CC BY
502
УДК 60:01.12/. 18 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МИРОВОГО И РОССИЙСКОГО РЫНКА БИОТЕХНОЛОГИЙ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ Т.В. Мамонтова, кандидат с.-х. наук, А.М. Айбазов, доктор с.-х. наук, ГНУ СНИИЖК Россельхозакадемии О.С. Русакова, ст.вет.врач
UDC 60:01.12/.18 MODERN TENDENCIES IN DEVELOPMENT OF WORLD AND RUSSIAN MARKET OF BIOTECHNOLOGIES IN ANIMAL HUSBANDRY
Mamontova T.V., Aybazov A.-M. M SNIIZHK RAAS Rusakova O.S.
Budennovskiy veterinary clinic
rBy CK «BygeHHOBCKaa pailCBB^»
The stabilization of agricultural production is considered by many specialists as the
Главным результатом применения современных и перспективных биотехнологических методов в сельском хозяйстве многие специалисты считают стабилизацию сельскохозяйственного производства. Биотехнология
становится весомым и перспективным фактором развития агропромышленного комплекса.
В работе приведены структуры основных биотехнологий, применяемых в сельском хозяйстве, и, в частности, в животноводстве. Показано, что внедрение достижений и продуктов биотехнологии позволяет решить многие проблемы производства продукции сельского хозяйства, поэтому сегодня это направление развивается особо быстрыми темпами и имеет хорошие перспективы. Описаны основные факторы, определяющие развитие биотехнологии в ближайшем будущем в промышленно развитых странах.
Ключевые слова: биотехнология, биотехнологические методы,
трансгенез, биобезопасность.
principal result of implementation of modern and perspective biotechnological methods the agricultural area. In the present work we are presenting the structures of basic biotechnologies used in the agriculture and, in particular, in animal husbandry. It is shown that the implementation of achievements and products of the biotechnologies helps to solve many problems related with the agricultural production, that is the main reason why this direction is being developed by especially fast rates and has good perspectives. The main factors determining the development of biotechnologies in the realest facture in developed industrial countries are described in those work.
Keywords: biotechnology, biotechnical methods, transgenesis, biological safety.
Биотехнология - это совокупность промышленных методов, использующих живые организмы и биологические процессы, достижения генной инженерии (отрасли молекулярной генетики, связанной с созданием искусственных молекул вещества, передающего наследственные признаки живого организма) и клеточной технологии. Такие методы применяются и в растениеводстве, и в животноводстве, при изготовлении ряда ценных технических продуктов.
За последние 20-30 лет объемы производства биотехнологической продукции резко увеличились и приобрели коммерческий характер. Так, семь промышленно развитых стран мира (без России) от использования
и продажи биотехнологий получили 6 млрд. долл. в 2010 г. Прогнозные оценки современного мирового рынка биотехнологий составляли 10 млрд. долл. к 2015 г. По некоторым прогнозам, их ежегодный рост последующие три-пять лет должен был составить 15-20 %, а ближе к 2015 г. - не менее 30 %. Реально мировой рынок биотехнологической продукции в 2010 г. составил около 90 млрд. долл. [5,11].
В настоящее время годовой оборот мировой биоиндустрии составляет более 160 млрд. долл.[11].
Крупнейшим биотехнологическим рынком в мире являются США, где создается половина мирового объема биотехнологической продукции. Вторым по размерам рынком является Азиатско-Тихоокеанский регион, где наиболее динамично развивают биотехнологии Австралия, Китай, Индия и Япония. Замыкает тройку лидеров Европа.
В соответствии с принятой классификацией биотехнологических направлений более 60% мирового производства относится к продукции «красной» биотехнологии (биофармацевтические препараты и биомедицина), 12% - к «зеленой» (агропищевая продукция), остальное -биоматериалы промышленного назначения («белая» биотехнология).
Так, биотехнологический сектор США насчитывает сегодня 1 500 компаний, в том числе 386 публичных компаний с капитализацией около 360 млрд. долл. США. Доходы публичных биотехнологических компаний США в период с 2004 по 2012 год возросли с 35 до 95 млрд. долл. США, расходы на научные исследования и разработки - с 10 до 26 млрд. долл.[11].
