Открывай с РНФ. Интервью с заместителем директора ИЦиГ СО РАН по инновационной деятельности Петром Куценогим
В Москве прошел IV Форум будущих технологий, в рамках которого ведущие эксперты, ученые, представители органов власти и бизнеса обсудили передовые научные разработки в сфере биоэкономики — отрасли, основанной на использовании возобновляемых биологических ресурсов.
Одной из ключевых тем форума стал агропромышленный комплекс. Современное животноводство — это высокотехнологичная сфера, где эффективность определяется не только генетикой, но и тем, насколько точно «настроен» корм: насколько полно он усваивается животными, какова конверсия питательных веществ, то есть сколько ресурсов превращается в килограмм привеса, литр молока или яйцо. Именно в этой точке в игру вступают ферменты — биоинструменты, которые усиливают естественные биохимические процессы и повышают питательность кормов.
Сегодня отечественное сельское хозяйство в значительной степени зависит от поставок импортных ферментов и ферментных препаратов. В рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), команда ИЦиГ СО РАН разрабатывает биотехнологии и штаммы-продуценты ферментов нового поколения на базе дрожжей Komagataella phaffii. Квалифицированным заказчиком выступает компания «Бирюч» — инновационный центр компании «ЭФКО». Проект станет важным шагом к созданию в стране собственных производственных цепочек, обеспечивающих создание ключевых продуктов и субстанций — от ферментов до биокатализаторов — на базе национальной научной и промышленной инфраструктуры.
– На Форуме будущих технологий много говорили о биоэкономике и технологическом суверенитете. Как вы оцениваете текущий этап развития российской биоэкономики и ее ключевые вызовы?
– В 1990–2000-е годы в сельском хозяйстве стояли задачи выживания и стабилизации, а не развития биотехнологий. Соответственно, направления промышленного биосинтеза не получали системного финансирования, а немногочисленные предприятия этой сферы фактически оказались предоставлены самим себе.
В период моего руководства биотехнологическим предприятием в середине 2010-х годов у микробиологической промышленности даже не было собственного кода в ОКВЭД — общероссийском классификаторе видов экономической деятельности. Налоговые органы относили предприятие со всей его научной и производственной инфраструктурой к хлебопекарной промышленности и регулярно предъявляли претензии по показателям рентабельности. Отрасли как будто не существовало — ни в статистике, ни в классификаторах, ни в управленческой логике. Я поднимал этот вопрос: если государство заинтересовано в развитии индустрии, нормативная база должна отражать реальность.
– Что-то изменилось с тех пор?
– Насколько мне известно, вопрос обсуждался, возможно, в классификаторы внесли корректировки. Однако сама логика проблемы сохраняется: индустрия биосинтеза сложна и затратна, ее невозможно развивать по остаточному принципу. Главный вызов биоэкономики — признание ее полноценной отраслью, а не нишевым научным направлением.
– Почему важно сделать биоэкономику стратегическим приоритетом?
– Ответ становится очевидным, если смотреть не на готовые продукты, а на субстанции — действующие вещества, определяющие эффективность препаратов. Приведу пример из фармацевтики. Витамин С — самый массовый биотехнологический продукт в мире, но из условных 100 тысяч тонн мирового производства значительная часть сосредоточена на двух площадках в Китае. Это демонстрирует уровень монополизации и системных рисков: достаточно нарушить одно звено — и останавливаются цепочки от фармацевтики до пищевой промышленности.
Та же логика применима к сельскому хозяйству. Мы можем выращивать зерно и производить комбикорма, но если критически важные ферменты и биодобавки импортируются, то устойчивость всей системы оказывается под угрозой. По экспертным оценкам, доля импорта на российском рынке ферментов и ферментных препаратов достигает около 70 %. В условиях высокой геополитической напряженности это напрямую
связано с экономической безопасностью страны.
– Опишите состояние современной отечественной кормовой базы. Почему качество и состав кормов становятся ключевым фактором эффективности животноводства?
– Для наглядности предлагаю сравнить современное животноводство с советским периодом. В 1970–1980-е годы удой 5 тысяч литров молока на корову считался высоким показателем, а сегодня удой менее 10–12 тысяч литров уже ставит под сомнение рентабельность хозяйства.
