследований обладают относительно хорошей программируемостью и потенциальной практической важностью.

4. Биотехнология обеспечивает возможность замены невозобновляемых ресурсов возобновляемыми, поэтому она расценивается как средство разрешения проблем, связанных с дефицитом невозобновляемых природных ресурсов.

Биотехнологии становится в настоящее время одним из приоритетных направлений национальных экономик. Достижение превосходства в данной области является одной из центральных задач в экономической политике ведущих государств и крупнейших фирм.

Методы биотехнологии используются:

- в фармацевтической промышленности (диагностикумы, лекарственные средства, медицинские материалы, методики лечения);

- в области защиты окружающей среды (диагностикумы, очистка почв, очистка вод, утилизация нефтепродуктов, бытовых и промышленных отходов, защита леса);

- в добывающей и перерабатывающей промышленности (биометаллургия, нефтедобыча);

- в пищевой промышленности (упаковочные материалы, пищевые добавки, напитки, молочные продукты, контроль качества продукции);

- в сельском хозяйстве (трансгенные растения и животные, удобрения, стимуляторы роста и средства защиты растений, пробиотики).

В сельском хозяйстве до 40% урожая теряется от болезней растений и из-за вредителей. В противовес химическим средствам защиты растений уже разработаны виды биопестицидов, биофунгицидов и биоинсектицидов, более эффективных, избирательно действующих на земледельческие культуры и безопасных для человека и природной среды.

Все большее значение приобретают биоудобрения. Например, использование бактерий (нитрагин), улавливающих азот из воздуха и фиксирующих его, как это происходит в некоторых бобовых культурах, с которыми они вступают в симбиоз.

В пищевой промышленности биотехнология способна расширить ассортимент, качество продовольственных продуктов, сбалансировать содержание белков, жиров и углеводов, снизить избыточную калорийность.

Использование доступных и дешевых видов сельскохозяйственного сырья, а зачастую и отходов пищевой промышленности позволяет вырабатывать продукты, аналогичные традиционным, но более выгодные в производстве и особенно ценные для потребителя. Это хорошо прослеживается на создании производства глюкозно-фруктозных сиропов (ГФС) из крахмалосодержащего сырья низкого качества (зерновые, картофель и др.). Эти сиропы конкурируют не только с бескалорийными подслащивающими веществами типа сахарина, но и с сахаром. Глюкозно-фруктозные сиропы применяются в лечебных целях, а также в изготовлении безалкогольных продуктов, консервов, молочных и хлебобулочных изделий. Промышленное получение ГФС в мире началось в 1967 г. и в 1997 г. достигло 10 млн. т (около 8% от мирового производства сахара). Мощности предприятий ГФС легко могут быть переориентированы на выпуск лимонной кислоты, лизина и т. д.

В биотехнологии главные усилия направлены как на совершенствование старых, традиционных, так и на создание инновационных процессов и продуктов. Например, производство спирта в процессе брожения с применением дрожжей, улучшенных генной инженерией, значительно увеличивает выход продукта.

Биотехнология нашла применение и в горнодобывающих производствах. Уже накоплен практический опыт по выщелачиванию цветных и редкоземельных металлов из отвалов горной породы, разработаны методы выщелачивания полезного компонента непосредственно под землей, например, в старых заброшенных рудниках. В 90-х годах до 1/5 добычи меди в мире пришлось на ее выщелачивание с помощью бактерий, ведутся поиски аналогичных методов извлечения других металлов.

Биотехнология может повысить выход нефти из нефтяных пластов за счет того, что вводимые в нефтеносный пласт микроорганизмы будут создавать дополнительное пластовое давление.

В связи с вышеизложенным биотехнология определена является одним из приоритетных направлении индустриального развития Республики Казахстан.

В советское время Казахстану отводилась роль производственной основы промышленной биотехнологии. Создавались специализированные учреждения и закрытые города стратегического значения, входившие в военно-промышленный комплекс. Так, к началу 90-х годов Казахстан подошел с солидным багажом - в виде развитой инфраструктуры, высококвалифицированных кадров и современной производственной базы.

