Надо ли нано?

AGRORU.com: Валерий Иванович, расскажите, почему возникла потребность в нанотехнологиях ?

Г.В.И.:

Есть определенная логика развития науки. Сначала мы смотрели на важные для нас объекты в крупном масштабе, то есть, определяли видимые простым глазом фенотипические признаки, вели селекцию. Потом наступила эра генетики, когда мы стали понимать, что за выражением какого-то признака лежит определенная генная система. Дальше наступила эра молекулярной биологии и биотехнологий. Потом мы стали понимать, что на самом деле, например, удой, он состоит из таких-то и таких-то признаков, кодируемых разными генами, ответственными, допустим, за количество жира, за размеры мицелл молока.

То есть молоко, которое у коровы мы берем, одно, например, годится на сыр, будут из него делаться лучшие сорта сыра, другое лучше для непосредственно питья. Таким образом, появилась возможность определять варианты таких генов и использовать для целей, нужных в животноводстве. Благодаря изобретению светового микроскопа – спасибо Левенгуку! – мы получили возможность видеть объекты в микромасштабе, электронного микроскопа – в наномасштабе (10-9 метра).

Был изобретен атомно-силовой микроскоп, мы получили возможность не только рассматривать молекулярный уровень организации окружающего мира, но и манипулировать молекулами в наномасштабе, непосредственно наблюдая за процессом, что и легло в основу нанотехнологий. Мы пытаемся понять, что делается уже не на микро-уровне, а на нано, да еще и вмешаться в эти процессы.

Все это результат естественного стремления человека к знаниям, один из инстинктов человечества – поисковый. Как дети, которые пытаются разобрать игрушку, чтобы узнать, как она устроена, почему работает. Я не знаю, откуда это в нас заложено, но это элемент эволюции. Великий физиолог И.П. Павлов определял значение поискового наряду с инстинктами самосохранения и воспроизводства.

Хотя, конечно, наши совокупные инстинкты самосохранения и воспроизводства до сих пор функционируют не очень эффективно, мы до сих пор воюем, мы до сих пор совершаем ошибки и способствуем таким техногенным катастрофам, как, например, чернобыльская авария, или сбрасываем атомные бомбы, даже не представляя себе всю глубину последствий. Мы подходим к какому-то пределу, за этим пределом начинается такое знание, которое надо очень хорошо понимать, с точки зрения последствий и правильного, осторожного использования этих знаний.

В Российской науке всегда присутствовал такой странный элемент, который на Западе называют русским космизмом. Что это такое? Это способность к системному зрению, умению видеть за деталями иерархию взаимосвязанных систем. Вот я всегда привожу пример : работает человек, полуслепой, полуглухой, преподает в женской гимназии, Циолковский…. Но думает он о путешествиях в космос. Вот. Казалось бы… Еще примеры – Вернадский, Вавилов. Вавилов, который думает о том, что надо страну накормить – добыть для растений гены устойчивости к болезням, к неблагоприятным температурам, засухам, засолению, продвинуть культурные растения на север и т.д. Причем, в мире все меняется, нужно быть готовым к переменам, заметьте – это было почти сто лет назад, задолго до того, как стали говорить об изменении климата или об опасности сокращения биоразнообразия.

Это 2010 год объявлен ООН годом сохранения биоразнообразия, а Н.И. Вавилов уже в 1911 году был этим озабочен и собирал в экспедициях различные растения, которые могли бы оказаться полезными. Он понимал, что растениеводческих ресурсов на растущее население не хватит. И ездил по миру, собирал мировой растительный генофонд, который нам помогает до сих пор. И до сих пор его труд мы каждый день видим на столе в виде хлеба. Представляете? Человек думает о будущем. Ему говорят: зачем это все?... А он считает, что это нужно.

Или В.И. Вернадский, который мало того, что детализирует и разрабатывает концепцию биосферы, как единства живой и косной материи, но думает дальше: есть биосфера, а дальше что? То есть у наших людей есть попытка посмотреть на все вещи сверху. Мне вот, например, очень нравится , почему мы полетели в космос? Потому что С. П. Королев в детстве прочитал книжку К.Э. Циолковского «Межпланетные путешествия». А почему Циолковский написал эту книгу? Потому что он прочитал Н. Ф. Федорова. Был такой философ, который написал «Философию общего дела». Там есть одна идея, которая звучит следующим образом: нужно восстановить отцов-основателей.