То есть все упирается в коэффициент конверсии корма: сколько килограммов корма превращается в привес, в молоко, в яйца. Я смотрел сюжет, где птицеводы объясняли: если курица-несушка несет меньше 300 яиц в год, производство становится невыгодным. А если себестоимость вырастает в полтора-два раза, это ударяет по всей цепочке, ведь яйца и яичный порошок идут в кондитерские изделия, хлеб, полуфабрикаты. Поэтому корм должен быть максимально сбалансированным и усвояемым.
В 1990-е мы перенимали западные технологии и импортировали буквально все: генетику, оборудование, иногда даже корма. Потом начали переходить на свое сырье, однако у нас оно отличается от импортного. Если в Европе основу кормов составляют кукуруза и соя, то в России — пшеница, ячмень и другие зерновые. Это требует иной структуры рациона. Лишь в последние 5–10 лет началась системная адаптация рецептур к отечественной базе. При этом высокотехнологичные компоненты — ферменты, аминокислоты, витаминные концентраты — во многом остаются импортными либо локализованы только на уровне готовых форм.
– Для чего нужны ферменты в современном животноводстве?
– В растительном сырье, которое лежит в основе кормов, значительная часть питательных веществ упакована в сложные, трудноусваиваемые формы, которые животное само расщепить не может или делает это неэффективно. Ферменты помогают организму разобрать корм на базовые элементы: сложные углеводы — до сахаров, белки — до аминокислот, жиры — до жирных кислот.
Такие добавки, как амилаза, глюкоамилаза или фитаза, — это базовая технологическая основа высокоинтенсивного животноводства. Поясню свою мысль на примере фитазы. Фосфор в растительном сырье находится в виде фитатов, в результате птицы и свиньи его плохо усваивают. Без фитазы огромная доля фосфора проходит транзитом через желудочно-кишечный тракт, а для компенсации животных приходится дольше и обильнее
кормить. Стоит добавить фермент — и усвоение элемента резко возрастает. Параллельно улучшается усвоение кальция, магния, микроэлементов, аминокислот — и растет энергетическая ценность корма.
Сегодня ферменты применяются при производстве 95–98 % комбикормов. Без них для получения того же объема продукции потребовалось бы в полтора–два раза больше корма. Поскольку затраты на корм достигают 70 % себестоимости, ферменты становятся фактором
экономической и экологической эффективности.
– В чем состоит основная проблема в сфере ферментных препаратов для сельского хозяйства?
– Дело в том, что производить субстанции ферментов — дорого. Это огромные биотехнологические мощности: стерилизационные системы, пар, охлаждение, сложная обвязка ферментеров, аэрация, энергоемкость. Строительство такого завода требует существенных финансовых вложений. Поэтому многие страны исторически выстраивали биосинтез там, где есть доступ к энергии, воде и сырью, а Россия в какой-то момент предпочла не развивать производство, а покупать готовые решения.
Сейчас готовых форм на рынке стало больше: есть премиксы, смеси, добавки. Но качественный прорыв в производстве именно субстанций пока ограничен. Отсюда и зависимость: если нарушается поставка концентрированных ферментов или технологических компонентов, то сразу вырастает риск по себестоимости и по стабильности производства.
– Какие задачи призван решить ваш проект, реализуемый в рамках инициатив Президента и конкурса РНФ?
– Мы работаем над тем, чтобы создать микробиологические продуценты ферментов фитазы, амилазы и глюкоамилазы и разработать технологическую основу для получения высокоэффективных ферментных препаратов — как в виде чистых белков, так и в составе
кормовых смесей.
Если говорить языком производства, аграрной индустрии нужны штаммы, которые будут стабильно синтезировать целевой белок, давать воспроизводимый результат и при этом будут удобными для масштабирования. Для поиска и создания новых культур используется коллекция ИЦиГ СО РАН, насчитывающая более 2 500 штаммов.
В ходе проекта будут созданы высокоэффективные непатогенные и нетоксичные штаммы-продуценты ферментов фитазы, амилазы и глюкоамилазы, полученные из дрожжей Komagataella phaffii. Это позволит заказчику организовать на собственных площадках выпуск стандартных ферментных препаратов и современных кормовых добавок с прогнозируемой активностью и эффектом.