Исторически важная роль в финансировании биотехнологии в США принадлежала государству.Государственный фонд National Institutes of Health (NIH) - крупнейший из отдельно взятых субъектов,осуществляющих финансирование биотехнологических исследований в США.
Число биотехнологических предприятий в Европейских странах составляет более 1 700, из них 180 - публичные компании, чьи доходы в 2012 году составили 20 млрд. долл. Это в пять раз меньшевыручки, генерируемой американской биоиндустрией. Объемы финансирования биотехнологической отрасли в Европе также существенно отстают от показателей США - 7.5 млрд. долл. [5,11].
Основные центры развития биотехнологии в Европе -Великобритания и Германия. Великобритания является лидером по объему привлекаемого в отрасль финансирования - примерно треть объема, инвестируемого всей Европой.
Германия опережает соседей по вложениям венчурного капитала в биотехнологическую отрасль - этот показатель в 2 раза выше среднего уровня в регионе. Кроме того, Германия опережает другие страны по количеству институтов, исследовательских учреждений и ВУЗов, специализирующихся в биотехнологии.
Биотехнологическая отрасль Китая включает в настоящее время около 900 предприятий и 40 биотехнопарков, расположенных в Пекине, Шанхае, Гуанчжоу. Объем продаж биотехнологической продукции, произведенной в Китае, оценивается в 10 млрд. долл. [5,11].
Агробиотехнология также является объектом значительных инвестиций - у Китая второе место в мире после США по объему финансирования разработок в этой области. На исследования в агробиотехнологии приходится около 40% государственных инвестиций в отрасль.
Рынок биотехнологической продукции Бразилии оценивается в 14 млрд. долл. и является крупнейшим в Латинской Америке. Биотехнологическая отрасль страны насчитывает около 300 компаний, большинство из них заняты в сельскохозяйственной и медицинской биотехнологии.
Важную роль в развитии бразильской биоиндустрии играют бизнес-инкубаторы, основные из которых расположены в Сан-Пауло и Минас Гераис.
Индия входит в первую тройку стран по развитию биотехнологии в Тихоокеанском регионе - после Австралии и Китая. Количество биотехнологических предприятий насчитывает около 330 [5,11].
Текущее состояние биотехнологии в Российской Федерации характеризуется, с одной стороны, отставанием объемов производства от уровня и темпов роста стран, являющихся технологическими лидерами в этой области, а с другой - возрастающим спросом на биотехнологическую продукцию со стороны потребителей [8].
Результатом является высокая импортозависимость по важнейшим традиционным биотехнологическим продуктам, и отсутствие на российском рынке собственных инновационных биотехнологических продуктов.
Россия, являясь одним из пионеров научного освоения биотехнологий, пока еще далека от их
широкого народнохозяйственного внедрения, даже несмотря на то, что современное сельское хозяйство немыслимо без биотехнологий.
Тем не менее, биотехнологии признаются в России приоритетным направлением НТП, развитие биотехнологий является одним из разделов Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база», а ряд разделов биотехнологии включен в перечень критических технологий Российской Федерации.
РЕГУЛИРОВАНИЕ СОЗДАНИЯ ГЕННО-МОДИФИЦИРОВАННЫХ
ПРОДУКТОВ
Здоровье и безопасность являются основными требованиями при получении новых пищевых и кормовых продуктов, включая и те, которые получены биотехнологическими способами, Поэтому необходим строгий государственный регулятивный контроль для оценки новых биотехнологических продуктов, применяемых в питании человека или
животных. Научные исследования влияния питательных ГМ компонентов сфокусированы на крупном рогатом скоте, свиньях, овцах, рыбе, бройлерах и несушках. В этих исследованиях оценивается питательный состав, данные по усвояемости, а также характеристики животных. Оценка питательного состава включает в себя состав макро-и микроэлементов, состав специфических аминокислот и жирных кислот. Показатели усвояемости изучаются на питательных веществах, имеющих и не имеющих ГМ природу. ГМ питательные вещества оцениваются в исследованиях на животных, проводимых в стадиях роста и лактации [8].
