Зеленая биотехнология

Первым белком, произведенным в растениях-продуцентах, был человеческий соматотропин (1986 г.). В 1990 г. в растениях табака и картофеля синтезировали человеческий сывороточный альбумин.. В целом, продуцируемые белки можно подразделить на несколько групп [8]. Структурные и транспортные белкиВ растениях табака, помимо сывороточного альбумина, синтезированы коллаген, эластин. Транспортные белки, синтезируемые трансгенными растениями гемоглобин, аполипопротеин и лактоферрин, а пищевые - белки молока (казеин и лактальбумин).- Ферменты и ингибиторыРис используется для выработки лизоцима, кукуруза – трипсина, резуховыдка - фактора Касла (активирует витамин B12). Фермент глюкоцереброзидаза, необходимый для лечения тяжелого наследственного заболевания — глюкозилцерамидного липидоза производится с использованием суспензионной культуры трансгенной моркови. В трансгенных растениях экспрессируют также гетерологичные гены, кодирующие ингибиторы трипсина и тромбина.Синтез растениями ряда ферментов (α-галактозидаза, β-глюкуронидаза, пероксидаза, лакказа, целлюлаза, ксиланаза и др.), лизирующих клеточные стенки растений, предполагается использовать для разрушения целлюлозы при производстве биоэтанола.- Регуляторные белкиРастения-продуценты табака синтезируют соматотропин, энкефалины, эпидермальный фактор роста, кальмодулин, инсулиноподобный фактор роста, эритропоэтин. Человеческий рекомбинантный инсулин накапливается в семенах резуховидки. - ИммуномодуляторыНа базе табака томата, картофеля, резуховидки, салата, риса, сахарного тростника, ряски, Aloe vera и P. patens созданы биопродуценты, вырабатывающие разнообразные цитокины человека и животных: колониестимулирующие факторы, факторы некроза опухолей, фактор роста фибробластов, интерфероны и интерлейкины.- Антитела (иммуноглобулины)Для синтеза антител (иммуноглобулинов и др.) используют табак, резуховидку, горох, сою, люцерну, ряску, рис, пшеницу. - Антигены (растения-вакцины)В 1992 г. были получены трансгенные растения табака, экспрессирующие ген поверхностного антигена вируса гепатита В (HBsAg), позже его стали синтезировать на базе картофеля, суспензионных культур табака и сои. Растения-вакцины получают на основе рапса, резуховидки и табака, картофеля, томата, физалиса, люцерны, люпина, моркови, салата, шпината, ряски, банана и кукурузы.В настоящее время более 50 различных антигенов могут синтезироваться растениями, в т.ч. против возбудителей малярии, холеры, сибирской язвы, ящура, бешенства, папиломы, лимфомы, ОРВИ, кори, ВИЧ, дифтерии, коклюша, столбняка, туберкулеза, болезни Альцгеймера, гастроэнтерита, геморрагических лихорадок и др. 3. Биопрепараты в растениеводствеВ зависимости от функционального назначения выделяются следующие группы биологических препаратов:− биоинсектициды и биофунгициды (защита от болезней и насекомых-вредителей);− антибиотики (подавляют развитие фитопатогенных возбудителей и способны нейтрализовать выделяемые ими токсины);− биоудобрения или биоактиваторы (превращают трудно растворимые минеральные соединения в растворимые, доступные для растений простые формы);− деструкторы (разнообразные задачи: очистка грунтов, водных объектов, ускорение процессов разложения и др.);− прилипатели (закрепление препаратов на обрабатываемых растениях);− биокомплексы (комплекс микроорганизмов и биологически активных веществ, оказывающих друг на друга синергетическое действие).Использование микроорганизмов в качестве биоудобрений и биопестицидов – сравнительно новое направление биотехнологии, но уже имеющее существенные достижения. Они экологичны, имеют малый период ожидания и снижают общую химическую нагрузку на почву, и, как следствие, повышают ее плодородие[10].В настоящее время бактерии, грибы, вирусы находят все более широкое применение в качестве промышленных биопестицидов. Технология производства этих препаратов весьма различна, какразлична природа и физиологические особенности микроорганизмов. Основные требования, предъявляемые к биопестицидам: селективность и высокая эффективность действия,безопасность для человека и полезных представителей флоры и фауны,длительная сохранность и удобство применения, хорошая смачиваемость иприлипаемость. В настоящее время для защиты растений и животных от насекомых и грызунов применяются около 50 микробных препаратов, относящихся к трем группам: это бактериальные, грибные и вирусные препараты[10].