«Природа устроена очень умно, она передает генетический код через всё живое»
Сегодня во многом благодаря развитию генетических технологий появилась возможность создать сельскохозяйственную культуру по заказу потребителя, рассказал в интервью «Известиям» президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук. Переход на природоподобные технологии поможет не только сделать экономический рывок, но и решить проблему утилизации СО2, отметил он. Также Михаил Ковальчук рассказал о том, почему необходимы паспорта для продуктов и почему мы по-разному болеем COVID-19. Беседа состоялась после совещания, проведенного 17 ноября президентом Владимиром Путиным и посвященного вопросам развития в России генетических технологий. Головная организация, реализующая программу по генетике, — Курчатовский институт.
— Сейчас бурно развиваются генетические технологии. В чем особенность нашего времени? Наметился какой-то перелом?
— Курчатовский институт по поручению президента последние годы разрабатывал стратегию развития природоподобных технологий. Мы два столетия создавали новую, удобную для нас техносферу, укрощали природу. В итоге к концу ХХ века вмешательство человека в окружающий мир стало критическим. Построенная нами техносфера оказалась враждебной, антагонистической биосфере Земли.
При этом мы пытались усовершенствовать способности человека в виде механических систем. Например, рука — бульдозер, экскаватор, грейдер копируют ее возможности, но в значительно более примитивном виде. Или, например, компьютер. Понятно, что прототипом был мозг человека. Но если мы посмотрим на компьютер сегодня, то поймем, что задачи у них похожие, но решаются совершенно по-разному. Компьютер — цифровое устройство, а мозг — аналоговое. Отсюда его высокая эффективность, низкое энергопотребление, тогда как компьютер — это скорее нагревательный прибор, а не вычислительный. Он несопоставим по мощности с мозгом человека.
Однако время идет. И теперь мы детально разобрались в системах и процессах живой природы на всех уровнях — начиная от белковых молекул до мозга человека. Искусственная нейронная сеть, нейроморфная система — это уже реальные шаги.
— На пути к природоподобию?
— Да. Переходим к укладу, интегрированному в живую природу, а не антагонистичному ей. Мы уже можем буквально воспроизводить системы и процессы живой природы — синтезировать клетки, искусственные ткани, материалы, органы. Не копируя природу в виде механических систем — куска кремния или железа, а воспроизводя ее механизмы, материалы.
— Каким образом?
— Через объединение, конвергенцию наук и технологий, которые работают вместе на одну цель — НБИКС. Сейчас уже невозможно отделить нано- от био-, от информационных технологий и когнитивных технологий, социогуманитарных наук.
В современной генетике объединяется и нано-, и био-, и информационные технологии. Ведь природа устроена очень умно, всё живое создается и функционирует в соответствии с определенным кодом. Этот код — генетический. Раньше об этом только догадывались, а сегодня мы его расшифровываем, читаем. Мы видим и можем сравнить, извлечь и даже исправить то, что записано в скрижалях у каждого человека, растения, животного — у всего живого.
Научный сотрудник лаборатории функциональной геномики Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова оценивает запись нуклеотидной последовательности гена (секвенограмму)
— И можно даже определить заложенные в генетический код болезни?
— Да, по некоторым наследственным болезням мы уже можем понять, где они «записаны» в геноме. И, более того, в скором времени сможем их корректировать. То же самое с растениями. Какое-то растение хорошо плодоносит, имеет высокую урожайность, но оно не растет в определенной зоне, например на севере. А с помощью генетических технологий мы можем сделать его морозоустойчивым или засухоустойчивым.
— Но ведь раньше это тоже можно было делать с помощью классической селекции. Правда, на это уходили десятилетия.
— Да, раньше мы это делали при помощи селекции, а теперь работаем с геномом, в рамках разрешенного законодательством направления. Знание генома дает возможность на то, что раньше мы эмпирически делали, взглянуть научно, на другом уровне, программировать заранее нужные нам свойства. По этому принципу мы можем создать персонализированную медицину, персонализированное сельское хозяйство.
— Что это такое?
— Вот я к вам прихожу и говорю: «Я хочу иметь высокоурожайную пшеницу, которая росла бы на конкретном месте, с определенными климатическими условиями и почвой». А вы — генетик — создаете «под меня» новое растение. Еще, допустим, сельхозпроизводитель заказывает, чтобы эта пшеница была бы техническим сырьем для биотехнологической промышленности или могла бы использоваться для изготовления пасты. Генетика теперь дает возможность это делать.
— Эти сорта пшеницы так сильно отличаются?
— Если вы хотите пасту приготовить итальянскую, вам нужны твердые сорта пшеницы. Что это такое? Это богатое белками зерно пшеницы, значит, надо, чтобы было много клейковины. Если вы эту пшеницу готовите как сырье для химической или биотехнологической промышленности, вам надо, чтобы там был крахмал — для перегонки его в глюкозу. Еще много всяких нюансов — теперь появилась возможность создать пшеницу адресно для потребителя.
Комбайны во время уборки урожая пшеницы на полях Рязанской области
— Сельское хозяйство через несколько лет будет персонализированным?
— Оно уже есть. Изменения происходят прямо сейчас.
— И можно будет подстроить важные сельскохозяйственные культуры под климатические условия?