Когда Циолковский прочитал эту книгу, он начал задумываться над тем, что сейчас получило название ДНК-археология. Федоров предполагал, что в будущем можно будет воскрешать людей. А сейчас мы работаем над тем, чтобы получить методы, которые позволят в дальнейшем воскрешать исчезнувшие виды животных и растений, когда по генетическому материалу, сохранившемуся, например, в костях, можно будет восстановить мамонтов и т.д. То есть, в то время Циолковский понимал, что люди постепенно продвигаются к методам, которые могут увеличить продолжительность жизни, восстанавливать умершие организмы. И Циолковский стал думать, а где же они будут жить, эти новые люди? И он тогда думал, что их надо расселять по планетам, когда писал эту книгу.

Есть одна странная штука – это преемственность знания. Сейчас эта преемственность нарушена в России, к сожалению. Потому что есть разрыв между моим поколением и молодым поколением. Сейчас в нашем Центре работают ребята, они очень молоды. А среднего возраста нет, потому что люди среднего возраста, перспективные ученые, уехали на Запад. И люди продолжают уезжать… И это самое печальное.

То есть, грубо говоря, Россия обсеменяет все страны мира своими людьми, своей биологией, своим интеллектом. Миграция из России происходит и сегодня, и связана она, по моим представлениям, с Гражданской войной, которая, по-моему, происходит до сих пор. Мне за Россию обидно. Потому что американцы не были так успешны в развитии науки, как европейские страны, как мы, в конце XIX - начале XX века… У нас до революции было 2 нобелевских лауреата – И.П. Павлов (1904 г) и И.И. Мечников (1908 г), а в Америке первый нобелевский лауреат появился только в 1933 году, Томас Морган получил премию…

Потенциал у нас есть, и он необычный. Наши люди особенные, у них живой ум и потребность огромная в знаниях, в поиске, в развитии...Может быть, есть такая точка зрения, Россия этим обязана богатству этносов, вступавших в сложные взаимодействия на ее территории, их взаимному обогащению. Сторонники этой точки зрения полагают, что тем же, в частности, обусловлен и расцвет США в XX веке.

Нанотехнологии – это просто следующий шаг в исследованиях и обустройстве окружающего мира. Был такой блестящий физик, О. В. Богданкевич, он написал лекции по экологии. В конце книжки он привел следующий график, в котором представил закономерность роста количества цивилизационно-образующих идей и роста населения. По его данным оказалось, что темпы роста обоих показателей были тесно связаны, чем больше людей, тем больше цивилизационно-образующих идей, например , изобретение колеса, компьютера, телефона и т.д.

Однако в конце XIX – начале XX века, по его графику, где-то 120 лет назад, эта связь начала нарушаться, количество идей стало выходить на плато (выравниваться, перестало расти). Население растет, а количество идей не очень. Но ведь беда в том, что накопление этих идей привело к существенному изменению той окружающей среды, частью которой мы являемся. Где-то 150 лет назад началась в Европе промышленная революция… а потом была Первая мировая война, а во время войны впервые был использован фасген, потом Вторая мировая война и т.д., и вот мы уже не развиваемся в прежнем темпе, а как будто замерли на какой-то точке… Я вот сейчас пишу статью, которая называется «Почему мы отстаем, а Европа не догоняет?», Я пытаюсь разобраться в этих проблемах… почему мы не принимаем решений, которые бы способствовали сохранению окружающей среды, нас создавшей, и необходимой для нашего выживания в будущем.

AGRORU.com: Чем нанотехнологии отличаются от ГМО, биотехнологий, того, что было раньше?

Г.В.И.:

Нано – означает 10 в минус 9 степени. В биологии что это означает на самом деле? Это исследования и манипуляции с относительно небольшими молекулами, короткими последовательностями ДНК, размером до 100 нанометров, это все физические объекты уровнем до 100 нанометров, которые участвуют в построении организма. Некоторые вирусы тоже, например, до 100 нанометров. Нанотехнологии - это тот шаг, когда мы от лопаты переходим к кисточке, от кисточки перешли уже к иголочке…Мы хотим понять, как мы устроены, что нас определяет… Но важно понимать, что мы копаемся в тех механизмах, которые могут вызвать разнообразные последствия.

AGRORU.com : Расскажите, как используются нанотехнологии? Зачем нужны нанотехнологии в с\х?

