Проблемы питания становятся все актуальнее. От их решения напрямую зависит один из национальных приоритетов - достижение цели, поставленной президентом страны в Послании Федеральному Собранию в 2018 году: “значительно снизить смертность в работоспособном возрасте, к концу следующего десятилетия войти в число стран, в которых продолжительность жизни превышает 80 лет”. Об этом напомнила вице-президент РАН Ирина Донник, открывая симпозиум. По ее словам, архиважное значение имеет фундаментальное изучение всех звеньев единой цепи получения пищи: почв, климатических условий, выращивание растительного и животного сырья, производство из него продуктов питания, их воздействие на человека.
Между тем еще совсем недавно исследования, связанные с сельским хозяйством, как будто и не считались научными, во всяком случае, в классификатор научных направлений, которым руководствовался, например, РФФИ, сельскохозяйственные науки не входили.
Как рассказал начальник Управления программ и проектов РНФ Андрей Блинов, Российский научный фонд, созданный пять лет назад, взял на вооружение лучшие практики, наработанные в других фондах, но вместе с тем принял ряд новшеств. Одним из них стало выделение сельскохозяйственных наук в отдельное направление, которое наравне с другими научными областями участвует в конкурсах. А.Блинов отметил, что никаких квот по отраслям наук в РНФ нет. Единственный критерий отбора - качество проекта.
В области сельскохозяйственных наук итоги пяти лет таковы: поддержаны около 160 проектов и одна крупная программа. В ценовом выражении это составляет 3 млрд руб. или 2,9% от финансирования всех проектов РНФ.
“Мы не создавали ни преимуществ, ни искусственных ограничений - это именно та доля, которой соответствует сегодняшнее положение сельскохозяйственных наук в нашей стране”, - подчеркнул А.Блинов.
Большинство грантополучателей, выполняющих проекты в области сельского хозяйства, - кандидаты (42%) и доктора (35%) биологических наук. Докторов сельскохозяйственных наук - 5%, медицинских наук - 4%, от 1% до 3% составляют ученые, имеющие степень в области химии, ветеринарии, кандидаты физико-математических и технических наук. То есть представлена практически вся цепочка, о которой говорила академик И.Донник. Больше всего проектов - в области агробиотехнологий.
Очень важно, считает А.Блинов, что результаты исследований, поддержанных РНФ, имеют и большую социальную значимость, и научную ценность. Из двух тысяч научных статей, опубликованных по сельскохозяйственной тематике, более 40% - в изданиях, входящих в базы данных Web of Science или Scopus. Что же касается пользы результатов проекта для общества, то она не вызывает сомнения даже у человека, далекого от науки. Вот только несколько примеров: выведены сорта картофеля, которым не страшны “вредные” микроорганизмы, созданы более эффективные корма для птицы, разрабатываются продукты питания, учитывающие индивидуальные предпочтения потребителей (в частности, продукты, содержащие вместо сахара экстракты растений, а также ферменты, расщепляющие углеводы, - это помогает удержать уровень глюкозы в нужных пределах, что жизненно важно для диабетиков).
Участники симпозиума представили некоторые результаты своих исследований.
Раньше ученые нередко сетовали на краткосрочность грантовой поддержки, мол, что серьезного можно сделать за год-два? РНФ предложил систему грантов, благодаря которым достойные исследования могут финансироваться фондом до семи лет. Вот, например, фундаментальная тема “Сохранение генетического разнообразия биоресурсов как основа обеспечения нутриентного разнообразия”. В 2014 году был получен грант на создание новой лаборатории. Потом он был продлен. Об этом проекте рассказала Наталия Зиновьева - академик, директор Всероссийского НИИ животноводства им. Л.К.Эрнста.
Сохранение биоразнообразия считается приоритетом во многих государствах, в том числе и в России. Для нашей страны эта проблема особенно актуальна, так как и в растениеводстве, и в животноводстве в последнее десятилетие ученые отмечают существенное снижение биоразнообразия ресурсов, в том числе используемых для производства пищи. Взять, например, молочное животноводство. Сегодня среди коров, производящих молоко, более 60% составляют представительницы голштинской породы, когда-то завезенной из-за рубежа. Ей отдается приоритет за самую высокую продуктивность. Все определяет экономика, а не качество. Численность местных пород с 1993 года упала в несколько раз, а по некоторым породам - даже в 25 раз. А ведь именно они наилучшим образом адаптированы к местным условиям и способны давать сырье (молоко и мясо), компонентный состав которого наиболее полно отвечает потребностям жителей конкретных регионов. Всего двести лет назад в России разводились только отечественные породы скота. Коров-“иностранок” начали завозить в страну только во времена Петра I. Что произошло с российскими породами, сохранили ли они исходные, аутентичные компоненты, приводит ли скрещивание к потере биоразнообразия и сокращению генофонда? Могут ли дикие виды служить источником природного, а как следствие, и нутриентного разнообразия?
Ответы на эти вопросы искали с помощью генетических исследований, используя огромный набор молекулярных маркеров.
