В течение двух дней конференция проходила на площадках Правительства Вологодской области и Вологодского государственного университета. В мероприятиях конференции в качестве спикеров и слушателей приняли участие более 800 человек.

Спикерами конференции стали федеральные эксперты, работающие в различных отраслях, связанных с биотехнологиями. В их числе доктор биологических наук, профессор, академик РАН, директор Федерального научного центра животноводства «ВИЖ имени академика Л. К. Эрнста» Наталия Зиновьева; директор по развитию и сооснователь медико-генетического центра Genotek Артем Елмуратов, доктор химических наук, профессор, академик РАН, советник руководителя Курчатовского геномного центра Евгений Свердлов и многие другие известные ученые.

В этом году в центре внимания оказались биогенетические технологии, которые могут стать решением проблем, связанных с текущей экономической ситуацией. Применение современных биогенетических технологий в сельском хозяйстве позволит обеспечить независимость с позиций наличия собственного селекционного материала.

Использование геномной оценки также дает возможность управлять компонентным составом молочных продуктов для производства не только вкусных, но и максимально полезных продуктов, в том числе, «функционального питания».

Еще одна возможность применения генетических технологий, которая обсуждалась на конференции, — развитие здравоохранения и внедрение подходов персонализированной медицины, при которых в центре внимания оказываются индивидуальные особенности каждого конкретного пациента. Такой подход позволяет предотвратить развитие заболеваний до момента их наступления.

Президент Общероссийской общественной организации «Общество биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова» Раиф Василов выступил с докладом о роли и месте биотехнологий в свете современных угроз и вызовов.

Раиф ВАСИЛОВ, доктор биологических наук, профессор, заместитель руководителя комплекса Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», президент Общероссийской общественной организации «Общество биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова»

— Сегодня Курчатовский институт становится лидером в нашей стране по развитию биотехнологий: в нем сконцентрирован самый большой потенциал генетических исследований, институт является головной организацией по реализации Федеральной программы развития генетических технологий в Российской Федерации до 2030 года. Должен сказать, что настоящее время на завершающей стадии находится подготовка соглашения о сотрудничестве Курчатовского института с правительством Вологодской области и Вологодским государственным университетом в целом, и по направлению биотехнологии — в частности.

Вызовы, далеко не искусственные, а реально существующие, связаны с глобальным потеплением, изменением климата, истощением природных ресурсов, социальным неравенством, болезнями, голодом и так далее. И человечество, вроде бы, выработало подходы, каким образом можно ответить на временами противоречащие друг другу вызовы.

Это принятый ООН переход к концепции устойчивого развития с 17-ю целями, а в нашей стране — это достижение национальных целей Российской Федерации: обеспечение качества жизни населения на всей территории страны.

Мы, биотехнологи, всегда говорили о том, что достичь устойчивого развития можно, только всемерно опираясь на биотехнологии.

Недавно прошел саммит в Глазго, посвященный вопросам изменения климата, где было принято беспрецедентное решение о мировом переустройстве экономики и энергетики, о переходе к углеродно-нейтральной экономике.

Можно ожидать, что какието акценты будут меняться, но к середине столетия, по оценкам специалистов, если не произойдёт кардинальной смены отношения человеческой цивилизации к окружающей среде, то катастрофы, которая случится в результате разрушения экосистем природы, — не миновать. И здесь становится очевидным, что биотехнологии будут играть одну из ключевых ролей при переходе к углероднонейтральной экономике.

На слайде можно увидеть, что в новых условиях роль биомассы увеличится примерно в два с лишним раза — по оценке международного агентства энергетики. Мы не должны изымать биомассу из экосистемы, из биосферы. Мы должны её создавать, то есть создавать фактически новое сельское хозяйство. При этом будет необходимо уйти от фактора, что именно сельское хозяйство на сегодняшний день является одним из главных разрушителей окружающей среды. Решить эти проблемы можно только на основе использования самых современных разработок биотехнологий.

Следующий серьезный вызов — это пандемия, разразившаяся в 2020 году, и сегодня все прекрасно понимают, что ответ на инфекционную угрозу лежит в сфере биотехнологий — это вакцины, диагностикумы, лекарства и так далее.

