Биотехнология ближайших лет (Академик Овчинников Ю.)

Мы свидетели качественных перемен в науке, которая становится одним из главных двигателей прогресса. Там, где экономические рычаги уже использованы, наука открывает неожиданные возможности, ведущие к цели неизведанным путем, который часто оказывается много короче.

Рассказывает академик Юрий Анатольевич Овчинников

Сокращение сроков внедрения достижений науки в практику — черта нашего времени. В условиях же социалистической системы хозяйствования это имеет особое значение, поскольку наука у нас — инструмент в руках государства, и очень крупные научные направления планируются государством в интересах развития всего народного хозяйства страны. Физико-химическая биология — одна из таких наук.

В предыдущем пятилетии мы ставили себе задачу выйти на определенный уровень развития биологической науки в стране, который был бы адекватен мировому. Главные направления этого наступления определились к середине 70-х годов, когда наметился существенный прогресс в ряде ведущих направлений биологии — молекулярной генетике, иммунологии и иммунохимии, изучении мембран, биоэнергетике и др. За постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР 1974 года о развитии фундаментальных исследований в биологии, использующей физико-химические подходы и приемы, последовало создание в стране крупных научных центров, которые обусловили значительное продвижение вперед. В одиннадцатой пятилетке нам предстоит, поддерживая и укрепляя весь фронт биологических исследований, обеспечить особенно быстрое развитие тех областей физико-химической биологии, которые имеют прямой выход в медицину, сельское хозяйство, в ряд отраслей промышленности.

В принятых XXVI съездом КПСС «Oсновных направлениях социального и экономического развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» предусмотрена «разработка биотехнологических процессов для производства продукции, используемой в медицине, сельском хозяйстве и промышленности». Речь идет о реализации достижений в исследовании физико-химических основ жизнедеятельности, которые завершились созданием новых технологий. Впервые биотехнологические работы включены в Государственный план. В целевых программах расписаны разработчики и исполнители — от научных учреждений до заводов.

Сейчас создается, по существу, новая отрасль промышленности — высокопроизводительная, эффективная, мобильная, требующая высокой культуры производства, но дающая принципиально новый подход к решению задач, которые до этого казались недоступными.

Пример — получение лекарственных препаратов. Традиционное направление в медицине — поиск препарата эмпирическим путем, путем долгим и необычайно трудоемким. Приходится синтезировать и проверять в среднем 10—12 тысяч веществ, чтобы найти один ценный препарат. Идут длительные испытания на животных, затем испытания клинические, прежде чем этот препарат входит в практику.

Другой путь — более эффективный (если он приемлем) — использование природных биорегуляторов, которые содержатся в организме, но в недостаточных количествах. В частности, больные диабетом испытывают недостаток в инсулине, потому что поджелудочная железа перестает вырабатывать нужное количество этого гормона. Сейчас практикуют введение в организм инсулина животного происхождения. Но он отличается от человеческого, и у многих больных уже сегодня возникают аллергические реакции, вплоть до того, что некоторые вообще не переносят животный инсулин; а такая ситуация в общем-то чревата печальным исходом. Перед наукой встала проблема: нужен инсулин человека, но где и как его добывать?

Когда пептидный синтез достиг высокого уровня, решили синтезировать инсулин химически. И принципиально он был синтезирован, но экономически этот путь оказался пока тупиковым. Преградой стала сложность его массового производства: необходимо около 150 стадий синтеза. Были испробованы и другие подходы, но все они натолкнулись на непреодолимые препятствия.

И вот одно из направлений современной биотехнологии родилось на основе генетической инженерии. Наступил определенный этап в изучении нуклеиновых кислот, главных хранителей наследственной информации, когда ученые научились не только прочитывать структуру генетического аппарата — ДНК, но и оперировать эту гигантскую молекулу, разрезая ее на части, смотреть, какие фрагменты отвечают за ту или иную функцию живого организма, выделять или синтезировать их химическим путем. Произошел революционный скачок в науке: оказалось, что можно взять ген одного организма и встроить его в генетический аппарат другого — он там работает! Проще всего сегодня встраивать чужие гены в микроорганизмы — бактерии или дрожжи, для чего лучше использовать сателлитные генетические структуры — плазмиды, которые представляют собой маленькие циклические молекулы ДНК, несущие небольшую часть генетической информации клетки. Делать это можно, используя и другие простейшие системы, такие, скажем, как вирусы, бактериофаги. Вводя туда информацию с помощью нового гена, можно ожидать, что она будет реализована, проявит себя в организме нового хозяина. Полученные таким образом искусственные ДНК назвали рекомбинантными.

Что же сделано сегодня?

Например, ген инсулина был химически синтезирован, затем введен в микробную клетку — кишечную палочку, и заработал... Правда, не сразу. К нему пришлось присоединить еще некоторые элементы ДНК, необходимые для того, чтобы клетка начала реализовывать новый ген. Эти элементы как бы говорят клетке, что ген «свой» и его можно принять и использовать.

Такой искусственный организм, построенный, с одной стороны, из кишечной палочки, с другой — из синтетического животного гена, работает и дает среди собственных продуктов жизнедеятельности инсулин. Выход препарата достигнут уже значительный. Но исследования продолжаются. В лабораторных условиях синтез осуществлен в нескольких странах, включая нашу страну. Найден прямой путь, потому что с помощью именно такой комбинации инсулин человека оказывается доступным. Первые результаты (а здесь нужна тщательная проверка) показывают, что он абсолютно идентичен тому, что вырабатывается человеческим организмом. Значит, этот подход пригоден для получения и других биорегуляторов...