Г.В.И.:

Уже сейчас используются в биотехнологиях нанотрубки углеродные, с помощью них можно переносить разные биомолекулы, участки ДНК, но определенного размера, потому что, например, если размер превысить, то не получится достигнуть необходимого результата. Нанотрубки используются, например, в процессе адресованной доставки лекарственных препаратов. Такой метод позволяет точечно доставлять лекарственные средства именно в тот орган, который нуждается в них, и помогает бороться с такими тяжелыми поражениями органов, как, например, опухоль. Специальные агенты или элементы ДНК, способные убивать именно опухоль, могут теперь точно достичь цели. Это так называемая адресная доставка, которая сейчас очень популярна.

Раньше нанопипетки делались из стекла, а сейчас из углерода. Почему это так важно? Они не ломаются. Такая пипетка изгибается, легко проникает в самые труднодоступные места, в том числе и внутрь клетки … Уже сейчас наука вплотную занимается созданием органов, материалов, способных решить множество проблем современной медицины. С использованием ДНК матриц исследуют профили работы генов…Можем как бы сканировать материал, и узнавать, что это за мясо, например, аргентинское или отечественное, какого оно качества, или про рыбу узнать все, что нужно.

То есть, это владение информацией в полном объеме по любому материалу благодаря данным, полученным из одной клетки, например.…Нанотехнологии позволяют выделять именно те клетки, которые нужны, чтобы в дальнейшем использовать все те качества, которые мы хотим, допустим, закрепить, усилить или умножить, а, возможно, и наоборот – изъять из материала – растения, например…

Но в применении нанотехнологий в той же медицине есть и некоторая опасность. Опасность – если вы превысите размер углеродной нанотрубки, допустите малейшую неточность, то в результате это будет смерть клетки. Это все очень важно, требует понимания и точности, аккуратности, как с атомной бомбой – можно лечить радиацией, а можно взрывать города… Человечество все время балансирует между - можно и нельзя. Если в почве уничтожена микробиота , то уже ничего нельзя сделать. Сколько туда ни вкладывай удобрений, химии… Тому пример - Чернобыль. Там и почву снимали, и чего только не делали. Каждый день у нас на земле исчезает 7 видов животных. А каждый вид, который уходит, тянет за собой остальные, это ведь пищевая цепь в природе.. Между всеми организмами существует тесная взаимосвязь, нельзя незаметно и без последствий уничтожить ни один организм.

AGRORU.com : Возможно ли использование сегодня этих технологий в сельском хозяйстве?

Г.В.И.:

Уже сегодня многое делается с использованием этих технологий, правда, пока еще в России не так активно, как хотелось бы. На 2007 г организация по продовольствию и сельскому хозяйству (FAO) при ООН финансировала 160 проектов использования нанотехнологий в сельском хозяйстве, в которые входил очень широкий спектр направлений, начиная от создания прецизионных сельскохозяйственных машин, кончая улучшением качества конечной продовольственной продукции, мелкодисперсного шоколада, например.

Не отстают и наиболее продвинутые биотехнологические кампании, так, в частности, американская компания Сенгнента применяет следующий метод: они обкладывают зерно наночастицами, препятствующими гниению зерна, это позволяет его хранить столько, сколько нужно. Также наночастицы включают микроэлементы, которые необходимы для развития зерна. А работы по изучению и развитию этого метода были начаты у нас, в России…И подобных вещей очень много. Самые передовые методы используются сейчас в современном растениеводстве.

Следующее направление – адресная регуляция работы участков генетического материала. Нам нужно, например, какого-то продукта выработать больше. Как это сделать? Мы можем запускать механизм экспрессии генов, в результате продукта этого гена будет больше, например, в зерне, в животном. Это позволяет усилить какие-то полезные качества. Нанотехнологии, генная инженерия, ГМО позволяют нам выйти на новый уровень. Раньше мы делали что? Мы ломали природу… Используя знаменитое высказывание Мичурина( «…не надо ждать милости от природы, взять их наша задача???…»), мы не ждали ничего от природы, а грубо ломали, уродовали ее, забирая то, что нам нужно. Но бесконечно так неразумно поступать.

Сейчас мы пытаемся модифицировать растение таким образом, чтобы оно могло органично вписаться в окружающую среду, пользуясь теми приемами, которые мы подсмотрели и скопировали у самой природы. Выжить, приобрести именно те качества, которые в данных условиях необходимы. Например, если в почвах много соли – мы делаем это растение солеустойчивым. Или здесь, на этой почве, в этих условиях не хватает воды- мы стараемся сделать растения максимально устойчивыми к засухе, создать их такими, которым надо минимальное количество воды.