Следующий фактор привлек к себе внимание после событий 24 февраля, когда на территории соседней страны обнаружили наличие биологических лабораторий, и сегодня снова прозвучал сигнал о потенциальной угрозе биотерроризма, биологического оружия и биологической войны.

Противостоять этому могут биотехнологии, которые могут создать систему защиты от биологических угроз, уже созданных человеческим разумом.

Далее вспомним, что называется в Библии тремя всадниками Апокалипсиса — война, мор и голод. По оценкам ФАО, более 600 миллионов человек в мире испытывают острую нехватку продовольствия, то есть голодают. Далее ситуация может только усугубиться в результате изменения климата и глобального экономического кризиса. Опять биотехнологии призваны здесь сыграть ключевую роль в решении этой проблемы.

Современные биотехнологии, которые сегодня разрабатываются и развиваются, могут накормить всё человечество качественной и доступной едой.

Завершая выступление, напомню, что в позапрошлом году закончилось действие координационной программы развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года (БИО2020),

Цель программы — выход России на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий, в том числе по отдельным направлениям биомедицины, агробиотехнологий, промышленной биотехнологии и биоэнергетики, и создание глобально конкурентоспособного сектора биоэкономики, который наряду с наноиндустрией и информационными технологиями должен стать основой модернизации и построения постиндустриальной экономики.

Эта программа сыграла свою роль, многое было сделано, но предстоит сделать еще больше. Началась работа по подготовке программы БИО2030, и события, которые сейчас происходят, показали, что и общество, и государство должны сейчас сконцентрироваться, чтобы в кратчайшие сроки, буквально в течение 2-4 лет сделать рывок в развитии биотехнологий в нашей стране, во всех направлениях, во всех сегментах.

Проблемы постгеномной эры в биологии и биотехнологии

Евгений СВЕРДЛОВ, доктор химических наук, профессор, академик РАН, советник РАН, руководитель Курчатовского геномного центра, научный руководитель Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт»

Евгений Давидович Свердлов — советский и российский биохимик, работающий в области молекулярной генетики, изучающий структуру и функции нуклеиновых кислот.

Является разработчиком химических методов анализа структуры нуклеиновых кислот. Сформулировал основной принцип химического определения первичной структуры ДНК. Клонировал гены интерферонов человека, созданный на их основе рекомбинантный интерферон широко используется в медицинской практике. Определил структуру генома вируса гепатита А и разработал принципы создания рекомбинантных вакцин против этого вируса. Клонировал гены медицинской пиявки, кодирующие ферменты вновь открытого семейства дестабилаз, что открывает возможность создания принципиально новых тромболитиков. Под его руководством и при непосредственном участии развиты технологии функциональной и сравнительной геномики, в особенности методы вычитающей гибридизации, используемые для идентификации различий между геномами бактерий, сельскохозяйственных животных, растений и человека.

Региональные конференции чрезвычайно важны, и это изображено на моем первом слайде. Мыслить глобально, действовать локально — заботиться о здоровье всей планеты и принимать меры в своих сообществах и городах. Это лозунг, о котором сейчас широко говорит научная общественность, занимающаяся исследованиями во всех сферах человеческих знаний, в связи с предстоящими изменениями климата. На сегодняшний день к этим изменениям нет другого подхода, чем мыслить в масштабах всей планеты, но действовать в конкретном регионе, в определенной точке Земли. Это очень важная концепция.

Биотехнологии в сельском хозяйстве

В качестве примера, когда, не зная ничего о геноме, можно достигать выдающихся результатов, можно привести деятельность «отца зеленой революции» Нормана Эрнста Борлоуга. Он ввел несколько революционных инноваций в селекцию растений и агрономию. Во-первых, он и его коллеги кропотливо скрещивали тысячи сортов пшеницы со всего мира, чтобы получить новые сорта, устойчивые к ржавчине, разрушительному вредителю растений, это повысило урожайность на 20-40 процентов.

Во-вторых, он создал так называемые карликовые сорта пшеницы, которые были меньше, чем старые сорта высотой до плеч, которые сгибались на ветру и касались земли (тем самым становясь неубираемыми); новые карлики высотой до талии или колена оставались прямостоячими и держали огромные грузы зерна. Таким образом, урожайность была еще больше увеличена.