После инсулина замахнулись на интерферон — белок, который в живом организме подавляет размножение вирусов, обезвреживая их в клетке хозяина. Изучать его непросто хотя бы потому, что его ничтожно мало в клетках. Кроме того, интерферон вырабатывается клеткой только в ответ на ее заражение вирусом. При этом надо помнить, что интерферон видоспецифичен, для каждого организма свой. Как же в таком случае быть с человеческим?

Надо иметь клетки человека, клеточную культуру, которая способна давать интерферон. Выбрали кровь, а точнее лейкоциты, которые, когда их заражают вирусом, вырабатывают интерферон, и стали его выделять из этих клеток. Такой метод получения интерферона сейчас широко применяют во всем мире, разработан он и в нашей стране, в Институте эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи Академии медицинских наук СССР.

Все, казалось бы, хорошо, но ученые подсчитали: чтобы получить одну лечебную дозу интерферона, надо взять примерно два литра донорской крови. Другими словами, чтобы вылечить всех больных вирусными заболеваниями, наверное, не хватит крови всего человечества.

Проблема интерферона стала еще более острой после того, как удалось показать, что этот белок в высоких концентрациях эффективен против многих вирусных заболеваний, включая грипп. Сенсацию в мире вызвало то, что на ряде примеров была обнаружена его эффективность против некоторых форм рака. Не путь ли это к решению проблемы? Если считать, что многие формы рака имеют вирусную природу, это не так уж нелогично. Обольщаться, конечно, нельзя, но есть над чем подумать...

Значит, интерферон необходим. И ученые включились в борьбу за получение этого белка на путях генетической инженерии. В принципе технология его получения та же, что и инсулина, только теперь надо из лейкоцитов человека выделить не сам интерферон, а его ген, и уже этот ген встраивать в кишечную палочку или дрожжи. Другой путь — синтезировать ген химически, что сделать труднее, чем в случае с инсулином, поскольку интерферон имеет гораздо более сложную структуру. Она была расшифрована лишь в 1980 году, и не прямым путем (белок был недоступен для прямого анализа), а через генетическую копию. Когда стала известна структура, появилась возможность начать химический синтез.

В нашей стране работа идет по обоим направлениям. Нельзя пока сказать, что задача решена. Но ген интерферона уже получен, и программа работ близка к завершению.

Эти два примера показывают огромные возможности генетической инженерии. Сейчас задача тщательной медицинской оценки генноинженерного препарата выдвигается на первый план.

Создание микроорганизмов с желаемыми свойствами стало делом привычным. Они сравнительно легко воспринимают любые гены, растут и синтезируют чужие белки. Процесс этот можно оптимизировать — искусственная система довольно легко поддается воздействию экспериментатора, и можно в сотни раз повышать выход одного какого-либо конкретного белка. Но надо всегда иметь в виду, что консервативность такой системы не столь велика, как у сложившегося организма, который оттачивался веками эволюции. Следовательно, новые организмы требуют большего внимания.

Это направление генной инженерии мы считаем одним из главных в биотехнологии, с прямыми выходами, наиболее перспективным для медицины.

Но есть и другие. Например, использование культур клеток. Это также биотехнология, то есть технология выращивания культуры клеток животных или растений. Естественно, проще выращивать их — подобно тому, как это делается с микроорганизмами — в ферментерах, чем выделять из организма, даже если это животные клетки, а не клетки человека.

Главное, что здесь определилось сегодня, — возможность практического использования последних достижений иммунологии. Известно, что организм для борьбы с любым чужаком, будь то микроб или вирус, выделяет специфические белки — антитела или иммуноглобулины. Такая защитная клетка иммунной системы, как лимфоцит, вырабатывает универсальные антитела, действенные против любых агентов, какие только можно себе представить. Данное свойство организма используется в медицине: в организм вводится убитый вирус, в ответ на него вырабатываются необходимые антитела, и организм подготавливается к встрече с живым вирусом.

А можно ли создать такую клетку, которая продуцировала бы только один конкретный тип антител против одного конкретного агента, вторгшегося в организм? Оказывается, можно. Это одно из последних достижений сегодняшней иммунологии: путем гибридизации клеток лимфоцитов с некоторыми другими клетками получают гибридные клетки — гибридомы, способные вырабатывать весьма специфические антитела против конкретных возбудителей, и их можно использовать для лечения. Речь идет о создании качественно новых «лекарств». Сегодня во всем мире, в том числе и в нашей стране, уже получены гибридомы различного типа. Теперь необходимо наладить их промышленное производство для борьбы с наиболее опасными агентами. Но и на этом пути предстоит решить еще немало задач...

Впечатляющие результаты получены советскими учеными при выращивании растительных клеток. Удалось показать, что, если поставить такую клетку в определенные условия, она может дать начало целому растению, а ведь еще недавно считали, что клетки строго специализированы. Уже стало реальностью выращивание культуры клеток женьшеня, из которых выделяют ценнейшее вещество корня женьшеня — паноксазин. Наша промышленность производит тонны такой культуры, а старатели приносят в год, как правило, 150—200 килограммов. Сравнение явно в пользу биотехнологии... Сейчас испытания проходят китайский лимонник и целый ряд других растений. В принципе таким способом можно выращивать любое растение, которое вырабатывает полезные человеку вещества.