Указом Президента РК в 1993 г. был создан Национальный центр биотехнологии Республики Казахстан Комитета науки Министерства образования и науки РК (НЦБ), являющийся ведущим биологическим научным центром страны.

НЦБ реализует государственную политику поддержки и развития биотехнологической отрасли, выполняет и координирует финансируемые государством научно-технические программы в области биотехнологии, биологической безопасности и экологии.

В структуру Центра входят:

1. Национальный центр биотехнологии РК, г. Астана.

2. Национальная научная лаборатория биотехнологии коллективного пользования.

3. Лаборатория иммунохимии и иммунобиотехнологии.

4. Лаборатория токсикологии и фармакологии биопрепаратов.

5. Лаборатория биотехнологии и селекции растений.

6. Лаборатория экологической биотехнологии.

7. Лаборатория молекулярной генетики растений.

8. Лаборатория стволовых клеток.

9. Филиал Национального центра биотехнологии РК, г. Степногорск.

10. Научно-аналитический центр «Биомедпрепарат», г. Степногорск.

11. Филиал Национального центра биотехнологии РК, г. Атырау.

Научный потенциал НЦБ составляют 350 высококвалифицированных специалистов в области биотехнологии, молекулярной биологии, генетики, биохимии, микробиологии, вирусологии, иммунологии, фармакологии. Среди них 10 докторов наук, 51 кандидат наук, 3 доктора Ph.D, а также 8 выпускников программы «Болашак», окончивших университеты США, Великобритании, Франции, Чехии. Средний возраст сотрудников Центра – 30 лет.

Особое внимание в Центре уделяется программам профессиональной подготовки и повышения квалификации персонала, регулярно проводятся лекции и обучающие семинары с приглашением ведущих ученых и специалистов в различных областях биологии и биотехнологии, а также известных компаний-производителей лабораторного оборудования. С циклами лекций Центр посещают ученые и специалисты из США, России, Германии, Франции, Кореи и Израиля. Более 170 сотрудников НЦБ прошли стажировку в лучших научных центрах ближнего и дальнего зарубежья.

Центр имеет репутацию лидера в проведении прикладных исследований и разработке биотехнологий, связанных с решением актуальных проблем здравоохранения, сельского хозяйства и экологии Республики Казахстан.

НЦБ проводит исследования в следующих областях:

- генодиагностика, фармакогеномика, медицинская биотехнология;

- стволовые клетки, клеточные технологии, регенеративная медицина;

- иммунология, иммунохимия, иммунобиотехнология;

- фармакология, доклинические и клинические испытания;

- молекулярная генетика микроорганизмов;

- молекулярная генетика и генная инженерия растений;

- биотехнология и клеточная селекция растений;

- экологическая биотехнология, экологический мониторинг.

Центр осуществляет научное и деловое сотрудничество, ориентированное на проведение совместных исследований и коммерциализацию новых технологий, с научными центрами США (University of California), Франции (Centre National de la Recherche Scientifique), Японии (Nagasaki University), Кореи (Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology), Беларуси (Институт генетики и цитологии, Институт микробиологии), России (ГНЦ вирусологии и биотехнологии «Вектор», НИИ физико-химической медицины, Институт цитологии и генетики СО РАН, НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, ЗАО «Алтайвитамины») и др.

НЦБ, совместно с Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН (ФАО), АО «КазАгроИнновация» МСХ РК, Международным центром улучшения пшеницы и кукурузы (СИММИТ), в 2010-2011 гг. выполнял Научно-технический проект «Повышение эффективности биотехнологий для нужд селекции и генетических ресурсов растений».