“В рамках этого проекта нам впервые удалось применить полногеномные методы - раньше мы этого не делали не потому, что не умели, а потому, что финансирование не позволяло приобрести современные инструменты исследования, - рассказала академик Н.Зиновьева. - С грантом мы получили возможность оценивать биоразнообразие по десяткам тысяч отдельных мутаций в геноме. Так что выводы, которые мы сделали, довольно объективны”.
Было показано, что отечественные породы крупного рогатого скота по-прежнему существуют, несмотря на все скрещивания и попытки улучшения. Точнее домашний скот в Сибири в основном сохранился в исходном виде, но в европейской части России такие представители есть только в небольшом количестве. Теперь задача - выявлять индивидуумы, которые имеют исходные генетические компоненты, отличающие российские породы от зарубежных, и использовать их для получения потомства.
Аналогично ученые исследовали 25 пород овец, которые разводятся на территории РФ. Оказалось, что каждая порода уникальна, то есть имеет свой генетический профиль и может служить резервом изменчивости, а, следовательно и источником продуктов, которые не получить от других пород.
Еще один вывод исследователей: домашние и дикие животные одного вида генетически очень сильно отличаются друг от друга. Значит, дикие виды также могут быть источником изменчивости, что выяснили сначала на примере оленей. Однако у этих животных половая зрелость наступает через 4-5 лет после рождения. Поэтому для моделирования влияния биоразнообразия на состав мясного сырья взяли овец - плодовитых животных, вынашивание плода у которых длится всего пять месяцев. Представителем дикого вида стал архар. После скрещивания получили три поколения животных (с 50%, 25%, 12,5% дикой крови). Исследования показали, что гибридные животные лучше растут, в их мясе выше содержание белка. Изменились в лучшую сторону соотношение насыщенных и ненасыщенных жиров, минеральный состав, было также отмечено снижение содержания тяжелых металлов (хотя у всех животных этот показатель был в пределах нормы). Сейчас геномная селекция становится одним из самых перспективных методов получения продуктов, имеющих предпочтительный состав нутриентов (витаминов, жиров, минеральных веществ и т.д.).
- Когда мы начинали исследование в 2014 году, ни у кого из нас не было ни одной полнотекстовой статьи в журналах первого квартиля. Сегодня только по одному этому гранту у нас пять полнотекстовых публикаций в таких журналах, плюс планируется статья в 2019 году. Помимо того что были получены результаты, признанные мировым сообществом, у молодых ученых появился здоровый азарт публиковаться в рейтинговых журналах, - подчеркнула Н.Зиновьева.
Источник: оргкомитет конгресса
Кроме того, важно, что каждый проект, поддержанный РНФ, служит заделом для развития новых направлений исследований. Академик назвала несколько “веточек, которые вышли из проекта”, заметив, что таких ответвлений “целая крона”:
- Какие направления развиваются у нас сегодня? Это исследования ДНК древних животных, необходимые для понимания того, как изменились современные породы по сравнению со своими предками. Создана новая лаборатория. Это картирование генов. Кстати, в процессе исследования геномов животных диких видов между делом был открыт новый подвид снежного барана. Это создание пород для получения продуктов с нужными свойствами. За каждой такой “веточкой” стоит молодой ученый, который продолжает эти исследования.
Второй грант скоро тоже заканчивается, но не кончается работа. Есть современное научное оборудование, методический задел, возможность получения бюджетных средств, позволяющая создать дополнительные рабочие места. “Мы рассчитываем, что сделанное по гранту РНФ станет базой для создания новых лабораторий, которые будут поддерживаться Министерством науки и высшего образования”, - заключила академик.
Получение гранта РНФ позволило развернуть новые масштабные исследования в лаборатории мирового уровня во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии. Проект “Научные основы создания эффективной технологии стабилизации роста и развития растений в многокомпонентной растительно-микробной системе” выполняется под руководством академика Игоря Тихоновича, директора ВНИИСХМ. Свое выступление, посвященное взаимодействию микробов и растений, он начал со слайда, на котором было изображено что-то напоминающее ситчик с мелким пестрым рисунком.
“Это - результат анализа ДНК почвенных микроорганизмов. Их на корнях порядка сотен миллионов, и практически все на 90% некультивируемые. Поэтому изучение и понимание того, как эти микроорганизмы влияют на рост и развитие растений, - одна из самых актуальных сегодня задач”, - сказал академик.
Источник: оргкомитет конгресса
Растения в своем геноме имеют очень немного факторов, определяющих устойчивость к изменениям окружающей среды. Бактерии в отличие от них могут оперативно трансформировать свой геном, “сбрасывая” или “набирая” необходимые гены в той или иной экологической нише. Поэтому именно взаимодействие с микроорганизмами расширяет адаптацию растения к конкретным условиям среды.