Можно брать клетки в точке роста растения (в силу биологической специфичности они всегда свободны от вирусов) и размножать их в стерильных условиях. Получение безвирусного посадочного материала — одна из центральных проблем в растениеводстве. Но не менее важно это и для медицины, использующей лекарственные травы, — такими растениями легче управлять, они дают значительно больший выход полезной для человека продукции.

Еще одно направление биотехнологии, можно сказать, традиционное — микробный синтез физиологически активных соединений, кормовых белков. Так получают каратиноиды, витамины. В нашей стране создана индустрия, производящая белок для добавления в корм животным. Таким же способом можно получать и ценнейшие белки, в которых ощущается дефицит в рационе человека, сбалансировать пищу людей по аминокислотному составу. Для этого надо менять сырье. Сначала микробы выращивали на нефти, затем на чистых ее составляющих — парафинах, теперь выясняется, что лучше использовать природный газ или метиловый, еще лучше этиловый спирт. А можно, наверное, найти и более мягкий агент, из которого с помощью микробов можно получать белки, совершенно свободные от каких-либо примесей, полностью усваиваемые животными и человеком.

Наконец, важная ветвь биотехнологии — использование в медицине иммобилизованных ферментов, в частности, для борьбы с атеросклерозом и тромбозами. Такие работы успешно проводятся, например, во Всесоюзном научном кардиологическом центре АМН СССР совместно с МГУ. Берут фермент, «иммобилизуют», присоединяя его с помощью ковалентного пришивания к полимеру, затем, используя законы иммунологии, направляют высококонцентрированный препарат в строго заданное место в организме, например в пораженный кровеносный сосуд. Это сложнейшая биотехнологическая операция, но она оказалась возможной. Мне кажется, здесь во многом будущее фармакологии.

Вообще будущее медицины тесно связано с биологией.

Если раньше поиск лекарственных веществ был целиком эмпиричен, то есть практика доминировала над теорией, то сейчас создание многих препаратов — результат направленного поиска. (Пример — пенициллин, открытый случайно, когда обнаружились целебные свойства плесени и было выделено действующее начало. Но как только установили его структуру, исследования стали целенаправленными.)

Сегодня модифицированные антибиотики полусинтетического плана, полученные на основе сугубо химических методов, оказываются более эффективными против устойчивых к ранее использовавшимся антибиотикам микроорганизмов. И я думаю, никак нельзя говорить, что эра антибиотиков отходит на второй план. Нет, просто становятся изощреннее враги человека, и надо использовать наиболее рациональные орудия борьбы с ними. Комбинация биологических и химических методов и дает в руки человека эти мощные средства борьбы.

Выяснение строения того или иного препарата, который оказывает целебное действие на организм животного и человека, его искусственное создание проходят ныне в очень короткие сроки. Применяются методы как конструктивного анализа препаратов, так и их химического синтеза. В результате практическая фармакология имеет очень большое число средств, достаточно мягких и эффективных. Так что современная медицина мощно использует последние достижения биологии, ее приемы и подходы, причем не только фундаментальная медицина, но и сугубо практическая.

В свою очередь, биология, занимаясь фундаментальными проблемами, прямо учитывает интересы медицины, народного здравоохранения, в частности, в таких вопросах, как проблема борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями, раком, проблема иммунитета и так далее. В каждом из этих направлений в последние годы получены важные результаты на базе развития биологических работ.

Возьмем центральную проблему медицины — рак. Целым рядом исследователей было установлено, что рак имеет вирусно-генетическую природу, связан с трансформацией генетического аппарата. Эта теория, созданная советскими учеными, сейчас нашла полное подтверждение, а следовательно, появилась возможность предлагать гораздо более эффективные подходы. Иными словами, борьба со злокачественными новообразованиями лежит теперь в определенном русле, поиск ведется целенаправленно.

Установлено, например, что при раковых заболеваниях чрезвычайно меняется клеточная мембрана, то есть клеточное перерождение фиксируется на уровне клеточной мембраны. Многое прояснилось и в отношении того, каким образом здоровая клетка превращается в злокачественную. Важен и такой вывод: оказывается, общая стимуляция иммунной системы организма может помочь в предупреждении и лечении рака.

Наметились новые подходы к проблеме. Несколько лет назад в Болгарии был получен препарат из молочнокислой бактерии, оказавшийся очень эффективным в лечении многих специфических для животных форм рака. Совместные исследования советских и болгарских ученых установили, что активным началом служат небольшие элементы клеточной стенки бактерий, то есть соединения, которые никогда прежде не исследовались в качестве противораковых агентов. Это совершенно новый класс веществ...

Я думаю, современные достижения генетики позволят решить очень серьезные социальные проблемы медицины. Так, дефицит самых мощных и ценных гормональных веществ, который предопределяет десятки тяжелейших заболеваний человека, можно будет устранять, получая с помощью генетических операций дешевые и чистые препараты на основе работы полезных микроорганизмов. Это путь решения тех проблем, которые долгое время стояли перед эндокринологией, притом настолько неожиданный, что несколько лет назад об этом нельзя было и мечтать.

То же самое можно сказать о подходах к лечению сердечно-сосудистых заболеваний, внедрении новейших методов в изучение, в частности, мембранных систем, в исследования механизмов работы сердца, сердечной мышцы.

Теперь обратимся к совершенно иной области — сельскому хозяйству. Здесь также благодаря фундаментальным исследованиям в биологии намечаются или уже реализованы новые подходы.