Из энтомопатогенных биопрепаратов наиболее распространены бактериальные – на основе спор и токсинов энтомопатогенной бактерии Bacillus thuringiensis (Bt) –Энтобактерин, Дендробациллин, Лепидоцид, Битоксибациллин. Также используются энтомопатогенные грибы – паразиты членистоногих – относится к родам Beauveria, Isaria, Metarhizium, Lecanicillium. Основу вирусных энтомопатогенных препаратов составляют бакуловирусы как высокоспецифичные природные регуляторы численности насекомых.Для борьбы с болезнями растений используются биопрепараты на основе грибов-антагонистов и бактерий. В основе их использования лежит механизм антибиоза, регулирующий взаимоотношения микроорганизмов в природе. Бактериальные препараты на основе бактерий Pseudomonas и Bacillus, в частности Bacillus subtilis, являются наиболее распространенными. Внесение в почву биофунгицидов на основе гриба рода Trichoderma, подавляющих жизнедеятельность возбудителей болезней в почве, на семенах и внутри вегетирующих растений. Гриб в конидиальной стадии выделяет высокоактивные антибиотики – глютоксин и виридин, направленные против корневых и прикорневых гнилей, изменяет структуру почвы, стимулирует рост и развитие растений.Обработка почвы препаратами на основе триходермы увеличивает содержание РНК и ДНК во всех фазах вегетации растения. Это свидетельствует о том, что у внесенного под посев гриба усиливаются антагонистические свойства. Здоровые растения лучше накапливают запасные углеводы. Количество запасных сахаров возрастает на 4-7%, увеличивается содержание белкового азота. Это обусловливает повышение устойчивости растений к заболеваниям. Биофунгициды на основе гриба рода Trichoderma стимулируют синтетические процессы во всех фазах развития растений, повышают их сопротивляемость к болезням[10].Биоудобрения являются важным направлением развития сельского хозяйства, позволяя уменьшить использование токсичных и вредных химикатов. Биоудобрения в качестве действующего вещества содержат живые микроорганизмы, которые переводят питательные вещества из минерализованных форм в растворимые, доступные для растений, а также улучшают работу корневой системы растения. Они не исключают использования минеральных удобрений, а повышают эффективность их использования и показатели усвояемости, делая возможным снижение норм внесения химикатов на 25-50%.Используемые в качестве микробных инокулянтов или микробных препаратов, биоудобрения улучшают условия питания почвы. препараты на основе симбиотических азотфиксирующих бактерий (нитрагин, ризоторфин)препараты на основе несимбиотических азотфиксирующих бактерий (флавобак-терин, ризоэнтерин, агрофил, ризоагрин, азотобактерин, ризобактерин, экстрасол и др.)фосфоробактеринбиологически активный грунт АМБгрибы-микоризообразователи[9].Наиболее распространены биоудобрения на основе азотфиксирующих бактерий (Frankia, Cyanobacteria, Acetobacter, Alcaligenes, Azospirillum, Bacillus, Rhizobium, Clostridium, Klebsiella, Pseudomonas, Enterobacter и т. д.); вторая по значимости разновидность – биоудобрения с микроорганизмами, обеспечивающими растворение минерализованных форм фосфора. Реже используются биопрепараты, обеспечивающие растворение минеральных форм калия, микроэлементов (цинка, марганца и др.), и биопрепараты, основная функция которых состоит в обеспечении лучшего развития корневой системы (активаторы роста растений, такие как ризобактерииErwinia, Serratia, Rhizobacteria и др.)Симбиотические микоризные грибы - улучшают водное и минеральное обеспечение растений, являются продуцентами биологически активных веществ (витаминов, фитогормонов, антибиотиков), повышают устойчивость к фитопатогенам. Микоризация используется при инокуляции семян и саженцев древесных пород.ЗаключениеС развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества — ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды. Сельскохозяйственная биотехнология не только обеспечивает глобальное производство продуктов питания с помощью различных инструментов, но и улучшает качественные характеристики продукции, что дает ей экономическое преимущество.Основной целью сельскохозяйственной биотехнологии является повышение производительности сельского хозяйства и максимизация производительного потенциала наших сокращающихся ресурсов.Зеленая биотехнология имеет дело с использованием экологически чистых решений в качестве альтернативы традиционному сельскому хозяйству, садоводству и животноводству. В связи с этим, одной из главных задачей селекционеров в настоящее время становится решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и клеточной инженерии.