И именно нанотехнологии помогают нам в этом. Сконструировать, сориентировать организм так, чтобы он был встроен в эту природу. Не природу под растение перестраивать, а наоборот. Вот мы обрабатывали поля разными химикатами. А сейчас мы переходим на другой уровень. Потому что мы не можем без конца менять окружающую природу… Мы слишком много не знаем, что и почему… Мы прогноз погоды точный сделать не можем.. От нас слишком многое не зависит в природе… Кто может предсказать все процессы, ход их развития, и какие факторы влияют на это все?..

AGRORU.com : Есть ли разница между ГМО и нано?

Г.В.И.:

Нет, разницы нет. ГМО – генетически модифицированные организмы – это результат, полученный путем манипуляций с наномасштабными участками генетического материала, а нанотехнологии – это название, которое просто объединяет все современные научные методы работы в наномасштабе в разных областях – микробиологии, генной инженерии, биотехнологии и т.д. Биотехнологии - это когда мы видим простым глазом, с чем мы работаем, а нанобиотехнологии - это когда нужен специальный инструмент для того, чтобы мы это увидели.

AGRORU.com : К ГМО негативное отношение…Почему?

Г.В.И.:

Я не понимаю…Одно из объяснений, борьба между биотехнологическими и химическими компаниями. Кто победит, ясно. Потому что для меня генные модификации - это копирование тех процессов, которые происходят в природе. Это естественные процессы. В природе гены переносятся. В человеческом геноме 5 % генов бактерий. Ну, например, грубо говоря, если вы едите селедку, у вас же жабры не вырастают и в воде жить не хочется…

AGRORU.com : Но считается , что естественно то, что уже есть в природе, и без вмешательства человека… А если это вносится извне…

Г.В.И.:

Но природа же и создает все эти комбинации. Если бы эти генные изменения были плохи, природа бы отторгала это, эти организмы с такими изменениями не смогли бы выжить и оставить потомство. Естественный отбор никто не отменял, существуют механизмы регуляции. Мы ничего нового не выдумываем. Мы просто вытаскиваем то, что уже есть в природе. То, что Вы едите, перерабатывается. Раскладывается на различные составляющие блоки - на нуклеотиды, аминокислоты для того, чтобы из этих элементов построить ткани, выработать энергию. Мы едим для того, чтобы была энергия. Ничего нового, к сожалению, мир еще не придумал. Вся проблема из-за отсутствия информации и невысокой образовательной базы… Все генные модификации - это лишь то, что мы подсмотрели у природы.

AGRORU.com : Но природа это делает по необходимости, по своим причинам… а мы?

Г.В.И.:

Мы же не сами создаем эти гены. Мы берем их из природы. Вот, например, мы узнали, что есть растения, которые растут в пустыне. Мы их анализируем, изучаем их гены, их особенности, те, которые определяют умение выживать в подобных условиях, и выделяем ген, отвечающий за это, пересаживаем другому растению, чтобы оно могло в засушливых районах расти. Не секрет, что пустыня постоянно расширяется, растет, захватывает новые территории. Это проблема. А с использованием манипуляций в наномасштабе это можно решить.

А сопротивление – это очень просто. Существует борьба за рынок между химическими компаниями и нанотехнологиями, биотехнологическими компаниями. Потому что, если будут нанотехнологии, то химические средства защиты в современных масштабах будут уже не нужны. А это же огромные деньги, мировой оборот средств… потеря огромного рынка сбыта…

При этом – я хочу подчеркнуть, что лично я считаю, что такое жесткое противостояние по отношению к новым методам полезно, оно заставляет иначе к ним подходить, искать все новые и новые источники рисков и пути их уменьшения, а также методов их контроля. Это как в эволюции – в системе хищник и жертва, обычно хищник съедает, в основном, слабых, больных и неперспективных.

Опасно другое, если в стране нет налаженного производства собственных генетически модифицированных сортов и, соответственно, надлежащего контроля за их использованием, они все равно будут распространяться из-за очевидной экономической прибыльности, но нелегально и непредсказуемо. Есть уже яркий пример Мексики, где трансгенные конструкции обнаружены в предковом виде кукурузы, в теосинте, в тех регионах, где трансгенные сорта кукурузы были запрещены для выращивания. А там, где их выращивание производилось легально, выхода в другие виды и сорта не обнаружено. Надо же учитывать подход обычных фермеров, постоянно борющихся за выживание.