При всей индустриальной мощи современного сельскохозяйственного производства, особенно в развитых странах, несмотря на накопленный человечеством огромный опыт ведения сельского хозяйства, оно сегодня еще остается, пожалуй, наиболее подверженным действию стихийных сил природы, причудам климата и капризам погоды, доставляет человеку немало хлопот, а порой влечет за собой разочарования и несчастья. Надо признать, что сельское хозяйство в настоящее время не справляется со многими проблемами. По данным ФАО при ООН, в мире за год производится около 75 миллионов тонн пищевого белка, что составляет около 60 граммов в день на человека при средней корме 100 граммов. Другими словами, 60 процентов людей в мире недоедают, из них 30 процентов голодают. За два последних десятилетия темпы роста народонаселения в большинстве развивающихся стран проявляют тенденцию к опережению темпов роста сельскохозяйственной продукции. Если учесть, что к 2000 году население планеты достигнет, по прогнозам, 6,2 миллиарда человек, дефицит сельскохозяйственной продукции при сохранении нынешних темпов роста может стать весьма острым.

Человечество настойчиво ищет пути преодоления трудностей, которые стоят перед сельским хозяйством, и с этой целью оно мобилизует и концентрирует свои технические, материальные и творческие ресурсы. Наука как своего рода сосредоточение накопленного опыта, отражение всего лучшего, передового, что создано человеком, и как одно из мощных средств решения стоящих перед человечеством проблем еще в большем долгу перед сельским хозяйством.

Для нашей страны этот вопрос также актуален еще и потому, что она расположена в довольно сложном географическом регионе.

Мы обладаем огромными земельными ресурсами, это наше ценнейшее достояние. В то же время большие площади у нас занимают тундры, болота, пустыни, горы. Южнее 48-й параллели расположена лишь треть земель сельскохозяйственного назначения, 60 процентов пашни находятся в районах со средней годовой температурой воздуха до плюс 5 градусов, на 64 процента пахотных земель выпадает осадков меньше 400 миллиметров в год.

У нас нет тепличных зон, скажем, свойственных США, и очень большие регионы, занятые под сельскохозяйственными культурами, находятся в областях или достаточно холодных, или засушливых.

Сейчас в нашей стране разрабатывается Продовольственная программа. Эта важнейшая программа включает в себя вопросы повышения продуктивности растениеводства и животноводства, вопросы сельскохозяйственного машиностроения, химизации сельского хозяйства и целый ряд других. Она предусматривает использование последних достижений науки.

Для ученого, уже сказавшего свое слово в науке или только начинающего путь в ней, участие в решении сельскохозяйственной проблемы определяется не только сознанием гражданского долга ввиду огромной значимости этой проблемы для государства. Перед ним широкое поле деятельности, где он может полностью проявить, свой творческий потенциал.

Взять, к примеру, проблему химизации. За последние 15 лет производство минеральных удобрений в стране возросло более чем в три раза. В 1980 году наша страна вышла на первое место в мире по производству туков. Улучшился и расширился ассортимент минеральных удобрений. По средней концентрации питательных элементов мы оставили позади такие развитые западноевропейские страны, как Великобритания, ФРГ, Франция, уступая лишь США. Азотные и фосфорные удобрения, выпускаемые отечественной химической промышленностью, по большинству физико-химических и механических свойств не уступают зарубежным аналогам. Ученые внесли большой вклад в разработку перспективных комплексных удобрений.

Однако для удовлетворения растущих потребностей сельского хозяйства в фосфорных удобрениях нужны не только дальнейшие геологические поиски месторождений, но и научные решения и новые разработки по обогащению и использованию фосфорсодержащих руд.

Хорошо известно: чтобы усилить эффективность минеральных удобрений, надо повысить коэффициент использования действующего вещества, которое вносится в почву вместе с минеральными удобрениями. Сегодня около половины питательных веществ попавших в почву туков теряется из-за химических и биологических факторов: они вымываются в недоступные для растений глубинные слои почвы, закрепляются в почве и так далее. И решать эту проблему предстоит совместно и сельскому хозяйству (с помощью определенных агрохимических и агротехнических мероприятий), и химической промышленности (путем улучшения качества удобрений), и, конечно, ученым, которые должны создавать новые типы комплексных удобрений с заранее заданным уровнем высвобождения питательных элементов по фазам развития растения, медленно растворимых удобрений в капсулах и так далее.

Среди разных подходов к получению высококачественных удобрений вырисовываются принципиально новые. Речь идет о проводимых советскими учеными работах по связыванию атмосферного азота и кислорода в низкотемпературной плазме, по синтезу аммиака с применением металлоорганических катализаторов, без использования высоких температур и давления, по биологической фиксации азота. Пока эти работы находятся на стадии исследований, но они представляются весьма перспективными.

Большое значение в развитии химизации сельского хозяйства на современном этапе играют пестициды. И здесь работают ученые. Сейчас, например, целая серия новых пестицидов проходит государственные испытания. Больше того, разрабатываются научные основы направленного синтеза пестицидов с заданными биологическими свойствами, совершенно безвредных для человека и животных, легко разлагающихся в почве за короткие сроки.

