14 июня в Музее БИОТЕХ на ВДНХ состоялось совместное заседание научного совета Секции хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Отделения сельскохозяйственных наук РАН и ФИЦ биотехнологии РАН. Ученые обсудили внедрение в производство актуальных разработок, в частности ингредиентов для растительной, мясной и молочной продукции, создания рекомбинантных ферментов, контроля качества продуктов питания.
С докладом о разных областях применения биотехнологий в пищевой промышленности выступил Алексей Николаевич Федоров, исполняющий обязанности директора ФИЦ биотехнологии РАН, доктор биологических наук. По его словам, хотя решать проблемы технологического суверенитета пришлось очень быстро, чего никто в отрасли не ожидал, ученые сделали качественный скачок, чтобы отвечать на вызовы времени. Этому помог обширный опыт институтов, входящих в ФИЦ биотехнологии РАН: еще в советское время в них разрабатывались биохимические основы производства хлебопекарных изделий, чая, вин и коньяка, витаминной продукции. Здесь создавались ферментные препараты, благодаря усилиям ученых открывались производства никотина, лимонной кислоты, анабазина. Сейчас ФИЦ биотехнологии РАН — три института и три центра коллективного пользования, более 50 лабораторий и более 600 сотрудников.
«Прогнозы Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН показывают, что к 2040 году необходимо будет кормить 11 миллиардов человек. Они предсказывают, что для этого 20% мясной продукции нужно изготавливать из растительного сырья, а еще 35% — выращивать в лабораториях. К тому же должны быть решены проблемы плохого прогнозирования урожая, а также сохранения уже произведенной продукции. Чтобы оставаться конкурентоспособными, нам нужно не просто догонять и закрывать пробелы там, где мы не можем чего-то произвести сами, а двигаться вперед вместе со всем миром», — отметил Алексей Федоров.
В своем докладе он рассказал о пяти основных направлениях применения биотехнологий в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Первое из них — рекомбинантные ферменты, без которых невозможно большинство биотехнологических производств: сыроварение, изготовление майонезов, кормов для животных, отбеливание и обработка тканей. Как пример Федоров привел фермент α-амилаза, который может использоваться в разных процессах, и в каждом случае будут важны его разные характеристики.
«Индустриальные партнеры стоят перед выбором: заказать разработку у нас, купить ее "под ключ" за рубежом или закупать готовое сырье для своих производств. Чтобы оставаться конкурентными, мы должны быть интересны для своих партнеров. Ограничения в пищевой промышленности очень жесткие даже по сравнению с фармацевтикой: требуется не только высокое качество, безопасность, но и низкая себестоимость, и хорошая масштабируемость. Для производства рекомбинантных ферментов нужно создать идеального продуцента — микроорганизм-биофабрику, который будет давать максимальный выход с минимальными издержками. Мы оптимизируем производство этого белка в клетке на всех уровнях: от генов и ДНК до транскрипции, трансляции и выделения из клетки. Так, для производства химозина в клетках дрожжей по заказу группы компаний ЭФКО мы оптимизировали не только штамм-продуцент, но и технологии очистки», — прокомментировал докладчик.
Вторым направлением стало производство продукции на основе молочного сырья, в первую очередь — функционального и лечебного питания, детских смесей.
«Если мы посмотрим на российский рынок специализированного питания, детских и диетических продуктов, то мы не достигаем даже пороговых значений по продовольственной безопасности. Около 70% от общего объема смесей-заменителей грудного молока для детей импортируется, а большая часть остальных 30% просто расфасовывается у нас в стране, а производится все равно за рубежом. С лечебным энтеральным и парентеральным питанием ситуация еще критичнее. Почему? Дело в отсутствии базовых компонентов и ингредиентов», — обратила внимание на проблемы этой отрасли профессор кафедры технологии молока и молочных продуктов Воронежского государственного университета инженерных технологий, доктор технических наук Елена Ивановна Мельникова.
