266
Биокаталические и биосинтетические технологии будут играть решающую роль для систем защиты окружающей среды и очистки сточных вод; комплексной переработки возобновляемых ресурсов животного и растительного происхождения; создания биодеградируемых пластиков (полилактат, полигидроксибутират), органических химикатов на основе биоконверсии лигноцеллюлозы; биосовместимых биополимерных материалов, самостерилизующихся поверхностей для медицины и др.
Биоинформационные технологии будут использоваться для решения таких актуальных научных задач, как выяснение молекулярных механизмов взаимодействия клеточных и вирусных геномов; выяснение структуры бактериальных сообществ и механизмов взаимодействия между членами таких сообществ, в том числе, путем переноса генетической информации; выявление механизмов эпигенетического наследования; анализ вариабельных участков генома человека.
К числу перспективных направлений практического использования относятся определение физиологических свойств организма по геному (в том числе для микроорганизмов); моделирование (аннотация) метаболических и сигнальных путей в клетке; молекулярный дизайн био- и наноструктур (лекарственных препаратов, функциональных наноустройств с использованием биополимеров и др.).
В области биоинженерии перспективными направлениями исследований являются создание методов ранней и дифференциальной диагностики рака с использованием геномных и пост-геномных (транскриптомика) данных; выяснение молекулярных и клеточных механизмов иммунного ответа, в т.ч. врожденного иммунитета. В качестве наиболее актуальных сфер практического приложения указаны доставка генетического материала в органы и ткани, быстрый и дешевый сиквенс ДНК; создание трансгенных сельскохозяйственных растений с улучшенными свойствами. Следует отметить, что практическая значимость биоинженерии существенно снижается
267
проблемами, связанными с острыми дискуссиями по поводу практики использования генетически модифицированных продуктов.
Уровень российских разработок в области живых систем в целом значительно уступает мировому. Несколько выше среднего уровень исследований и разработок в сфере биоинформационных, клеточных и биосенсорных технологий. Но даже и для этих областей лишь в отдельных направлениях исследований Россия конкурентоспособна на мировом уровне. Среди них – исследования структуры бактериальных сообществ и обмена между их членами генетической информацией. Данная тема представляет собой удачный современный пример синергизма между биологическим знанием и применением информационных технологий. Другая успешная область – иммунизация против латентных инфекций – отражает успехи советской и российской науки в области создания отечественных вакцин. Технологии на основе биологических микрочипов (ДНК-чипы) давно и успешно развиваются в России. Высоко оцениваются перспективы моделирования физиологических свойств микрооорганизмов, что открывает возможности создания новых лекарств, что особенно важно при появлении высокой резистентности патогенов к уже существующим препаратам.
Неплохие позиции российские ученые сохраняют в области биочипов для обнаружения патогенных бактерий и вирусов и определения их лекарственной чувствительности, а также в разработке технологий быстрой идентификации токсических веществ и патогенов».
Практически по всем направлениям живых систем лидерство принадлежит США, которым значительно уступают Евросоюз и Япония.
В настоящее время практическое использование отечественных разработок биотехнологий в живых системах носит ограниченный характер. Подобная картина, скорее всего, сохранится и в ближайшее десятилетие. Тем не менее, в период до 2015 г. возможно получение серьезных научных и практических результатов по таким направлениям, как биокаталитические системы защиты окружающей среды и очистки сточных вод; биосовместимые
268
биополимерные материалы, самостерилизующиеся поверхности для медицины; тест-системы на основе геномных и пост-геномных технологий для диагностики рака, системных заболеваний, инфекционных и наследственных заболеваний; биосенсоры и биочипы для клинической диагностики с использованием новых типов биологических устройств; технология быстрой идентификации токсических веществ и патогенов.
Более существенные прорывы в сфере живых систем возможны, начиная с 2016 г. В этот период ожидается выявление фундаментальных механизмов образования злокачественных опухолей, внедрение в лечебную практику методов ранней и дифференциальной диагностики рака; биотехнологий, автоматизирующих процесс индивидуального генетического тестирования; технологий иммуномодуляционной терапии лейкозов, лимфом, отдельных видов рака.