Вот, 12 апреля состоялось совещание по поводу ГМО, я там представлял доклад, в котором пытался обосновать свою точку зрения о необходимости комплексного подхода к этой проблеме. На сегодня на земле миллиард людей голодает. Самое страшное – продукты питания (объем производства) растут, а число голодающих не уменьшается. При этом сужается разнообразие видов, сельскохозяйственных в том числе. В Америке ежедневное потребление мяса – 300 грамм в день. А в африканских странах или его вообще нет, или максимум 80 грамм. Почва деградирует. Идет химическая эрозия, теряются многие сельскохозяйственные сорта и породы…

Из 7098 сортов яблок, которые использовались между 1804 и 1904 годами, утрачено около 86%. Не существует 95% сортов, полевых рас и разновидностей капусты, 91% кукурузы, 94% горошка и 81% томатов. Это уже давно происходит… Среди 90 видов дикого картофеля уже 35 не существует. Если нам потребуются гены, в связи с изменением климата, например, мы уже не сможем их найти. Вот помните, в Ирландии была вспышка размножения фитофторы… В то время у 50 % населения страны основная пища – это картофель. Фитофтора поразила в 19 веке картофель, и 2 миллиона ирландцев просто умерли от голода. Селекционеры вывели сорта картофеля, устойчивые к фитофторе, тоже – комбинируя гены разных сортов.

А молекулярная биология позволяет резко сократить этот процесс по времени. Селекционная работа ведь очень длительная, чтобы получить нужный результат, надо провести большой объем работ, затратить много времени на исследования… Методы получения генетически модифицированных сортов позволяют сразу взять и ускорить селекционную работу, пересадить ген, повышающий устойчивость к фитофторе, и все.

AGRORU.com : А пересадка одного гена не ведет к последующим изменениям других генов?

Г.В.И.:

В каких-то случаях ведет, в других – нет. Но ведь трансгенные сорта проходят все этапы сортоиспытаний, как и другие. Это же коммерческий продукт, и в США, например, выход такого сорта на рынок достаточно жестко контролируется. Такой контроль осуществляют три государственных органа: Министерство сельского хозяйства США (USDA); Управление по охране окружающей среды (ЕРА); Управление продуктов питания и лекарств (FDA). FDA использует термин «биоинженерные пищевые продукты» для обозначения созданных с использованием ГМ технологий.

До настоящего времени, с 1996 г, первого выхода на рынок трансгенного помидора, по 2010 г, достоверных данных о пищевой опасности распространенных сортов ГМ растений не получено. Несмотря на накопленные данные о безопасности и экономической эффективности многих ГМ сортов, регулирующая их политика остается почти столь же ограничительной, как и в период их появления. В Соединенных Штатах их внедрение контролируются одновременно по крайней мере двумя и иногда тремя регулирующими агентствами (USDA, EPA, и FDA), и до сих пор это остается обычным правилом, а не исключением. В то же время, по данным FAO , внедрение таких сортов увеличивает общую эффективность использования хлопка на 300%, сои — на 45% , и кукурузы — на 14%. И, конечно же, коммерческие преимущества для фермеров при использовании ГМ сортов являются ключевым фактором для их распространения.

Назрела очень важная потребность решения проблем, связанных с внедрением в сельское хозяйство современных био- и нанотехнологий и разработок научно обоснованных методов регулирования их использования. Уже к 2008 г ГМ сорта выращивались на почти 300 миллионах га в 25 странах, из которых 15 развивающиеся. В мире ГМ сорта использовались в течение 13 лет без единого, научно доказанного, неблагоприятного инцидента для здоровья или экологии. Первое же промышленное выращивание ГМ культур, включая устойчивые к насекомым и к гербицидам, такие, как хлопок, канола и соя, существенно увеличило сельскохозяйственную производительность, доходы фермеров, уменьшило использование пестицидов и гербицидов.

Однако следует подчеркнуть, что ГМ сорта не в состоянии решить глобальную проблему продовольственной безопасности в 21 веке, поскольку они – это только результат улучшения немногих из имеющихся культурных растений в отношении увеличения их устойчивости к ограниченному количеству факторов. В то же время, экологические изменения могут потребовать новых технологий, новых видов и сортов культурных растений.