Вместе с тем большие перспективы для сельского хозяйства открывает использование физиологически активных соединений, в частности, феромонов — специальных веществ, регулирующих поведение животных, насекомых, привлекающих самцов к самкам. Можно считать, что мы имеем дело с химическими средствами борьбы третьего поколения. С помощью феромонов можно узнать, где много вредителей сельскохозяйственных растений, а где мало, и направленно использовать ядохимикаты. Для сельского хозяйства феромоны оказываются поразительно эффективными: они могут отвлекать насекомых, уводить кх целыми массами от охраняемого участка в далеко отстоящие регионы, они действуют в малых концентрациях, абсолютно не чувствительных ни для человека, ни для животных.

Здесь наметилось два подхода. Прежде всего оказалось, что некоторые микроорганизмы среди продуктов своей жизнедеятельности выделяют вещества, почти подобные феромонам. Значит, возможен микробиологический способ получения этих ценных веществ. Другой путь — химический синтез; его облегчает относительная простота химического строения феромонов.

Не меньший интерес представляют аналоги ювенильного (омолаживающего) гормона, который способен нарушать нормальный ход развития насекомых, а также стерилизовать взрослые особи.

Величина урожая в значительной мере определяется возможностями самих растений использовать солнечную радиацию. В то же время природа распорядилась так, что обычно утилизируется менее одного процента физиологически активной радиации. А нельзя ли повлиять на этот процесс? Оказывается, продуктивность растений можно резко повысить, отбирая формы с наиболее активными хлоропластами, внося необходимые изменения в генетический аппарат, который контролирует фотосинтез. Это еще одна задача, которую призвана решить наука.

Исследования ученых в области физиологии растений во всем комплексе, включая проблемы корневого питания растений, транспорта в них веществ, проблемы дыхания, устойчивости к болезням, открывают путь к направленному воздействию на растение, управлению его развитием, а значит, и к прогнозированию урожая.

Магистральный путь интенсификации сельскохозяйственного производства — создание новых сортов растений и пород животных. Здесь есть крупные достижения, они традиционны для нашей науки. В мире широко известны имена академиков П. Лукьяненко, В. Пустовойта, В. Ремесло, Н. Цицина, М. Ходжинова и многих других.

Но необходимо идти вперед. В перспективе сельскохозяйственное производство должно базироваться в основном на непрерывной (через 5—7 лет) смене сортов. Почему? Во-первых, это дает возможность наиболее полно и быстро реализовать новейшие достижения селекционно-генетической науки, а во-вторых, возбудители болезней и вредители не успевают перестроиться и сформировать соответствующие полуляции, приспособленные к новым сортам.

Ученые предложили новейшие методы современной генетической селекции, такие, как мутагенез, полиплоидия, генетически регулируемый гетерозис и отдаленная гибридизация. Их использование позволило внедрить целый ряд новых сортов: например, «киянка» и «ново-сибирская-67». Эти сорта отличаются не только высокой урожайностью, но и хорошим качеством зерна, устойчивостью к полеганию и т. д. Многие новые сорта проходят государственное сортоиспытание.

Формы растений и виды животных, которых нет в природе, позволяет создавать отдаленная межвидовая гибридизация. Это новое направление бурно развивается и уже приносит плоды: в суровых условиях гибриды именно такого рода оказываются более стойкими и более продуктивными. Например, тритикале — гибрид пшеницы и ржи, унаследовавший ценные свойства своих родителей: от пшеницы он взял высокое содержание белка, а от ржи — незаменимую аминокислоту лизин. Урожайность культуры тритикале достигает 60—80 центнеров с гектара, она приспособлена к холоду, песчаным и кислым почвам, к ржавчине.

Гибриды мелких низкомолочных зебу с молочно-мясными породами крупного рогатого скота, созданные под руководством академика Н. Цицина, имеют живой вес до 450 килограммов, устойчивы к различного рода заболеваниям, отличаются высокой продуктивностью. Работы цитологов и генетиков по гибридизации домашних свиней с дикими кабанами значительно повысили мясные качества и жизнеспособность гибридов. К сожалению, мы пока еще не можем говорить о широком внедрении этих работ в практику.

Очень интересными оказались работы по химическому мутагенезу (мутация — изменение наследственности). Это мощный метод. В свое время, в период «зеленой революции», радиационный мутагенез сыграл большую роль в получении новых сортов пшеницы. Сегодня вышел из лаборатории и стал эффективным химический. Используя его, удалось получить ряд высокопродуктивных мутантов не только у злаковых, но и у многих технических культур. Это обещающее направление, и оно будет развиваться. Конечно, недостаточно уже работать на традиционных культурах, таких, как «безостая» или «мироновская». Надо постоянно искать новые возможности, тем более в трудноосваиваемых районах.

Особо упомяну работы по хлопчатнику. Созданы высокоурожайные и устойчивые к болезни — вилту — сорта: знаменитый «ташкентский» и некоторые новые, еще более перспективные. Эти работы успешно развиваются в Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане. Производство хлопка непрерывно растет, и наша страна, по существу, лидирует среди хлопкопроизводящих государств.

...Новейшие открытия и достижения в биологии, появление действенных методов анализа способны революционизировать сельскохозяйственную науку: там, где внедрение таких методов и подходов происходит быстро, результаты не заставляют себя ждать. Ученые вносят свой вклад в интенсификацию сельского хозяйства, и этот вклад будет неуклонно расти.

Генеральный секретарь ЦК КПСС, Председатель Президиума Верховного Совета СССР товарищ Л. И. Брежнев, выступая в Алма-Ате в 1974 году, отметил: «Сельское хозяйство нуждается в новых идеях, способных революционизировать сельскохозяйственное производство, в постоянном притоке фундаментальных знаний о природе растений и животных, которые могут дать биохимия, генетика, молекулярная биология».

