Сільськогосподарська біотехнологія
Виникнення нової біотехнології, в тому числі сільськогосподарської, і генетичної інженерії є наслідком чотирьох епохальних відкриттів: хімічної і просторової структури ДНК (1953 рік, Д. Уотсон і Ф. Крик), генетичного коду, структури і функції гена і отримання першої рекомбінантної молекули ДНК ( 1972 рік, П. Берг). Велике значення для формування нового стратегічного напрямку сучасної біотехнології мали також основоположні роботи видатних біологів світу: Г. Бойера, С. Коена, Д. Морра, А. Баєва, А. Білозерського, О. Ейвері, Г. Гамова, К. Корани, Ф . Жакоба, Ж. Моно, Дж. Беквіста, Ю. Овчинникова, А. Спіріна, які вирішили ряд найбільших проблем по розшифровці генетичного коду, ідентифікації та експресії гена, структури і функцій біоінженерних ферментів, біосинтезу білка у прокаріот і еукаріот. У п'ятдесяті роки в біотехнології виникло ще один важливий напрямок - клітинна інженерія, засновниками якого були П. Уайт (США) і Р. Готра (Франція). ВУкаіни цей напрямок одержав успішний розвиток завдяки масштабним дослідженням Р. Бутенко, її учнів та послідовників.
Вищим досягненням новітньої біотехнології є генетична трансформація - перенесення чужорідних (природних і синтезованих) донорських генів в реціпіентние клітини рослин, тварин і мікроорганізмів, отримання трансгенних організмів з новими або посиленими властивостями і ознаками. За своїми цілями і можливостями цей напрям в біотехнології є стратегічним. Воно дозволяє успішно вирішувати головне завдання щодо підвищення стійкості біологічних ресурсів до шкідливих організмів, стресових факторів середовища, значно збільшувати ефективність сільськогосподарського виробництва, вирішувати надзавдання в медицині при лікуванні спадкових і ракових захворювань.
Для досягнення цих цілей в найближчі роки має бути перебороти значні біологічні бар'єри в ідентифікації (впізнавання, виявленні) і клонування генів, створення їх банків, розшифровці механізмів найважливіших полігенних ознак і властивостей рослин, тварин і мікроорганізмів, створенні стійких векторних конструкцій, що забезпечують високу експресію генів.
Відповідно до відкритими законами розвитку сучасного наукознавства масштаби інноваційних наукових робіт зростають пропорційно квадрату часу. І слід очікувати, що рішення перерахованих найважливіших завдань можливо в найближчі 15-20 років. Уже сьогодні в багатьох лабораторіях світу за допомогою методів біотехнології і генетичної інженерії створені і використовуються в комерційних цілях принципово нові трансгенні рослини, посіви яких займають площу 110 млн. Га, головним чином в США, Канаді, Аргентині, Мексиці, Китаї, Індії, Японії. У цих країнах генетично модифіковані сорти рослин (ГМР) в сумі складають 25% усієї посівної площі, що дозволяє фермерам цих країн витягти з біотехнології і генетичної інженерії великий економічний ефект. Науково обгрунтований прогноз свідчить про те, що в першій чверті нинішнього століття біотехнологічна продукція складе не менше 20% всього обсягу товарів, що надходять на світовий ринок. В їх структурі будуть переважати з харчових і кормових продуктів зерно сої, кукурудзи, рису, біологічні добавки (амінокислоти, вітаміни), вакцини (в тому числі їстівні), тропічні екзоти, а також лікувальні препарати профілактичного і терапевтичної дії.
Велике розвиток отримали клітинна і тканинна біотехнології, засновані на подальше поглиблене вивчення біології клітини та відкритті найважливішого її властивості тотіпотентності - здатності до регенерації цілого рослини або іншого організму, а також на властивості клітин продукувати найважливіші сполуки вторинного синтезу. На цій основі виникли нові високоеффекгівіие біотехнологічні виробництва у фармацевтичній, харчовій, переробній промисловості; в селекції рослин, племінної роботи, збільшенні біологічного різноманіття, відновленні елімінувальних генотипів найцінніших видів і форм рослин, тварин і мікроорганізмів. Розроблено та широко використовуються в науці і практиці нові методи і технології клонування цінних генотипів рослин. У цій області також виникли важко подолати біологічні бар'єри, головними з яких є: низька частота тотіпотентності і повної регенерації рослинних клітин і тканин, порушення нормального онтогенезу організмів, вузькість спектра сомаклональної варіацій, слабка експресія генів, що детермінують і контролюючих найважливіші господарсько цінні ознаки організмів, вторинний метаболізм речовин.
