Поиск     English    
      КФУ > Факультеты > Биолого-почвенный
  О факультете
  Руководство
  Кафедры
  Учебная работа
  Сотрудники
  Новости науки
  НИИ биологии
 Ботанические коллекции КУ
 Зоологический музей им. Э.А.Эверсмана
  Электронные ресурсы
 Студенческая газета "Beagle"
  НИР студентов
 УЦ "Современная биология"
  Фотоальбом
  
На биофаке КГУ стартует фитобиотехнология

Как известно, биотехнология - это научно-производственная отрасль, которая основана на использовании биологических процессов и объектов для получения в промышленных условиях полезных для человека результатов и продуктов. Становление биотехнологии относится к 40-50 годам 20 века. Последние достижения клеточной и генной инженерии, демонстрирующие возможность конструирования живого и управления генетическими свойствами организмов (успешное клонирование млекопитающих, создание первых искусственных хромосом, трансгеномных мышей и др.), появление новейших клеточных технологий в медицине (генная диагностика и генная терапия), генно-инженерное производство лекарственных и пищевых белков, вакцин и антибиотиков нового поколения, витаминов, различных биосенсоров - все это и многое другое способствовало превращению биотехнологии в реальную производительную силу в сельском хозяйстве, медицине, фармацевтической и пищевой промышленности, экологии, энергетике и др. Ежегодный прирост мировой продукции за счет биотехнологий составляет 7-10%, и эти темпы с каждым годом увеличиваются. Внедрение высоких технологий означает переход на качественно новую ступень жизни человечества и, более того, напрямую связано с выживанием человека в нестабильной среде. На недавно прошедшем в Москве (февраль, 2004 г.) российско-британском семинаре "Проблемы генетической безопасности: научные инновации и их интерпретация" констатировалось, что в первой половине XXI века биотехнологии станут таким же ключевым фактором прогресса, каким была вычислительная техника во второй половине XX века. Говоря об основных стратегических направлениях прогресса России, в одном из своих выступлений лауреат Нобелевской премии академик Жорес Алфёров поставил на первое место биотехнологии, на второе - информационные технологии и на третье - экологически чистые технологии энергетики.

Одним их наиболее интенсивно развиваемых направлений общей биотехнологии является фитобиотехнология. Бурное развитие биотехнологии растений связано с получением в 1983 году первого трансгенного растения и с выбросом на рынок в середине 90-х годов целого ряда генетически модифицированных сельскохозяйственных и технических культур (кукурузы, картофеля, сои, томатов, капусты, кабачков, хлопчатника) с улучшенными хозяйственно-полезными признаками - более продуктивных и дающих урожай высокого качества, непоражаемых болезнями, вредными насекомыми и, что не менее важно, гербицидустойчивых. В экономику ряда стран уже сейчас существенный вклад вносят индустриальное цветоводство (Голландия), получение безвирусного посадочного материала, саженцев ценных древесных пород и плодовых деревьев за счет использования микроклонального размножения растений, основанного на выращивании микрочеренков из культуры изолированных клеток и тканей, свободно живущих подобно микроорганизмам на питательных средах вне организма. Приоритетными направлениями фундаментальной и прикладной фитобиотехнологии, включающими поиск альтернативных подходов к решению многих практических задач в области растениеводства, селекции, фармацевтической и пищевой промышленности, мониторинга и защиты растительного мира являются обеспечение населения планеты необходимым количеством высококачественных растительных продуктов, разнообразных лечебных препаратов, вакцин, витаминов, пищевых красителей и добавок, разработка биодиагностикумов и биосенсоров, создание банков устойчивых генотипов, а также редких и исчезающих растений. Последнее исключительно важно для сохранения генофонда и биоразнообразия растительного мира. Кроме того, ввиду все усиливающегося химического прессинга на окружающую среду большое внимание уделяется получению из растений экологически безопасных природных регуляторов роста и средств защиты (биопестицидов) для борьбы с болезнями, вредителями и сорняками. Захватывающие перспективы открываются при использовании растений как неисчерпаемых источников возобновляемой непищевой энергии ("заменителей" нефти) для получения экологически чистого жидкого и газообразного топлива, а также как основных компонентов замкнутых систем жизнеобеспечения, необходимых в будущем для длительных межпланетных перелетов при освоении внеземных пространств.