В-третьих, он изобрел хитроумную технику, называемую “челночной селекцией” — выращивание двух последовательных посадок каждый год вместо обычной в разных регионах Мексики. Наличие двух тестовых поколений пшеницы каждый год сокращало вдвое время, необходимое для выведения новых сортов.

Насколько успешными были усилия Борлоуга? С 1950 по 1992 год мировое производство зерна выросло с 692 миллионов тонн, произведенных на 680 миллионах гектарах пахотных земель, до 1,9 миллиарда тонн на 700 миллионах гектарах пахотных земель — экстраординарное увеличение урожайности более чем на 150 процентов.

Без высокоурожайного сельского хозяйства либо миллионы людей голодали бы, либо увеличение производства продовольствия было бы достигнуто только за счет резкого расширения обрабатываемых земель — с большими потерями в нетронутой дикой природе.

В своей работе Борлоуг использовал традиционные методы скрещивания, не имеющие никакого отношения к геному, и только потом стало понятно, какие гены влияют на урожайность.

Обрисовав проблемы, которые стоят перед фундаментальной геномикой, эти проблемы нужно решать и добиваться максимальной полноты знаний, максимально полного представления об интерактомах, это чрезвычайно важно.

Далее постараюсь обозначить некоторые из проблем, стоящие перед сельскохозяйственными технологиями в связи с глобальными изменениями климата.

Ученые определили 9 границ, превышение которых ставит под угрозу целостность нашего существования.

Девять систем жизнеобеспечения, за границы которых человечество неспособно выйти без риска для самого себя:

- Изменение климата

- Потеря биологического разнообразия

- Биохимические потоки фосфора, азота

- Вырубка лесов и другие изменения ландшафта

- Аэрозольное загрязнение

- Уменьшение стратосферического озонового слоя

- Окисление океана

- Использование пресной воды

- Химическое загрязнение

К сожалению, человечество их не соблюдает. В январе 2015 года в печатном издательстве «Science» Йохан Рокстрём — шведский учёный, эколог, специалист по устойчивости окружающей среды, — заявил, что «…человечество преодолело 4 из этих 9. По климату, уничтожению лесов, нарушению биоразнообразия и азотно-фосфорному составу человечество уже пересекло «красную линию». Человечество действительно стало геологической силой в истории Земли, оно может не только изменить отдельные геологические слои, но и всю экосистему в целом. Мы, люди, стали разрушительной силой вселенского масштаба. Мы нарушили и углеродный, и азотный циклы, и, конечно же, мы являемся причиной глобального потепления.

Мы медленно приближаемся к нарушению последних 5 границ. Если говорить о сегодняшнем дне, то нам нужно задуматься, остановиться и принять какие-то решительные меры — мыслить глобально, действовать локально.

Климатические проблемы: микробиомы растений как новая платформа для «зеленой революции»

В ноябре 2021 года завершилась конференция участников рамочной конвенции ООН об изменении климата.

Конференция проходила в Глазго с участием 196 государств, её итоговым документом стал климатический пакт.

Государства, которые согласились  присоединиться к этой конвенции,  обязуются сократить общемировые выбросы углекислого газа на 45% к 2030 году относительно уровня 2010-го и довести чистые выбросы до нуля примерно к середине текущего столетия. По оценкам независимой научной организации Climate Action Tracker, обещания, данные сторонами на COP26, позволят лишь ограничить глобальное потепление уровнем 2,4 градуса Цельсия к концу века — это лучше, чем 2,7 градуса Цельсия, прогнозировавшиеся до конференции, но явно недостаточно для достижения целей, и это повлечет за собой всяческие катаклизмы — рекордные засухи, лесные пожары, наводнения и сопутствующие им пандемии.

К решению обозначенных проблем существуют как глобальные, так и локальные подходы. В отношении сельского хозяйства сформулированы достаточно тривиальные подходы к сохранению урожая в условиях меняющегося климата. В числе мер значатся «различные генные технологии». Возникает вопрос, как нам создавать растения, создавать животных, устойчивых к изменениям климата. Как увеличивать рост урожая, не увеличивая количество засеваемых земель, и что вообще является ключевым фактором продуктивности сельскохозяйственных культур? Сейчас принято считать (при существующих возражениях), что продуктивность биомассы и выход пищевых продуктов в значительной степени зависят от эффективности фотосинтеза. Как можно использовать генетические технологии для увеличения эффективности фотосинтеза и продуктивности сельскохозяйственной культуры или массы этой культуры, которая уходит в съедобный продукт?