– Почему было принципиально использовать дрожжи Komagataella phaffii? Какие преимущества они дают по сравнению с традиционными продуцентами?
– Во-первых, это признанная промышленная платформа: непатогенная, нетоксичная, безопасная для использования. Во-вторых, еще один технологический плюс заключается в том, что при аэробном культивировании эти дрожжи не синтезируют этанол, в отличие от некоторых других видов, — это позволяет наращивать биомассу и повышать продуктивность.
И отдельная важная вещь — наличие собственной системы секреции белков. Для рекомбинантных белков это критично: если белок хорошо выделяется в среду, то становятся проще процессы очистки, масштабирования и контроля качества.
– С какими сложностями пришлось столкнуться в ходе проекта?
– Главная сложность заключается в том, что каждый белок при синтезе в дрожжах ведет себя по-разному: это живой организм, и он не обязан подстраиваться под техническое задание. Даже если у тебя платформа отработана, ты не можешь заранее гарантировать, как именно будет образовываться конкретный фермент: будет ли он секретироваться, не окажется ли токсичным для клетки, не «сломает» ли регуляцию.
Вторая сложность — масштабирование. Есть лабораторные объемы, есть пилотные, а есть промышленный ферментер. Это разные режимы аэрации, перемешивания, теплопередачи, скорости питания. Штамм, который отлично работает в лаборатории, может иначе вести себя в условиях производства. Поэтому в прикладной логике важно сформировать целый пул кандидатов и дать заказчику возможность провести селекцию на собственном оборудовании.
– Как вы ранее отмечали, у вас есть опыт руководства биотехнологическим предприятием. Помогает ли он в работе с индустриальным партнером?
– Безусловно, ведь производственный опыт позволяет глубже понимать реальные ограничения индустрии. Когда компания пробует научную разработку у себя и говорит: «У нас не получается», — у человека без производственного опыта первая реакция может быть
довольно резкой. А я прекрасно понимаю, что такое вполне возможно. Когда мы активно внедряли у себя новые штаммы, то набили много шишек при попытках перевести культуру из лаборатории в промышленное производство: возникали сложности с хранением штаммов, пересевами, масштабированием, стабильностью и так далее.
Если на биотехнологическом производстве действовать строго по инструкции — результата не будет. Всегда есть нюансы, которые невозможно полностью учесть. В биотехнологическом производстве нужно, что называется, повариться — иначе его логику и реальные ограничения просто не понять.
– В чем специфика работы с квалифицированным заказчиком? Чем такой формат отличается от классических прикладных исследований?
– Отличие в том, что ученому нужны идеальный результат и отчет, бизнесмену важны стабильность и воспроизводимость результата. Плюс есть коммерческая сторона вопроса. Для бизнеса все, что касается технологии, — это конкурентное преимущество. Ученые по природе открытые: «Нашли — публикуем», а промышленники говорят: «Нужно подождать, это коммерческая тайна». Там, где требуется баланс между научной открытостью и защитой интересов индустрии, необходима очень точная коммуникация.
И здесь Российский научный фонд играет важную роль посредника, предлагая свою экспертизу. Фонд задает правильные вопросы и дисциплинирует взаимодействие. Когда есть такая независимая структура, разговор становится предметным: что именно не работает, какие режимы, какой масштаб, какие корректировки. Это помогает избежать эмоций. Мне как руководителю спокойнее, когда проект находится в таких рамках, созданных Фондом. Это снижает риски и для науки, и для бизнеса, и для государства.
– Какие промежуточные результаты достигнуты на сегодняшний день?
– На уровне научной части проведены поиск и оптимизация генов, созданы рекомбинантные конструкции, отрабатываются методы отбора наиболее продуктивных штаммов-продуцентов, проведены этапы культивирования и селекции, выполнены работы по выделению и описанию ферментов.
Мы создаем штаммы-продуценты, которые дадут возможность заказчику производить критически важные ферменты в России. Не конечные препараты, не расфасовку, а именно субстанции — основу всего процесса. Это первый и главный шаг к технологическому суверенитету. Но в биотехнологии важно понимать: настоящий эффект появляется не в лаборатории, а когда технология становится воспроизводимой в промышленном цикле. То есть когда на стороне заказчика отрабатываются режимы ферментации, подтверждается стабильность партии, появляется предсказуемый результат.