В дополнение к оценке прямых влияний питательных веществ, полученных из ГМ растений, на характеристики и состояние животных, также проводятся исследования, анализирующее непрямые воздействия, включая уровень распада ДНК и белка, введённых в ГМ культуры, потенциальный перенос ДНК и белка и их аккумуляцию в таких пищевых продуктах, как молоко, мясо и яйца. Все пищевые продукты и корма содержат ряд ДНК и белков из многих различных источников, включая продукты животного и растительного происхождения. Белки и ДНК в пищевых продуктах и кормах, независимо от источника происхождения, обычно деградируют в течение естественного пищеварительного процесса. Пока научные данные показывают, что ДНК, введённая в трансгенные растения, и белки, которые она кодирует, разлагаются в течение естественных процессов пищеварения точно так же, как и ДНК и белки обычных растений. Не существует никакого специфического метода определения трансгенных ДНК или белков в продуктах, полученных из животных, потреблявших корм с ГМ питательными компонентами.
Выращивание генно-модифицированных культур в России законодательно не запрещено. Вместе с тем, согласно статье 50 Федерального закона №7-ФЗ от 10.01.2002 «Об охране окружающей среды», производство, разведение и использование растений, животных и других организмов, созданных искусственным путем, запрещено без получения положительного заключения государственной экологической экспертизы. Подзаконные акты, регулирующие вопросы проведения государственной экологической экспертизы генно-модифицированных культур, не приняты, поэтому на практике она не проводится. Таким образом, в настоящее время выращивание генно-модифицированных культур в промышленных масштабах на территории Российской Федерации не ведется [1,2,3].
При этом российское законодательство в сфере производства и реализации продуктов питания, содержащих генно-модифицированные организмы, близко к европейским нормам: пищевые продукты, полученные из генно-модифицированных организмов, прошедшие медико-биологическую оценку и не отличающиеся по изученным свойствам от своих традиционных аналогов, признаются безопасными
для здоровья человека, разрешены для реализации населению и использованию в пищевой промышленности без ограничений [1,2,3].
В США контроль состояния здоровья сельскохозяйственных животных осуществляют три правительственных органа: Министерство сельского хозяйства США (USDA) контролирует ветеринарию, разработку и производство вакцин и диагностических тестов; Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) рассматривает и одобряет новые лекарственные средства и пищевые добавки; Управление по охране окружающей среды (EPA) обеспечивает контроль за пестицидами и другими средствами для уничтожения блох и других паразитов [11].
Приказы регулятивных органов по поводу биотехнологии животных рассматриваются Управлением по разработке политики в области науки и техники с целью согласования деятельности правительственных органов для обеспечения рационального научного подхода. Несмотря на огромное количество разрабатываемых продуктов, регуляторных документов в печатном виде существует не так много.
В 2003 году Центр ветеринарной медицины FDA опубликовал предварительную версию руководства по оценке риска при клонировании скота и безопасности употребления пищевых продуктов, произведенных из мяса клонированных животных. Специалисты FDA пришли к выводу о пригодности мяса и молока клонированных животных
к употреблению в пищу. Следующим шагом является полное урегулирование вопросов по оценке риска и предложений по процессу
управления рисками.
РЕЗУЛЬТАТЫ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В
ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Сегодня сельскохозяйственная биотехнология имеет несколько направлений, каждое из которых позволит решить множество задач. Так, например, благодаря трансгенным животным можно получать ценные гормоны и создавать лекарства для лечения эмфиземы и инфекций у младенцев, повысить питательную ценность большинства продуктов, получить вакцину, защищающую от вируса бешенства и лихорадки крупного рогатого скота.
Эксперименты по генетической модификации многоклеточных организмов путём введения в них трансгенов требуют много времени. Тем не менее, трансгенез стал мощным инструментом для исследования молекулярных основ экспрессии генов млекопитающих и их развития, для создания модельных систем, позволяющих изучать болезни человека, а также для генетической модификации клеток молочных желёз животных для получения из молока важных фармацевтических препаратов. Для процесса получения аутентичных белков человека или фармацевтических препаратов из молока трансгенных домашних животных был даже предложен новый термин -фарминг. Использование молока целесообразно потому, что оно
образуется в организме животного в большом количестве и его можно надаивать по мере надобности без вреда для животного. Вырабатываемый молочной железой и секретируемый в молоко новый белок не должен при этом оказывать никаких побочных эффектов на нормальные физиологические процессы, протекающие в организме трансгенного животного, и подвергаться тем изменениям, которые происходят в клетках человека. Кроме того, выделение нового белка из молока не должно составлять большого труда [6].