Найбільшими проблемами сучасної біотехнології і біоінженерії є: розробка теорії і технологічних прийомів управління експресією генів, усунення небажаного явища замолканія і зниження рівня експресії генів при використанні генно-інженерних модифікацій, спрямованих на створення принципово нових економічно важливих генотипів; виявлення природних і синтез штучних високоефективних генів; створення банку таких генів; забезпечення гарантованої біобезпеки при проведенні всіх біотехнологічних і біоінженерних робіт і використанні об'єктів ГМО, а також одержуваних з них продуктів в продовольчому, фармацевтичному та інших видах забезпечення людини і захисту природного середовища.
Вирішальне значення біотехнологія і генетична інженерія придбали в області селекції сільськогосподарських рослин і племінному тваринництві. Центральним завданням біотехнологів і генних інженерів в цих областях науки і виробництва було і залишається створення принципово нових організмів як вихідного матеріалу для селекції рослин і тварин, що володіють високою комплексною стійкістю до небезпечних хвороб і шкідників, що дозволяють одночасно вирішувати триєдине завдання: підняти стійкість сортових, гібридних і породних біотехнологічних ресурсів в сільському господарстві, поліпшити якість продукції і ефективність сільськогосподарського виробництва в цілому, значно оздоровити екологічну ситуацію в продовольчому секторі країни.
Увага і ресурси науки були спрямовані на пошук і ідентифікацію ефективних генів, створення векторних систем і технологій трансгенозу, розробку методів підвищення експресії природних і штучних генів.
У світових і вітчизняних біотехнологічних і генно-інженерних центрах була розгорнута велика робота по створенню нових і новітніх сортів і гібридів рослин, порід і ліній різних видів тварин, що поєднують високу продуктивність і комплексну стійкість до шкідливих організмів та стресових факторів середовища.
На ринках з'явилися економічно ефективні сорти і гібриди картоплі, стійкі до колорадського жука та фітофтори; багато сортів і гібриди різних сільськогосподарських культур, стійкі до сучасних гербіцидів: пшениці - до фузаріозу та септоріозу; кукурудзи - до діабротика (кореневого жука); бавовнику - до бавовняної совка; ячменю - до гельмінтосполіозу і підвищеної кислотності ґрунтів (pH 4,0-5,2). В даний час в тваринницьких центрах і лабораторіях світу створюються організми і лінії великої рогатої худоби, стійкі до лейкозу, бруцельозу, туберкульозу; овець, свиней, кролів і птиці - стійких до небезпечних вірусних та інших інфекцій.
Принципово новим біотехнологічним напрямком в тваринництві є отримання трансгенних особин свиней - донорів органів і тканин, які використовуються для їх трансплантації в організм хворої людини. Створена та вдосконалюється генні конструкції для інтеграції їх в геном сільськогосподарських тварин: гени еритропоетину, інсуліноподібного чинника, інсуліну людини та ін. Розроблено технологію клонування особливо цінних генотипів для створення продуктивних і стійких до шкідливих організмів різних видів худоби. Посилено розвивається на генно-інженерної основі отримання біостимуляторів рекомбінантної природи, які показали високу ефективність на великій рогатій худобі, свинях і хутрових звірів.
Центральне місце в використанні сучасних методів біотехнології і біоінженерії в світі займають інноваційні проекти і програми, спрямовані на підвищення ефективності реальних секторів економіки, створення екологічно чистих методів і технологій конверсії органічних відходів, використання нових видів поновлюваних джерел енергії.