– Как вы оцениваете перспективы внедрения разработанных ферментов и технологий в индустрию?
– Перспективы зависят от того, насколько устойчивым будет производство. Биосинтез — энергоемкий и требовательный процесс. Например, если в моменте ферментации произошел скачок напряжения в сети, то процесс надо останавливать, а емкость — сливать. Поэтому внедрение — это всегда инженерная дисциплина: следует обеспечить стабильность условий, качество сырья, режимы, биобезопасность.
Если эти условия обеспечены, тогда разработанные штаммы и технологии станут основой для выпуска стандартных ферментных препаратов с активностью не ниже коммерческих аналогов и для создания кормовых добавок с прогнозируемым эффектом.
– Каков потенциальный вклад проекта в снижение импортозависимости отрасли?
– Мы двигаемся к отечественным продуцентам и к собственной технологической цепочке по созданию основы для производства ферментов: штамм, процесс, контроль, возможность масштабирования. Даже если на рынке появится один крупный отечественный производитель субстанций, это поменяет картину: сформируется внутренняя компетенция, возникнет точка роста для кадров, будет создана база для дальнейших проектов.
– Как вы считаете, у России есть шанс занять заметное место в мировой биоэкономике?
– Я убежден, что такой шанс у нас есть, и он во многом обусловлен изменением глобального экономического ландшафта. Сегодня все чаще говорят о том, что мировой рынок распадается на макрорегионы. Глобальные цепочки поставок, которые десятилетиями считались устойчивыми, перестают быть таковыми. В этих условиях каждый регион вынужден искать ответ на вопрос: какие критически важные продукты он способен производить самостоятельно.
В этом контексте биотехнологии становятся одним из ключевых направлений, и здесь у нашей страны есть конкурентные преимущества. Я много работал с китайскими коллегами и не раз слышал от них мысль: Россия — идеальное место для промышленного биотехнологического синтеза.
Во-первых, климат. Любой биотехнологический синтез — это тепловыделяющий процесс. В жарком климате оборудование перегревается, эффективность падает, а иногда производство приходится останавливать. В Китае из-за этого биотехнологические заводы часто строят в северных регионах страны. В России ситуация обратная: значительную часть года у нас есть естественное охлаждение, и это технологическое преимущество, которое напрямую влияет на себестоимость и стабильность процессов.
Во-вторых, энергетика. Как я уже говорил, биосинтез — энергоемкая отрасль. Нужны острый пар для стерилизации, мощные компрессоры и системы аэрации, холодильные контуры, стабильное электроснабжение. В этом смысле у России исторически сформирована серьезная энергетическая база, тогда как в ряде стран, включая Китай, энергетические ограничения уже начинают сдерживать развитие биотехнологических производств.
Третий фактор — вода. Для промышленной ферментации требуется большое количество воды стабильного качества. Во многих регионах мира именно водный ресурс становится ограничивающим. В России доступ к воде пока нельзя назвать узким местом, и это еще одно преимущество.
И, наконец, сырье. Россия ежегодно производит миллионы тонн зерна, часть которого по тем или иным причинам считается не соответствующим стандартам и не всегда находит сбыт. Между тем это идеальное сырье для глубоких биотехнологических переделов — получения крахмала, декстринов, сахаров, культуральных сред для ферментации.
– Тогда почему при таком потенциале отрасль до сих пор не получила масштабного развития?
– Все упирается в организацию отрасли. Недостаточно иметь природные и технологические
предпосылки — необходимы системная государственная политика, корректное нормативное регулирование, понятные правила для инвесторов и подготовка кадров именно для промышленной биотехнологии.
Например, у нас в институте есть специалисты с огромным опытом работы в биопродукции, но для успешного развития отрасли и возможности конкурировать на внешних рынках необходима подготовка кадров в совершенно другом масштабе. Без этого потенциал остается нереализованным. Но при правильной организации у российской биоэкономики есть все шансы перейти из разряда перспективных направлений в полноценную отрасль экономики.