Центр является контактным пунктом ратифицированного Республикой Казахстан в 2008 г. Картахенского протокола по биобезопасности к Конвенции «О биологическом разнообразии», основные положения которого реализованы в разработанном НЦБ проекте Закона РК «О государственном регулировании генно-инженерной деятельности», а также в сопутствующих нормативных актах, которые внесены на рассмотрение в Парламент РК.

В настоящее время казахстанские ученые добились не малых успехов в сфере биотехнологий. Биологическая инженерия растений активно развивается в Казахстане.

В частности, на основе методов биотехнологии получены высокопродуктивные формы сельскохозяйственных культур, устойчивые к стрессовым факторам и болезням. Разработаны эффективные методы иммунологической и молекулярно-генетической диагностики и профилактики особо опасных болезней животных, налажено их производство и реализация.

Получены новые штаммы микроорганизмов для нужд микробиологической, фармацевтической, пищевой промышленности и охраны окружающей среды. Создана коллекция культур микроорганизмов, предназначенных для производства микробиологических препаратов и биологически активных веществ.

Разработана технология и организовано промышленное производство первой отечественной ветеринарной вакцины против высокопатогенного гриппа птиц H₅N₁. Казахстан стал тринадцатой страной в мире, имеющей собственную вакцину. В течение 2008-2010 годов изготовлено 22,3 млн. доз вакцины, полностью обеспечивших потребность государства в данном препарате.

Разработан отечественный высокоэффективный биопрепарат для очистки почвы от нефтезагрязнений «Экобак». С его помощью в 2007 году в Карагандинской области была проведена первая промышленная очистка на площади 2,75 га, загрязненной в результате аварии нефтепровода «Павлодар - Шымкент». Было очищено более 12 тыс. тонн почвы. Производственные испытания препарата «Экобак» проведены также в Атырауской и Мангыстауской областях.

Учеными из РГП "Центр химико-технологических исследований" была разработана установка для биологической очистки загрязненных нефтью территорий. Проведенные испытания показали очень высокую эффективность установки. Буквально через короткое время на восстановленных землях уже могла расти луговая трава.

Культивированные новые сорта риса "Алтынай", "Баканасский" и "Мадина", дали урожай на четверть больший, чем традиционные сорта. Также были получены 5 высокопродуктивных мягких сортов пшеницы и устойчивые к болезням сорта высокобелковой фасоли "Актатти" и "Джунгарская".

В Костанае на базе республиканского госпредприятия "Казак Тулпары" начались работы по введению в строй, первой в стране, лаборатории экспертизы ДНК животных. На предприятии занимаются выведением новой породы лошадей - казахской верховой, и генетические исследования прародителей новой породы помогут форсировать селекцию. В дальнейшем помощью лаборатории будут совершенствоваться генетические исследования, и внедряться различные биотехнологии.

В настоящее время Казахстан и Беларусь прорабатывают возможность создания инфраструктуры универсального бактериального производства для получения широкой линейки препаратов в основном для сельского хозяйства, а также для выпуска препаратов для медицины. На реализацию проекта потребуется примерно 7 млн. долларов. Новое производство разместится в Казахстане. Планируется, что продукция будет производиться в том числе на основе белорусских разработок. По оценкам экспертов, на выполнение проекта нужно 1-1,5 года. С белорусской стороны планируется участие в проекте Института генетики и цитологии НАН, а также Института микробиологии НАН.

Конечно, на фоне поразительных достижений мировых ученых в области биотехнологий, например, таких как создание нанороботов путем замены органических частей микроорганизмов на неорганические, успехи Казахстана выглядят не так ярко. Однако, как считают в МОН РК, у казахстанских биотехнологий имеется достаточный потенциал, чтобы в будущем стать значимым сектором экономики.

2. Биотехнологии Казахстана: вчера, сегодня, завтра // http://articles.gazeta.kz/art.asp?aid=71660.

3. Национальный центр биотехнологии Республики Казахстан – флагман исследований в области современной биотехнологии // http://ru.biocenter.kz.

4. Беларусь и Казахстан создадут совместное производство биопрепаратов // http://www.belta.by.