На протяжении многий столетий домашний скот использовался для получения лекарственных средств для человека. До появления в 1982 г. технологии рекомбинантной ДНК для получения инсулина, необходимого больным диабетом, его получали из тканей животных как побочный продукт мясной промышленности. Животные использовались также для получения гепарина (антикоагулянта), сердечных клапанов, различных сывороток, антисывороток и коллагена.
Достижения технологии рекомбинантной ДНК, эмбриологии животных, иммунологии и других научных дисциплин дали начало направлению, в котором животные играют значительную роль как источник очень сложных биофармацевтических препаратов и биологических продуктов. Разработан целый ряд технологий получения этих продуктов, в которых конечной производственной системой является ГМ животное. В этих случаях ген для получения целевой молекулы конструируется таким образом, что он может экспрессироваться только в специфической ткани. Некоторые компании нацелены на получение специфических животных протеинов из молока (крупный рогатый скот, овцы, козы, свиньи) или из яиц (птицы). Эти новые методы позволят более экономично получить определённые биофармацевтические препараты, производство которых сегодня очень дорого [7].
Одна из целей трансгенеза крупного рогатого скота - изменение содержания в молоке различных компонентов. Как известно, молоко коровы на 86% состоит из воды, остальное - это углеводы, жиры, белки, минеральные вещества, в том числе кальций, необходимый для роста костей новорожденных. Всё вместе образует сложную смесь для кормления потомства и для производства молочных продуктов -творога, масла, сметаны, сыра. В молоке 80% молочных белков составляютказеины: альфа^, альфа-S2, бэта-казеин, каппа-казеин и другие. Биофизические свойства их сходны, но есть и видовые различия, и роль казеинов поэтому разная: одни казеины высвобождают кальций из различных сочетаний с другими элементами, другие переводят его в форму, необходимую для развития костей новорожденных. Каппа-казеин связывает свободный кальций и тем вызывает осаждение казеинов, благодаря чему молоко свёртывается и делится на две фракции - творог (нерастворимые казеины) и сыворотку (в ней остаются растворимые белки). Это разделение кладёт начало
изготовлению сыра. Исследователи склоняются к тому, что и качество сыра, и возможности совершенствовать производство и выход продукта зависят главным образом от генетических вариантов белка молока. Так, количество сыра, получаемого из молока, прямо пропорционально содержанию в нём к-казеина (каппа-казеина), поэтому весьма перспективным представляется увеличение количества синтезируемого к-казеина с помощью гиперэкспрессии трансгена этого белка. Варианты к-казеина в большой степени изучены, и особый интерес вызвал его ВВ-вариант. Именно с ним связывают перспективы совершенствования производства сыра: многочисленные исследования показали, что и время свёртывания молока с этим вариантом меньше, и выход сыра больше, и полное затвердение сыра достигается быстрее, да и вкус чеддера в таком продукте выражен отчётливее и полнее [9].
Очень интересным представляется молочный белок лактоферрин, выполняющий множество функций, главной из которых является связывание и транспортировка в организме железа. Так же как и лизоцим, он активно борется с бактериальной и вирусной инфекциями в желудочно-кишечном тракте матери и ребёнка, регулирует естественный иммунитет и даже замедляет рост опухолей и метастаз. Кроме того, он успешно применяется и в качестве пищевой добавки в коровье молоко и в искусственные молочные смеси для кормления малышей [4].
Интерес к лактоферрину во всём мире огромен, в 1992, 1995 и 1997 гг. ему были посвящены три международные специализированные конференции - две научные и одна научно-практическая, собравшая производителей созданных на основе этого белка препаратов. В мире существует немало научных и коммерческих фирм, работающих с лактоферрином. Мировой объём продаж достигает уже 5 млрд. долл. В год. Сам препарат очень дорогой: грамм лактоферрина из коровьего молока стоит более 1000 долларов, а из молока человека - втрое дороже, поэтому вопрос об удешевлении и увеличении его производства стоит очень остро[10].