Как рассказал И.Тихонович, для создания технологии, о которой говорится в названии проекта, необходимо детально представлять механизмы формирования единой генетической растительно-геномной системы. Позитивные эффекты каждого микробного компонента в отдельности описаны давно, они активно изучаются в мире. Интересные результаты получены и в рамках научной школы И.Тихоновича “Молекулярно-генетические основы формирования и функционирования взаимовыгодных растительно-микробных систем”. Однако масштабного изучения многокомпонентных систем до сих пор не проводилось, и, как признал академик, “пока мы крайне мало знаем о том, как происходит их становление”. Идущие при этом процессы ученые исследуют при поддержке гранта РНФ, используя самые современные молекулярные подходы, в том числе транскриптомику и протеомику.
То, как эффективно могут взаимодействовать растения и бактерии, участники симпозиума смогли увидеть на слайде с изображением двух полей: на первом - редкая поросль гороха, на втором - буквально его заросли, раза в два раза выше и гуще, чем на первом. Азотные удобрения не применялись ни на одном, ни на другом поле. Растительность вымахала там, куда был внесен препарат клубеньковых бактерий, 400 грамм которого заменяют 100-120 килограмм азотных удобрений. Микроорганизмы влияют не только на урожай, но и на свойства растений. Целый ряд препаратов на основе некоторых из них ускоряет созревание, увеличивает содержание витаминов, повышает кормовую ценность продукции, подавляет фитопатогенные микроорганизмы, экономит применение азотных удобрений, ограничивает накопление нитратов, нитритов, тяжелых металлов. Даже сама форма корнеплодов, например, картофеля, редиса, под воздействием микропрепаратов меняется.
- Мы стоим на пороге селекции растений следующего поколения, состоящей из целого ряда технологических приемов. И в лаборатории мы активно в этом направлении работаем, - сказал академик Тихонович. - Уже первый проведенный масштабный вегетационный эксперимент (а такие эксперименты планируется вести в течение трех лет) позволит оценить эффективность одиночной, двойной или множественной прививки растений микроорганизмами, а также выявить маркерные гены, профиль экспрессии которых соответствует нужному развитию многокомпонентной системы.
Успешное выполнение гранта позволит создать востребованную сельхозпроизводителями технологию.
В симпозиуме приняли участие и молодые ученые, проекты которых поддержал РНФ. Кандидат технических наук Елена Котенкова, представляющая ФНЦ пищевых системы им. В.М.Горбатова РАН, замахнулась на очень серьезную проблему: ее исследование позволит заменить широко применяющиеся в пищевой продукции консерванты натуральными антимикробными биологически активными защитными веществами, получаемыми из тканей слизистых оболочек свиней. Таким образом будет удовлетворен спрос многочисленных потребителей на продукты здорового питания, не содержащие синтетические пищевые добавки. Елена провела протеомный анализ слизистых тканей животных, оценила антимикробную активность полученных из них экстрактов и ультрафильтратов. Затем выделила комбинированную смесь биологически активных веществ, добавила к ним антиоксиданты из растений и “зашила” все это в оболочку из природного полимера. Результаты исследований показали, что полученные ею органические экстракты проявляют активность против различных бактерий.
Заметим, что Е.Котенкова в результате двухэтапного конкурса получила двухгодичный грант “весом” в 3 миллиона рублей. Совсем неплохой результат для автора пилотного исследования! Грант позволил молодому ученому приобрести много дорогих реактивов, в частности, для определения микробной активности, побывать на двух крупных конференциях - в Словакии и Чехии - опубликовать несколько статей в ведущих зарубежных журналах. Грант закончится в июне следующего года, и за это время исследователь намерена выяснить, насколько действенен разработанный ею метод.
Кандидат биологических наук Мария Погорелова и кандидат технических наук Александр Кузнецов из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) разработали безопасный способ очистки внутренней поверхности трубопроводов, по которым прокачивается вода и различные продукты в пищевой промышленности и на предприятиях агропромышленного комплекса. По мере эксплуатации на внутренней стороне трубопроводов образуется биопленка - сообщество микроорганизмов, в том числе патогенных. Они не только загрязняют воду и продукцию, но и наносят вред самим трубопроводам. Такую биопленку трудно удалить - она не боится дезинфицирующих средств.
Для борьбы с загрязняющей средой авторы перспективной разработки использовали экологически безопасные водные растворы, полученные методом электрохимической активации. Эксперименты показали, что обработка пленки католитом и анолитом полностью уничтожает образующуюся в модельных трубопроводах вредную микробную среду. Процессы обеззараживания оборудования щадящие и экологически безопасные.
Нестандартный подход к решению острой проблемы помог исследователям из Пущино выиграть грант РНФ. Прошло чуть больше года, а сделано уже немало. Ученые приобрели оборудование и реактивы для проведения исследований и экспериментов. Подали заявку на патент, опубликовали восемь статей, причем три из них - в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science или Scopus.
В оставшееся время молодые грантополучатели планируют разработать новые способы обеззараживания гидропонного субстрата для агропромышленных предприятий и продолжить изучение клеточного состава на ультраструктурном уровне.