Прежде всего необходимо в максимально короткий срок разработать технологию селекционного процесса, основанную на широком использовании на всех этапах селекции современных достижений биохимической и молекулярной генетики, математического анализа.

Приведу один пример. Еще недавно к сугубо «академическим» относили молекулярно-цитогенетические исследования линейной дифференцированности структуры хромосом. Сегодня установлено, что каждый сорт тритикале, пшеницы, ячменя обладает специфическим, только ему присущим сочетанием морфологических признаков хромосомного набора. Таким образом, открываются совершенно новые возможности ускорения генетических и селекционных работ, основанные на давно известных методах хромосомной инженерии, то есть на сознательном конструировании наборов с заранее намеченными хромосомами.

В этой связи большой интерес представляет прибор «Морфоквант», который создали советские ученые совместно со специалистами предприятия «Карл Цейс Иена» (ГДР). Он позволяет в течение 20 минут построить карту набора хромосом растений и животных. Сейчас идут работы над более простой и дешевой модификацией прибора.

Есть целый ряд новых направлений, опытно-лабораторные исследования которых сегодня, может быть, еще не закончены, но уже видна возможность резкого повышения продуктивности животноводства. Это работы эмбриологов, связанные с новейшими достижениями в этой области и одновременно в молекулярной генетике. В частности, специалисты разработали новые методы воспроизводства животных, основанные на манипулировании с яйцеклетками и эмбрионами. Такие методы позволяют в принципе в короткие сроки увеличить поголовье ценных пород сельскохозяйственных животных.

Суть технологии в том, что с помощью гормональной обработки от одной высокопородистой самки удается получить до 60 эмбрионов в год (вместо одного-двух). Их можно потом имплантировать (пересаживать) низкопородным самкам, получая таким образом от одной коровы 20—30 телят за сезон. Все это в целом создало базу, с одной стороны, для резкого повышения эффективности и темпов племенной работы, с другой — для дальнейших, более тонких манипуляций с эмбрионами сельскохозяйственных животных, их генетическим аппаратом. Хотя сегодняшние достижения в этой области лишь начало и речь пока идет об относительно простых манипуляциях, исследования развиваются очень быстро, и их внедрение в практику животноводства обещает дать огромный экономический эффект.

Большие возможности и здесь таят в себе методы генной инженерии. Воздействие на тонкую структуру нуклеиновых кислот, замена одних генов другими прокладывают путь к программированному изменению физиологических особенностей растений и животных. На очереди такие эксперименты, как перестройка генетического аппарата путем «перемещения» генов из одних организмов в другие подобно тому, как это делается сейчас с микроорганизмами.

Я назвал лишь несколько направлений. Их значительно больше. Исследования ученых охватывают самый широкий круг вопросов, с которыми связано решение многих важнейших народнохозяйственных задач.

...Иногда, когда я рассказываю об этом, журналисты задают мне вопрос: курс на эффективность научных исследований — не означает ли он явный приоритет прикладных разработок и не наносит ли это ущерба фундаментальным исследованиям, которые не связаны непосредственно с потребностями людей и эффект которых нередко трудно предвидеть?

Должен сказать, что наука исторически возникла именно из потребностей человеческого общества. И какую область исследований ни возьми, все они направлены в нашей стране на удовлетворение запросов и потребностей человека. В этом смысле само деление науки на фундаментальную и прикладную мне кажется очень условным.

Но мы разделяем категории науки, ее направления, имея в виду временной фактор, то есть то, что используется сегодня, в исторически очень короткий срок, и то, что рассчитано на длительную перспективу и сегодня вообще не оценивается с точки зрения использования, потому что прямо не видно, как это можно использовать. В этом плане мы говорим — прикладные и фундаментальные исследования.

Наша страна в этом отношении, мне кажется, ведет очень дальновидную политику. С момента организации Советского государства был создан такой мощнейший институт, специально предназначенный для развития фундаментальных исследований, как Академия наук СССР, у которой нет аналогов в мире. И благодаря такой дальновидности по очень многим направлениям науки мы сейчас занимаем ведущие позиции в мире.

Фундаментальная наука в нашей стране в большом почете. Есть традиционный «вкус» к развитию фундаментальных исследований. Высокий авторитет Академии наук, концентрация крупных ученых в этом учреждении стимулируют и вузы, и отраслевые институты принимать активное участие в научной деятельности.

Задача фундаментальной науки заключается в том, чтобы развиваться во всех возможных направлениях, потому что трудно себе представить заранее, где именно произойдет «всплеск». И Академия наук оказывается всегда готовой к развитию самого неожиданного направления. Пример? Та же генетическая инженерия. Шесть лет назад ее просто не существовало. Это было одно из направлений изучения нуклеиновых кислот. Некоторые даже считали, что им можно пренебречь. Но сегодня мы видим, что уровень фундаментальных работ здесь достаточно высок, он и позволил быстро выйти на технологические рельсы.