Многие считают, проблемы улучшения этого потенциального выхода могут быть преодолены с помощью генной инженерии в сочетании с синтетической биологией компьютерного моделирования, и что результат может быть получен с помощью генетического редактирования, но имеющийся опыт показывает — простые подходы здесь не   работают, и, по-видимому, необходимо применять принципиально новый подход. Сложную систему нельзя усовершенствовать простыми методами, нельзя этого делать. Отсюда встает непростой и неоднозначный вопрос — допустим, можем ли мы менять систему фотосинтеза растений на систему тех организмов, у которых этот фотосинтез протекает с гораздо большей эффективностью, например, на фотосинтетическую систему сине-зеленых водорослей? Этот процесс находится в стадии дискуссии, и это одна из тех проблем постгеномной эры биотехнологии, которая только сейчас начинает решаться. Так же, как и с растениями, аналогичные проблемы встают и с животными, но мы будем сегодня говорить именно о растениях — ими занимается наш Курчатовский геномный центр.

Достаточно давно возникла концепция, что на растение нельзя смотреть, как на самостоятельную эволюционную единицу. Здоровье растений в естественной среде зависит от взаимодействия со сложными и динамичными сообществами, включающими макрои микроорганизмы. Хотя многие исследования позволили получить представление о составе микробиомов ризосферы (ризобиомов), мало известны физиологические факторы растений, которые могут регулировать взаимодействие растений с микробами. Микробная функция в агроэкосистеме зависит от типа почвы и видов растений, выращиваемых в этой почве. Основные взаимодействия растений с микробами происходят либо под землей на корневом уровне (ризосфера), либо на надземном уровне (филосфера), и все взаимодействующие микробы и хозяин вместе называются холобионтами — то есть полный набор всех биот, связанных с жизнью растений.

Таким образом, ряд ученых утверждают, что на растение теперь нужно смотреть, как на сложную, эволюционирующую многокомпонентную систему. Особое внимание нужно обратить на микробиомы растений в качестве новой платформы для следующей «зеленой революции».

В настоящее время адаптация растений к изменениям окружающей среды предполагает, что для облегчения различных стрессов растения могут взаимодействовать с окружающими их микробными сообществами путем отбора специализированных штаммов микробиомом — явление, недавно получившее название «Крик о помощи».

Инженерия  микробиомов недавно появилась в качестве средства улучшения приспособленности растений. Обсуждается возможное использование микробиомов для снятия различных стрессов у сельскохозяйственных культур при текущем сценарии изменения климата. При этом наши знания о механизмах, которые управляют взаимодействиями микроб-микроб и микроб-растение, находятся в зачаточном состоянии.

На сегодняшний день некоторые исследования определили структуру и функцию микробиома сельскохозяйственных культур, включая ячмень, рис, сою, кукурузу и пшеницу. Микробиом растений приобретает значительный интерес, поскольку он играет важную роль в регуляции метаболизма растений. Растения могут регулировать свой микробиом и, в частности, привлекать микроорганизмы с последующей сборкой защитной специфической микробиоты.

Мне кажется, что это направление является одним из наиболее перспективных, потому что оно показывает достаточно простые способы геннотехнологических подходов для модификации микробиомов. С помощью метагеномного анализа можно определить микробиомный состав растений, выделить компоненты, способные играть решающую роль во взаимодействии с растениями, и с помощью достаточно простых генно-инженерных манипуляций модифицировать геномы, добиваясь и повышения урожайности, и повышения устойчивости.

Существует большой спектр фундаментальных и прикладных проблем, которые предстоит решать. Быстрое изменение климата диктует чрезвычайную сложность этих решений, и один из путей их оптимизации — то, с чего я начал. Мыслить глобально, действовать локально, и действовать срочно, потому что изменения, происходящие с климатом, требуют безотлагательных мер.

Читать 54 выпуск журнала "Ресурсосберегающее земледелие"