Рациональное природопользование Рациональное природопользование является одной из наиболее
перспективных сфер практического использования технологий.
В разделе «Технологии оценки ресурсов и прогнозирования состояния литосферы и биосферы» большое значение придается формированию комплексных информационных ресурсов, таких как геоинформационная база данных о лесных пожарах в России, позволяющей в режиме реального времени оценивать число пожаров и площадь территорий, пройденных огнем, или база данных рекреационных, ландшафтных, лекарственных и др. природных ресурсов. Другие актуальные направления исследований - прогнозирование и оценка допустимого потребления (уловов) биологических ресурсов во внутренних и окраинных морях, а также в открытом океане; средне- и крупномасштабное экологическое картографирование с использованием ГИСтехнологий; оценка экосистемного разнообразия лесов бореальной зоны России для разработки методов их рационального использования.
269
Наиболее актуальные направления разработки технологий мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы связаны с оценкой состояния водных ресурсов: комплексный мониторинг потребления воды и содержания в ней загрязняющих веществ; системы физического, химического и биологического мониторинга крупных водоемов, прогнозирование наводнений с помощью спутников, а также с созданием систем оценки и прогноза состояния гидрометеорологических компонентов природной среды с высоким пространственным и временным разрешением для предотвращения опасных гидрометеорологических явлений.
Исключительное значение приобретут технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи природных ресурсов, в т.ч. технологии рекультивации техногенно нарушенных территорий в зонах действия нефтегазовых комплексов, золото- и угледобычи, металлургических производств, экологически безопасные технологии добычи нефти и газа, экологически безопасные технологии разведки и получения углеводородного сырья на шельфе Мирового океана. Актуальными направлениями научных исследований будут разработка геофизических методов разведки нефти и газа в сложнопостроенных средах и оценки продуктивности нефтеносных пластов, методов мониторинга нефтегазовых месторождений и поиска зон возможного рудопроявления и нефтегазонасыщенных месторождений, а также методов оценки и прогнозирования состояния земель и ландшафтов и допустимого антропогенного воздействия на них с использованием данных современных дистанционных (космических и других), почвенных, геофизических и геохимических исследований.
Для снижения риска природных и техногенных катастроф особо важными будут создание комплексной системы оценки рисков для здоровья населения от загрязнения окружающей среды и системы интегрального мониторинга безопасности и качества сельскохозяйственного сырья, применяемых компонентов, включая генно-модифицированные организмы (ГМО), и продуктов питания. Актуальные направления научных исследований в этой
270
области охватывают разработку методов оценки состояния техногенных систем, опасных для окружающей среды, формирование геоинформационной базы данных о воздействии промышленных предприятий на природные комплексы для оперативного контроля за состоянием техногенно нарушенных территорий, создание технологий, обеспечивающих существенное повышение пожароустойчивости лесов, включая комплекс лесоводственных и профилактических противопожарных мероприятий.
Наиболее актуальные направления предотвращения и снижения загрязнения окружающей среды, переработки и утилизации техногенных образований и отходов включают технологии экологически безопасной переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов; технологии очистки выбросов в атмосферный воздух от промышленных источников, в том числе приоритетных загрязняющих и вредных веществ (прежде всего, мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2,5, канцерогенных веществ). Другое важное направление технологического развития связано с применением эффективных технологий водопользования, в том числе – очистки сточных и дренажных вод промышленных производств, населенных пунктов и селитебных зон и технологий восстановления качества воды в поверхностных водных объектах и загрязненных подземных вод. Важное научное направление
– изучение структуры, свойств и физико-химических условий образования минеральных фаз с целью совершенствования материалов для захоронения радиоактивных и токсичных отходов.
Согласно оценкам экспертов наилучшие научные позиции по сравнению с ведущими странами Россия имеет в области «Технологии оценки ресурсов и прогнозирования состояния литосферы и биосферы», в том числе в области исследований роли биоразнообразия для обеспечения экологической безопасности. Несколько ниже уровень российских исследований в области предотвращения и снижения загрязнения окружающей среды, переработки и утилизации техногенных образований и отходов; экологически безопасной разработка месторождений и добычи природных ресурсов и технологии