Если опять же обратиться к близкой мне области физико-химической биологии, то на целом ряде примеров можно показать, какие советские фундаментальные работы выполняются на мировом уровне. Среди них изучение генома высших организмов (работы члена-корреспондента АН СССР Г. Георгиева), исследования процессов, связанных с молекулярными аспектами биосинтеза белка на рибосомах (работы академика А. Спирина), исследования биоэнергетических процессов, механизмов воспроизводства энергии в митохондриях — своего рода энергетических фабриках в клетке (работы члена-корреспондента В. Скулачева). Очень интенсивно развиваются у нас сейчас исследования биологических мембран, которые, окружая клетку, создают в ней свой климат, пропуская одни вещества и задерживая другие (работы члена-корреспондента В. Иванова). В исследованиях транспорта ионов кальция через мембраны (академик П. Костюк), вообще в исследованиях транспорта ионов через мембраны и использовании различных регуляторов, действие которых направлено на увеличение потоков металлов в биологических и искусственных мембранах, работы советских ученых пионерские в мире.

Биотехнология ближайших лет

Я хотел бы подчеркнуть также резкое возрастание мощи наших исследований в изучении структуры биополимеров, особенно таких, как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды. За последние годы получены важные результаты, приведшие к расшифровке первичной структуры многих сложных белков. Следующий уровень изучения белков — исследования пространственной структуры белковых молекул (пепсина, леггемоглобина). На этой основе мы подходим к расшифровке механизма действия трансаминазы — ключевого фермента, ответственного за азотистый обмен в живых клетках (работы академиков А. Браунштейна и Б. Ванштейна).

Для изучения структуры биополимеров у нас успешно используются синхротронное излучение, ядерный магнитный резонанс, мэсбауэровская спектроскопия. И это тоже работы высокого мирового класса (академик В. Гольданский, член-корреспондент АН СССР В, Быстров, профессор М. Мокульский и другие).

Необходимо отметить высокий уровень вирусологических исследований. В области структуры и репродукции вирусов получены результаты, не только имеющие большое фундаментальное значение, но и помогающие решению практических вопросов, профилактике и лечению вирусных заболевании!

Упомяну еще об одной работе, связанной с возможным использованием биологических систем в качестве источников энергии. У нас в стране эта научная программа получила название «Родопсин» — по имени белка, который входит в зрительный аппарат глаза и отвечает за превращение световых сигналов. Подобный же белок, как оказалось, входит и в состав бактерий, живущих в соленой воде, обеспечивая их жизнедеятельность за счет энергии солнца. Поглощение одного кванта света одной молекулой родопсина вызывает появление электрического сигнала, который усиливается за тысячные доли секунды в миллион раз.

Сложилось так, что эти исследования проводились в условиях очень жесткой конкуренции с нашими американскими коллегами. И все же в изучении родопсинов советские ученые сумели выйти в короткое время на самые передовые позиции в мире. В частности, удалось практически полностью расшифровать структуру этих двух родопсинов, их топографию, расположение в мембране, получить представление о том, как они работают.

Сейчас в мире идет много разговоров о том, как такие системы, изящные и эффективные, могут использоваться в будущем для утилизации солнечной энергии в промышленном масштабе. Обсуждаемые расчеты и предположения обнадеживают, так что и в энергетику биология, несомненно, может внести свой вклад.

Вопрос об эффективности научных исследований в системе Академии наук ставится так: каким образом быстрее использовать в народном хозяйстве переходящие в разряд прикладных фундаментальные работы? Этот вопрос сложный, и у нас он не всегда еще решается так, как хотелось бы. Нам нельзя закрывать глаза на те трудности, которые у нас имеются. Действительно, мы порой: чересчур медленно внедряем то, что совершенно очевидно. Кстати, это происходит в немалой степени и из-за нашей нерасторопности: нельзя просто написать на бумаге результат и апеллировать к промышленности, чтобы она его внедряла.

Ученый, который провел результативное исследование, должен довести его до такого состояния, чтобы оно было готово для практического использования. Нужен не рыхлый результат, а гарантированный, отработанный опыт, отработанная методика, которая была бы понятна людям практики. В то же время промышленность должна иметь соответствующие возможности для внедрения, определенный стимул. У нас эта цепочка часто не срабатывала. В текущем пятилетии эффективность работы промышленности в смысле внедрения будет возрастать в связи с созданием целевых комплексных программ по ведущим направлениям научно-технического прогресса, что специально было отмечено на XXVI съезде КПСС.

Очень важно, чтобы перспективные труды с самого начала были согласованы с промышленностью в рамках общих программ. У нас сейчас работа по таким программам занимает центральное место.

Когда научное исследование, выходящее в прикладные, сразу планируется как согласованная система, в которой участвуют уже на первых этапах, скажем, отраслевые институты, тогда сам термин «внедрение» оказывается ненужным, потому что идет плановый переход, шаг за шагом, к производству. Работа перемещается постепенно в заводскую лабораторию, где проверяются результаты, рассчитывается увеличение масштаба или пропускной способности производства. И последний этап — завод или фабрика.

Мне представляется очень важным, чтобы исследователь владел экономикой производства. Иногда результат, достигнутый в науке, интересен, оригинален. Но не всегда еще это означает, что он экономичен для данной отрасли промышленности. В химии, например, можно получить какое-то вещество с большим практическим выходом, но в промышленности для него нет исходного материала; получение же этого «исходного» может «съесть» всю рентабельность, и оказывается, что внедрение такого результата заведомо неэкономично.

Если говорить о биологии, то здесь проработка результатов должна быть особенно тщательной еще и потому, что они имеют прямое отношение к живому, к человеку.

Наша страна является в данном случае наиболее строгим судьей: критерии для применения нового лекарства или пестицида у нас наиболее жесткие. Скажем, чтобы лекарственный препарат был одобрен и принят Фармакологическим комитетом, он должен удовлетворить такую массу требований, что порою кажется, что дело безнадежно. И это правильно; мы хорошо знаем, какие тяжелые последствия ждут человека, представителей флоры и фауны в результате недостаточно серьезной проверки новых препаратов перед их внедрением, как это порой бывает на Западе.