Среди перечисленных направлений фитобиотехнологии ключевым является создание трансгенных (генетически модифицированных) растений и их практическое использование. Острая необходимость коммерческого производства ГМ-культур назрела во многих странах и она обусловлена рядом все более усугубляемых объективных причин - прогрессирующим ростом населения, сокращением окультуренных пахотных земель из-за деградации почв, огромными ежегодными потерями урожая в мире (до 50-70%) из-за отрицательного влияния на растения неблагоприятных условий внешней среды, а также ограниченностью естественной продуктивности растений. Кроме того, традиционные приемы повышения урожайности и стресс-устойчивости растений (агротехника, селекция, мелиорация, химические средства защиты растений) являются слишком энергоемкими и часто малоэффективными. Поэтому вопрос о хлебе насущном к середине 21 века, по мнению ученых, встанет ребром. Проблема эта становится еще более очевидной, если учесть, что, согласно статистике, от недоедания и белково-калорийной недостаточности ежегодно в мире погибает около 15 млн. человек, а примерно половина населения Земли испытывает острую нехватку витаминов и микроэлементов.

В научной литературе и СМИ много высказано различных точек зрения о пользе и вреде генетически модифицированных продуктов (ГМП), одно ясно, что альтернативы этим продуктом не существует. Несомненно, что ученые должны ответить на вопрос: "Могут ли произойти патологические изменения в человеческом организме из-за употребления ГМП и каковы отдаленные последствия их действия?" Такие исследования ведутся в десятках лабораторий мира, но для получения окончательного ответа необходимо не менее 20-30 лет. Как считают многие ученые, часто высказываемые, особенно в СМИ, опасения и недоверие относительно безопасности использования ГМП и даже требования об огульном запрете их, а нередко и просто "страшилки" являются результатом научной неосведомленности и, мягко говоря, необоснованными. Необходимо в "неискаженном виде" разъяснять людям значение новейших научных достижений. Можно привести в качестве примера ситуацию с радиоактивными элементами, положительные и отрицательные моменты использования которых стали известны лишь через 50 лет после их открытия, тем не менее это не было тормозом для их широкого применения. Поскольку основные формы целого ряда трансгенных растений хорошо себя зарекомендовали, то занимаемые ими посевные площади ежегодно в ряде стран значительно расширяются.

Несомненно, что дальнейший прогресс фитобиотехнологии немыслим без высококвалифицированных специалистов-биотехнологов, подготовку которых следует вести прежде всего на базе тех глубоких фундаментальных знаний, которые студенты получают в университете, и способных на основе этих знаний профессионально вести поиск новых биотехнологических подходов к решению насущных задач, стоящих перед человечеством. Задумавшись над этим вопросом, на кафедре физиологии и биотехнологии растений мы начали с обновления программ ведущих спецкурсов по общей, сельскохозяйственной и экологической физиологии растений, а затем в учебный процесс ввели ряд новых спецдисциплин по биотехнологии растений таких, как агрофитобиотехнология, клеточная и генная инженерия растений, физиолого-генетические основы селекции, физиология и биохимия лекарственных растений и др. В 2001 году на кафедре впервые среди университетов России был разработан учебный план по специализации "Биотехнология растений", который в этом же году был утвержден на заседании отделения биологии учебно-методического объединения университетов России (УМО). Соответственно этому, решением Ученого совета КГУ наша кафедра физиологии растений была переименована в кафедру физиологии и биотехнологии растений. Кстати признается, что существенным недостатком биологического образования во многих университетах России является как раз отсутствие преподавания биотехнологии и биоинформатики.

Студенты кафедры, наряду с приобретением углубленных знаний об основных закономерностях жизнедеятельности растений вплоть до молекулярно-генетического уровня и освоением современных методов их изучения, получают представления о состоянии и задачах фитобиотехнологии, тенденциях и перспективах ее развития, о биотехнологических направлениях в сельском хозяйстве, медицине, промышленности, об объектах и методологическом аппарате биотехнологии растений. На спецпрактикумах студенты овладевают теоретическими основами и методами практической работы по культивированию клеток и тканей, регенерации растений из каллусных и суспензионных культур, выделению из них физиологически активных соединений. Все больше выполняется курсовых и дипломных работ по этой специализации как на кафедре, так и в лабораториях Института биохимии и биофизики КНЦ РАН, в которых отличившиеся студенты затем выполняют аспирантские работы.