У Радянському Союзі іУкаіни прискорений розвиток біотехнології і біоінженерії почалося з 1986 року після прийняття відомих постанов директивних органів про розвиток молекулярної біології і біотехнології, створення першої державної програми з цього пріоритетного напряму, а також організації п'ятнадцяти біотехнологічних центрів по сільському господарству в СРСР.
Найбільших успіхів у галузі сільськогосподарської біотехнології в СРСР іУкаіни в ці роки досягли наукові установи і навчальні заклади селекційного, ветеринарного та мікробіологічного профілів, які розробили і широко впровадили біотехнологічні методи та технології отримання нових форм і ліній рослин, медичних препаратів, штамів мікроорганізмів, вакцин і інших лікувальних і профілактичних препаратів на генно-інженерної основі. Були організовані нові лабораторії з трансплантації ембріонів і зигот в тваринництві з метою створення високопродуктивних стад різних видів худоби та птиці.
В цей складний період розвитку країни з ініціативи творчих колективів вчених української академії наук (РАН), Міністерства сільського господарства Укаїни, української академії сільськогосподарських наук (РАСГН), української академії медичних наук (РАМН), провідних профільних інститутів робилися великі зусилля для розвитку сільськогосподарської, медичної і загальної біотехнології та біоінженерії та скорочення отставаніяУкаіни в порівнянні з високорозвиненими країнами світу. Вони активно взаємодіяли з вченими біотехнологами і генними інженерами провідних країн світу. Це дозволило підтримувати хороший рівень наукового пошуку і застосування біотехнологій в сільському господарстві та інших пріоритетних напрямках науки і виробництва. Під науково-методичним керівництвом вчених українського державного аграрного університету - Московської сільськогосподарської академії імені К.А. Тімірязєва були створені і розвивались кафедра і наукова лабораторія по сільськогосподарської біотехнології в самому університеті і в багатьох сільськогосподарських вузах МінсельхозаУкаіни.
Великим випробуванням для розвитку біотехнології і біоінженерії, вУкаіни і в інших державах світу було виникло в ряді країн Західної Європи і в Укаїни потужне протестний рух громадськості на чолі з Greenpeace, що виразилося у вимогах до урядів заборонити використання (а по суті, і створення) трансгенних рослин , що негативно позначилося на темпах розвитку біотехнології і особливо створення генетично модифікованих рослин і їх використання в сільському господарстві та інших галузях виробництва.
В даний час протестний рух кілька затихло. Настає період «просвітлення» умів і громадського розуміння. Поступово змінюється ситуація і з вкрай небезпечним обмеженням фінансування біотехнологічних і генно-інженерних робіт. Змінилася позиція багатьох країн позитивно позначається сьогодні на вирішенні невідкладних проблем біотехнології та біоінженерії.
Звичайно, використання біоінженерних технологій в даний час в певній мірі пов'язано з ризиком, але цей ризик може бути повністю виключений при суворому виконанні вимог Федерального закону «Про державне регулювання генно-інженерної діяльності в Укаїни», при чіткій організації моніторингу експресії генів, при використанні геномних і протеіномних технологій контролю і оцінки біобезпеки генетично модифікованих об'єктів.
Розвиток сільськогосподарської біотехнології та генетичної інженерії буде здійснюватися одночасно в фундаментальному і прикладному напрямках і в тісній взаємодії вчених РАН і РАСГН із зарубіжними вченими. Фундаментальні основи біотехнології та біоінженерії складають закономірності і процеси формування і взаємодії структур та функцій генома і всієї клітини в організмі при його трансформації. Прикладна біотехнологія та біоінженерія вирішуватимуть проблеми трансгенозу в селекції і рослинництві, тваринництві та ветеринарії, захист рослин, в екології, в переробці і зберіганні сільськогосподарської та іншої продукції, в енергетиці поновлюваних її джерел, в забезпеченні біобезпеки біотехнології як науки і галузі виробництва.
Головна небезпека грозітУкаіни не з боку так званого «біотехнологічного і генно-інженерного геноциду народу», а з боку подальшого отставаніяУкаіни в розвитку цих стратегічних напрямків науки і сільськогосподарського виробництва в XXI столітті в порівнянні зі світовим рівнем.