Решая проблему эффективности при создании препаратов и основ биотехнологии в интересах медицины, мы сейчас делаем упор на опытные производства в академических учреждениях. Медицинские препараты меняются часто (грубо говоря, каждая неделя приносит мировой медицине новый антибиотик, новый сердечный стимулятор и т. п.), и большим предприятиям бывает нелегко перестраиваться с одного технологического процесса на другой. В этом случае рентабельнее небольшие мобильные производства с современным, легко перестраивающимся оборудованием, с высококвалифицированным составом технологов, инженеров, научных работников, что подтверждается опытом.

Институт органического синтеза АН Латвийской ССР в Риге, например, на экспериментальном заводе ведет промышленный выпуск препаратов, в частности, такого важного природного биорегулятора, как окситоцин, широко используемый в сельском хозяйстве и медидине. Здесь производится около двух килограммов этого препарата в год, что во многом покрывает нужды страны. Я уже не говорю о широко известном в мире противораковом препарате фторафуре, созданном в этом институте и выпускаемом им в виде готовых форм. Больших успехов добились и в Институте тонкой органической химии АН Армянской ССР, в Физико-химическом институте АН УССР и в ряде других институтов.

Так оно и должно быть — опытные предприятия должны не только вырабатывать какие-то количества препарата, но и делать готовые формы, потому что пока их нет, нет и серьезного испытания, нельзя судить об эффективности препарата. При необходимости готовые формы могут передаваться на выпуск крупными сериями в медицинскую промышленность. Это как раз тот путь, который ведет прямо к внедрению в производство.

Главное в деятельности любого научного коллектива — качество работ. Мне кажется, невозможно представить настоящего ученого, который не требовал бы от себя и своих коллег, чтобы сделанное ими отвечало новейшим мировым достижениям и открытиям. Поэтому трудится ли ученый в области прикладных разработок или занимается фундаментальными исследованиями, он все равно должен чувствовать пульс времени. Вопрос мирового уровня для нас повседневный, и это закон работы любого научного учреждения...

Я постарался вкратце рассказать о тех задачах и проблемах, которые стоят перед биологией сегодня. Что хотелось бы пожелать тем, кто думает связать свою судьбу с этой наукой?

Обычно когда обращаются к молодежи, говорят, что в ее руках будущее, что молодежь — основной двигатель прогресса, в том числе науки. Больше половины научных разработок в целом по стране принадлежит молодым ученым. Молодежь — это наша надежда. И от ее умения и труда зависит очень многое.

Иногда приходится слышать — молодой ученый долгое время остается младшим научным сотрудником, не занимается крупными проблемами. Почему? Чаще всего это связано с тем, как человек работает и как он понимает свою задачу. Конечно, я не отрицаю, что в каком-то отдельном случае могут сложиться неблагоприятные обстоятельства. Но если говорить принципиально о возможностях каждого научного работника, то тут главное его личные деловые качества. Современная наука развивается чрезвычайно интенсивно, темпы работы научных лабораторий и центров высоки. Чтобы сказать свое слово в науке, нужны титанические усилия. И очень часто человек останавливается на полпути, даже если он способен творчески мыслить. Ему не хватает организованности, умения сконцентрировать свое внимание на том, чтобы не только обдумать результат, но и реализовать его.

Я хочу сказать, что наука требует определенных свойств характера. И с этим связаны самые главныо трудности, потому что все остальное можно преодолеть. Если сотрудник намечает план исследований, с которым не согласен его руководитель, но сам он абсолютно убежден в необходимости этих исследований, то он имеет все возможности отстаивать свою позицию и добиваться цели.

Чтобы успеть сделать что-то полезное в науке, необходимо как можно раньше начинать. Время очень дорого ценится в нашей стремительной жизни, и, теряя минуты и часы, порой не успеваешь заметить, как проносятся годы. Следовательно (и в этом я вижу задачу молодого поколения в науке), нужно быстро овладевать знаниями, быстро и достойно вставать в ряды тех, кто прорубает дорогу в неизведанное, работать самостоятельно, уверенно и надежно, чтобы на тебя могли положиться и тебе поверить твои коллеги по труду, твои старшие товарищи. Если честно относиться к труду, если настойчиво трудиться и ясно видеть цель, в любой науке можно достигнуть успеха.

Скорость сегодняшней жизни требует от молодого поколения зрелых решений, полной самоотдачи, желания и умения принять участие в самых важных делах, быть в курсе самых бурных событий. А этого достичь непросто. Нужны настойчивость, самопожертвование, постоянное совершенствование своего мастерства, широкий кругозор и развитая интуиция. Нужно осознание того, что ты несешь главную ответственность за дело, которым занимаешься, и должен решить поставленную задачу во что бы то ни стало. Тогда не будет просто отбывания часов в лаборатории, состояния апатии и безразличия, не будет потребительского отношения к своему труду, своему месту. Жизнь сложна, она не всегда романтична и требует от человека будничной работы, напряжения, сосредоточенности, мужества, силы воли.

Но природа так долго и так искусно пестовала это свое чудесное детище, что каждый из нас должен оказаться достойным великого удела — стоять на вершине жизни, быть человеком. Особенно человеком самого прогрессивного и гуманного общества на Земле.