Примером является конструирование трансгенных растений, которые модифицированы для улучшения качества продукции, для повышенной устойчивости к вредителям и болезням или для ускоренного роста в неблагоприятных погодных условиях. Генетически улучшенные культуры являются одним из инструментов, который может способствовать более гармоничному балансу между производством продуктов питания и окружающей нас средой.С помощью микроклонального размножения возможно быстрое получение стабильно качественного и здорового посевного материала. Меры биологической защиты растений позволяют повысить урожайность, снизить потери в растениеводстве, внедрить интегрированные системы защиты растений, ведут к снижению остатков действующего вещества в конечной продукции. Развитие направления биологической защиты растений ведет к значительному снижению химической нагрузки на растениеводство, позволяя получить более безопасную в экологическом плане продукцию.Зеленая биотехнология - это термин, используемый для сельскохозяйственного сектора, пищевой промышленности, лесного хозяйства, рыбоводства, т.е. тех сфер человеческой деятельности, которые решают продовольственную проблему. Чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической катастрофе, человечеству необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов. Она обеспечивает глобальное экологическое здоровье, снижая антропогенную нагрузку на природу. Поэтому ожидается, что она принесет зеленую революцию - обширную трансформацию сельского хозяйства для увеличения производства и повышения качества на справедливой и устойчивой основе без ущерба для окружающей среды ЛитератураГуров А.А. Не все генетически модифицированные растения создаются одинаково: это свойство, а не метод / Гуров А.А. // // Приоритетные векторы развития промышленности и сельского хозяйства : матер. I Междунар. науч.-практ. конф. - 2018. - С. 64-67.Гурова, М.Б. Биотехнологии: наука и отрасль сельского хозяйства / М.Б. Гурова // Приоритетные векторы развития промышленности и сельского хозяйства : матер. I Междунар. науч.-практ. конф. - 2018. - С. 67-71.Дорошенко, Н.П. Биотехнология - наука и отрасль сельского хозяйства / Н.П.Дорошенко, Л.П.Трошин, Х.К.И. Алзубайди // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 116. С. 1700-1732.Краткий биотехнологический словарь: Учебное пособие для студентов фармацевтического факультета / Составитель: С.В. Первушкин. - Самара: ГБОУ ВПО СамГМУ Минздрава России, 2015. - 217 с.Павловская, Н.Е. Основы биотехнологии / Н. Е. Павловская, И. В. Горькова, И. Н. Гагарина, А. Ю. Гаврилова – Орел: Изд-во Орел ГАУ, 2014. – 208 с.Пак, И. В. Введение в биотехнологию : учебное пособие / И. В. Пак, О. В. Трофимов, О. А. Величко. — 3-е изд., перераб. и доп. — Тюмень : Изд-во Тюменского государственного университета, 2018. — 160 с.Романова, О.В. Разработка элементов технологии получения посадочного материала салата (Lactuca sativa l.) на безвирусной основе с использованием методов биотехнологии / Романова О.В. [и др.] // Овощи России. - 2019. - № 2 (46). - С. 22-26.Савельева, Н.В. Трансгенные растения-продуценты веществ медицинского и ветеринарного назначения / Н.В, Савельева [и др.] // Экологическая генетика. - 2015. - №2. [Интернет-ресурс]- URL: https://cyberleninka.ru/article/n/transgennye-rasteniya-produtsenty-veschestv-meditsinskogo-i-veterinarnogo-naznacheniya (дата обращения: 29.06.2019).Фауст, Е.А. Сельскохозяйственная биотехнология / Сост.: Е.А. Фауст // ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ. – Саратов, 2016. – 76 с.Федоренко, В.Ф. Современные технологии производства пестицидов и агрохимикатов биологического происхождения: науч. аналит. обзор / В.Ф.Федоренко, Н.П.Мишуров, Л.Ю. Коноваленко – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2018. – 124 с.Цветкова, Е.М. Особенности стандартизации и сертификации "зеленой" биотехнологии / Е.М.Цветкова, Е.Ю.Салдаева, В.И. Федюков // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2015. - Т. 224, № 4. - С. 249-252.Широков, А.И. Основы биотехнологии растений / А.И. Широков, Л.А. Крюков. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 49 с.ВП-П8-2322. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года (утв. Правительством РФ 24.04.2012 N 1853п-П8) [Интернет-ресурс]. URL : - http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_130043/3a4d7a0d91af4feaaf4c09bcf2178233da5da9c8/ (дата обращения: 29.06.2019).Gartland, Kevan & S. Gartland, Jill. (2016). Green Biotechnology for Food Security in Climate Change. [Интернет-ресурс]. URL : - https://www.researchgate.net/publication/299996717_Green_Biotechnology_for_Food_Security_in_Climate_Change/download (дата обращения: 29.06.2019).