В контексте продолжения и развития традиционного для кафедры и всей Казанской школы физиологов растений научного направления., заложенного её основателем - проф. А.М. Алексеевым, по исследованию водного обмена и механизмов устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды, за последние 10 лет научная тематика кафедры также приобрела биотехнологическую направленность. Это было обусловлено началом проведения исследований в одной из перспективных, но малоисследованной области клеточной физиологии, связанной с выяснением роли так называемого цитоскелета - важнейшей интегральной надмолекулярной системы клетки, состоящей из чрезвычайно разветвленной сети белковых нитей, которые образуют некий структурный остов (архитектуру) клетки и обеспечивают тем самым её целостность и жизнедеятельность. Открытие в 50-е годы 20 века цитоскелета с помощью электронного микроскопа и последующие интенсивные иммуноцитохимические исследования этой структуры в 80-е годы произвели в клеточной биологии революцию, что сравнимо с открытием новой элементарной частицы в физике. Появились научные сообщения о возможности широкого использования результатов этих исследований в биотехнологических целях - получение противоопухолевых и других лечебных препаратов, фунгицидов, гербицидустойчивых растений и эффективных маркёров, крайне необходимых для ранней диагностики ряда болезней. Приоритетность наших исследований заключается в том, что мы занялись выяснением физиологической роли цитоскелетных белков в формировании механизмов адаптации и устойчивости сельскохозяйственных растений к экстремальным внешним факторам, главным образом, к низким температурам, а также к водному дефициту, что связано с решением актуальной для растениеводства и селекции проблемы повышения устойчивости многих сельскохозяйственных культур к морозам, заморозкам и засухе. Так, для Республики Татарстан выживаемость (или морозоустойчивость) озимой пшеницы в зимний период - одна из острейших и пока нерешенных задач в плане расширения производства хлебного зерна.

После проведения физиологической части экспериментов на кафедре мы установили контакты с рядом зарубежных партнёров, согласившихся принять наших сотрудников и аспирантов в свои лаборатории для проведения иммуноцитохимических исследований. В итоге совместных работ с профессорами Гиссенского, Фрайбургского (Германия), Хельсинского (Финляндия) и Луванского (Бельгия) университетов за счет грантов, полученных из различных научных фондов этих стран, нами впервые была воспроизведена детальная картина тех тонких физико-химических изменений цитоскелета, которые происходят в клетках растений в условиях низкотемпературного стресса. Обобщение полученных результатов привело к открытию ранее неизвестных субклеточных и молекулярных механизмов, от которых зависит стратегия морозоустойчивости озимой пшеницы.

Наши теоретические разработки позволили определить и их практическую приложимость. Впервые были идентифицированы и апробированы на разных сортах озимой пшеницы цитоскелетные биодиагностикумы (маркеры), позволяющие надежно и быстро оценивать выносливость растений к морозам. Создание таких высокочувствительных маркеров представляет новое направление среди современных диагностических методов биотестирования стресс-устойчивости растений, в которых крайне нуждаются как традиционная селекция, так и генно-инженерная индустрия при создании новых сортов и форм растений, более приспособленных к нестабильным условиям среды. Важно, что предложенные нами цитоскелетные маркеры можно использовать и для изготовления биосенсоров, необходимых для химико-биологического мониторинга окружающей среды и, прежде всего, для распознавания токсических веществ в почве, воде, воздухе, в пищевых продуктах, а также для оценки безопасного применения химических средств защиты растений и лекарственных препаратов.

По результатам проводимых исследований ежегодно публикуется много статей и расширяется представительство сотрудников кафедры (нередко по персональным приглашениям) на международных и всероссийских форумах. Так, за последние пять лет вместе с зарубежными коллегами опубликовано более 20 статей в центральных отечественных и престижных зарубежных журналах и сделано более 30 устных и постерных докладов (Москва, 1999, 2001; С.-Петербург, 2002; Киев, 2002; Пенза, 2003; Германия, Нидерланды, 1999; Болгария, 2002; Испания, 2003 и др.). Следует отметить, что соавторами и содокладчиками многих публикаций и докладов являются аспиранты и активно работающее студенты кафедры, среди которых - лауреаты конкурса "Соросовские студенты и аспиранты", стипендиаты президента РФ, правительства РФ и РТ, Ученого совета КГУ, медалисты и призеры всероссийских и региональных конкурсов научных работ.

Для того, чтобы наш университет занял лидирующие позиции и в плане подготовки биотехнологов высокого уровня, и в плане массированного дальнейшего развития научных исследований в этой области, одного кадрового потенциала, которым располагает биофак, является недостаточно. Необходимы оснащенные современным оборудованием учебно-научные биотехнологические лаборатории. Возможно, даже следует подумать о создании межфакультетской биотехнологической лаборатории, которая со временем могла бы стать основой Института биотехнологии. Организация такой лаборатории на стыке наук вполне оправдана, во-первых, потому, что биотехнология - комплексная область знания, где необходимы, кроме биологов, специалисты разного профиля - физики, химики, экологи, математики, программисты и т.д. и, во-вторых, в одном месте можно было бы сосредоточить уникальные приборы и оборудование, приобретение которых требует больших финансовых затрат, непосильных не только отдельным факультетам, но даже университету, что означает необходимость поиска внешних источников. Но, очевидно, смысл в этом есть.

Зав. кафедрой физиологии и биотехнологии растений
Казанского госуниверситета, доктор биологических наук,
профессор Л.П. Хохлова



© 1995-2012 Казанский федеральный университет