Отдельное перспективное направление — работа с молозивом иммунизированных коров. Изготовление на его основе препаратов для «пассивной вакцинации» может помочь в борьбе с внутрибольничными инфекциями, от которых страдает до 9% новорожденных.
Для мясных продуктов все чаще применяются разработки транскриптомики и протеомики — анализ молекулярных параметров продукции, чтобы определить качественное и количественное содержание различных веществ в ней. Еще два актуальных направления для животноводства — создание вакцин против цирковирусов свиней и систем быстрой диагностики африканской чумы свиней, которые позволяют протестировать животных и получить результат уже через 10–15 минут.
«В Китае недавно из-за вспышки африканской чумы свиней забили половину поголовья. Новые тест-системы позволят быстро локализовать очаг заражения и избежать не просто экономических проблем, а социально-политических — то есть голода и беспорядков. Учитывая, что мы имеем дело с огромным вирусом со 180 генами, невозможно выбирать белки для тестовых систем наугад и надеяться, что все получится», — подчеркнул Алексей Федоров.
Биотехнологии помогают и в производстве продуктов из растительного сырья. Недаром работа по расшифровке генома пшеницы попала на обложку журнала Science: понимание генетики злаков помогает получать более высокие урожаи, улучшая качество муки и устойчивость растений к суровым условиям среды или различным заболеванием. Актуально это и для множества других культур: так, виноград поражает более 90 вирусов, из-за которых урожай снижается на 40%. Кроме того, биотехнологии помогают улучшать качество белковых изолятов из гороха, который в России растет лучше, чем соя. Благодаря разработкам ученых ФИЦ биотехнологии РАН удалось на основе этого сырья получить растительное молоко без неприятного специфического запаха, который приходилось заглушать ароматизаторами.
«Еще один наш проект по производству растительного сырья — это "Агробиофотоника", или вертикальные городские фермы. Наши опытные вертикальные городские фермы смогли покрыть существенную часть потребности в мини-клубнях для компании "Белая дача". Кроме того, в управляемых условиях мы можем улучшать метаболизм растений, например получать больше эфирных масел для более душистого базилика и выращивать "летние", спелые помидоры зимой», — добавил Алексей Николаевич.
Но как бы ни было получено сырье, еще одним ключевым производственным этапом станет контроль качества продуктов питания. Иммунохроматографический анализ позволяет быстро получить результат и используется как в ветеринарии, так и в пищевом производстве.
«Мы можем не просто проверять на один патоген, а проводить мультианализ, то есть протестировать на целый набор патогенов и токсинов. Так, для картофеля можно сразу провести полуколичественную оценку по бурой и кольцевой гнили и по другим возбудителям болезней всего за 10–15 минут», — рассказал Федоров.
Кроме того, важными разработками становятся тесты на микотоксины и антибиотики в кормах, продуктах питания и зерне.
Все это важно согласовывать с нуждами бизнеса, чтобы разработки не заканчивались доказательством принципиальной возможности что-то создать и бесполезными патентами. Такая ситуация сейчас с рекомбинантными ферментами в производстве глюкозных и фруктозных сиропов в США: трехстадийная технология требует изменения pH и температуры для огромных масштабов на каждом этапе для разных ферментов, и, хотя разработка принесла бы авторам миллиарды, пока все патенты неприменимы где-то вне стен лаборатории. Ученые ФИЦ биотехнологии РАН выбирают другой путь.
«Наша цель — это не какие-то модельные эксперименты, которые заканчиваются научными экзерсисами. Мы искренне хотим сделать применимый результат, довести его до потребителя и помочь людям», — заключил Федоров.
Заседание прошло на площадке Центра современных биотехнологий Музея БИОТЕХ на ВДНХ (павильон № 30). Год назад его открыл ФИЦ биотехнологии РАН. Сейчас в павильоне не только размещаются экспонаты, посвященные биотехнологиям, но и проводятся мероприятия — как научно-популярные лекции для детей и взрослых, так и экспертные дискуссии.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