В 1990 г. в Голландии бык, получивший от матери-коровы ген лактоферрина человека, стал основателем стада, насчитывающего уже 200 коров. Планируется довести численность этого стада до 2 000 голов. Продукция лактоферрина человека в литре такого молока составляет около 1 грамма. В Южной Корее трансгенный по лактоферрину бык был получен только в 1996 г. Поэтому стадо - потомство этого быка - пока ещё только создаётся. Южно-корейские учёные намерены получать лактоферрин человека не только от коров, но и от коз [9,10].
В ряде стран ген лактоферрина человека пересаживают не только животным, но и растениям, например табаку, и в растениях он работает, то есть производит этот молочный белок. Цель этих работ - выведение растений, устойчивых к вирусным и бактериальным заболеваниям.
Таким образом, на настоящий момент биотехнологии приобретают все более важную роль в повышении доходности животноводства. Внедрение результатов биотехнологических исследований в животноводство происходит в первую очередь в следующих областях деятельности:
1. Улучшение здоровья животных с помощью биотехнологии;
2. Новые достижения в лечении людей с помощью биотехнологических исследований на животных;
3. Улучшение качества продуктов животноводства с помощью биотехнологии;
4. Достижения биотехнологии в охране окружающей среды и сохранении биологического разнообразия.
Биотехнология животных включает в себя работу с различными
животными (скотом, домашней птицей, рыбой, насекомыми, домашними
животными и лабораторными животными) и исследовательскими
приемами — геномикой, генной инженерией и клонированием.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Положение «О государственной регистрации генно-инженерно-модифицированных организмов» (утв. Постановлением Правительства РФ от 16 февраля 2001 г. № 120).
2. Положение «Об экспертном совете Минпромнауки России по вопросам биобезопасности» (утв. Приказом Минпромнауки России от 10 июля 2001 г. № 264)
3. Правила проведения в Минпромнауки России аккредитации научных организаций в качестве центров по испытаниям генно-инженерно-модифицированных организмов на биобезопасность (утв. Приказом Минпромнауки Ролссии от 10 июля 2001 г. № 264)
4. Айбазов М.М., Аксенова П.В. Возможность и перспективы получения первичных трансгенных животных-продуцентов белков человека // Овцы, козы, шерстяное дело. 2012. № 3. С. 33.
5. Прилепский Б. В. Биотехнологии на внутреннем и внешнем рынках / Б. В. Прилепский, М. Б. Прилепский // ЭКО. - 2010. - № 5.
6. Харитонов В.Д., Юрова Е.А. Идентификация как инструмент оценки безопасности молочной продукции / Материалы Международной научно-практической конференции «Биотехнология: и качество жизни» 2014, М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2014 - 22 с.
7. Селионова М.И., Айбазов А.М.М. Геномные технологии в селекции сельскохозяйственных животных / Сборник научных трудов Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. 2014. Т. 1. № 7 (1). С. 140-145.
8. Белецкий С.О., Иванов А.А. В обеспечении продовольственной безопасности Российской Федерации — 2014 [Электронный ресурс]. Дата обновления: 23.04.2014. — URL: http://www.agroxxi.ru/zhivotnovodstvo/stati/rol-biotehnologii.html (дата обращения: 23.04.2014).
9. Жиганова Л.П. Перспективы развития биотехнологий в 21 веке / Электронный журнал Россия и Америка в 21 веке, № 1. - 2008 [Электронный ресурс] — URL: http://www.rusus.ru/index.php
10. Материалы седьмого Международного конгресса «Биотехнология:состояние и перспективы развития». Москва, 2013 [Электронный ресурс]. Дата обновления: 25.03.2013. — URL: http://www.mosbiotechworld.ru/rus/ (дата обращения: 25.03.2013).
Beyond Borders. The Global Biotechnology Report 2013. (overview). Ernst & Young LLP.-2013. PP 4,6