— Да. Сегодня у нас зерновые и плодово-овощные культуры растут при одном климате, завтра он может измениться. И сейчас мы уже можем готовить наши сорта к потеплению, к тому, что они будут выращиваться в иных условиях. Вторая важная вещь — возбудители болезней и насекомые-вредители. Изменение климата может привести к тому, что те возбудители болезней, которые раньше жили только в теплых краях, появятся у нас. Значит, надо уже сейчас создавать сорта с устойчивостью к этим болезням.
— А можно ли создать растения, которые помогут коренным образом изменить ситуацию с накоплением CO2?
— Поглощение углекислого газа осуществляется за счет механизма фотосинтеза. Эффективность фотосинтеза в природе очень невысока — КПД всего, по-моему, несколько процентов. Но если создать сельскохозяйственные растения, которые будут больше поглощать углекислого газа и быстрее расти, значит, фотосинтез станет эффективнее. Это становится уже частью нового природоподобного уклада. И дальше это выросшее растение, органическую массу перерабатывают промышленные микроорганизмы. Получается спирт или глюкоза — уникальное сырье для промышленности. Вы можете из нее получить любые кислоты органические (янтарную, молочную), а из них биополимеры. Таким образом можно постепенно перевести химическую промышленность, которая сегодня базируется на переработке нефти и природного газа, на природоподобные, «зеленые» рельсы. Целенаправленно выращивая биомассу с повышенным поглощением углекислого газа, можно создать новую природоподобную химическую промышленность, которая не будет выделять СО2.
На территории одного из химических комбинатов
— А что, например, делать с азотной промышленностью? Там ведь особенно грязные химические производства?
— Действительно, у нас есть крупные заводы, которые производят различные химические продукты высокого передела, создавая дополнительную прибавочную стоимость для нашей экономики. Но ту часть, которая производит азотные удобрения, выбрасывая углекислый газ, мы можем заменить, если научимся выращивать микроорганизмы, которые усваивают азот из воздуха, и превращать их в азотные биоудобрения — тоже природоподобные технологии. Этим в Курчатовском геномном центре тоже занимаются.
— Если вернуться к генетическим технологиям, давно ли они развиваются в Курчатовском институте?
— Еще в 1950-е годы, когда генетика была в нашей стране фактически под запретом, в Курчатовском институте был собран весь «цвет генетики». В радиобиологическом отделе Игорь Курчатов, а потом его последователь и соратник Анатолий Александров, который был и президентом Академии наук СССР, и директором Курчатовского института, собрали лучших специалистов. В 1958 году наша генетическая лаборатория выделилась в ГосНИИ генетики, дав старт для развития самой мощной на тот момент в мире, в 1960-х годах, биотехнологической промышленности.
— Что производили?
— Сырье для антибиотиков, все виды аминокислот, кормовые биодобавки для скота и так далее. В 1968 году из части нашего биологического отдела был образован Институт молекулярной генетики АН СССР.
Создатель «Спутника V», директор ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РФ Александр Гинцбург
— Да, создатель «Спутника V» Александр Гинцбург недавно в интервью «Известиям» говорил о том, что в свое время работал в Курчатовском институте — сильнейшем институте мира.
— Курчатовский институт был тем местом, где в трудные годы была сохранена и развивалась на мировом уровне генетика. Сегодня мы имеем один из самых мощных в мире генетических потенциалов, генетические технологии развиваются в рамках федеральной программы. На совещании по развитию генетических технологий 17 ноября президент сказал, что если Курчатовский институт за что-то берется, то он делает это основательно и доводит всегда задачи, которые перед ним ставит государство, до логического завершения. Поэтому у нас будет что выпить и чем закусить. И эта шутка, как говорится, не в бровь, а в глаз.
— Вы на этом же совещании у президента подняли вопрос о введении паспортов для продуктов. Для чего это нужно сделать?
— Для контроля генно-модифицированной продукции. Как вы знаете, в России запрещено ее производство. Но если вы привезли продукт из-за границы, неизвестно, есть ли в нем ГМО. Поэтому надо вводить контроль. Должен быть цифровой паспорт, сертификация. Например, разработали технологию по производству нового кисломолочного продукта, создали микроорганизм. Значит, вы должны расшифровать геном и депонировать этот геном в базе данных. Дальше Роспотребнадзор может прийти в любой момент, как он делает в выборочном порядке, взять эту продукцию, расшифровать геном и сравнить его с тем, который указан в паспорте. Этот вопрос поднимался на совещании, я думаю, что он сегодня правомерен.
— Это ведь относится и к лекарствам. Там же тоже некоторые субстанции получают с помощью генно-модифицированных организмов?
— Да, создание многих лекарств на этом базируется. Мы должны понимать, что новые технологии несут в себе не только большие возможности, но и новые вызовы.
Упаковка таблеток на блистерной машине на фармацевтическом предприятии
— COVID-19 разные люди переносят по-разному. Это с генетикой связано?
— Конечно. И в рамках одной семьи ближайшие родственники болеют по-разному. Надо изучать генетическую специфичность. Для этого нужно собирать статистику, проводить глубокие исследования.
— Еще мало времени прошло, чтобы делать выводы?
— Какие-то выводы делаются, но все-таки нужна большая выборка. Ее пока недостаточно, с моей точки зрения. Но мы на правильном пути, это очевидно, поэтому мы первыми создали вакцину. Пандемия пройдет, и именно генетика поможет нам бороться и предотвращать новые болезни.
