Приоритетные направления биотехнологии энергетика. Перспективные направления биотехнологии. Преимущества современной биотехнологии над селекцией

Рабочие материалы по приоритетному направлению «Биотехнологии»

2.1.3. Структурная биология

2.1.5. Биоразнообразие

2.2.6. Биогеотехнологии

2.3.2. Технологии пищевого белка

2.3.3. Разработка биотехнологических подходов к производству пробиотиков, пребиотиков синбиотиков, заквасок и пищевых ингредиентов

2.3.4. Функциональные и специализированные пищевые продукты

2.4 Тематическая область: «Природоохранные экологические биотехнологии (Экобиотехнологии), биоколлекции и биоресурсные центры»

2.4.1. Новые методы мониторинга с использованием биотестирования и биоиндикации

2.4.2. Новые методы очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов

2.4.3 Эффективные методы утилизации отходов и остаточных материалов

2.5.3. Комплексная глубокая переработка древесины

2.6. Тематическая область «Биотехнологии, используемые в сельском хозяйстве »

2.6.5. Ветеринария

2.7. Тематическая область «Аквабиокультура»

2.7.1. Исследования физико-химических и биологических свойств гидробионтов для их использования в пищевой промышленности , медицине, ветеринарии , энергетике

2.8.1. Генерация тепловой и электрической энергии из биомассы , энергетическая утилизация отходов

2.8.2. Биотоплива

2.9.1. Организация Центра (региональных Центров) масштабирования и внедрения микробных технологий (пилотные Биоперерабатывающие заводы, Biorefineries)

2.9.2. Организация сетевого, распределенного центра координации научно-технической деятельности

2.9.3. Создание единой системы мониторинга развития биотехнологий

2 Приоритетное направление «Биотехнологии»

Для инновационного развития современной экономики ключевыми являются три направления развития технологий: информационные технологии , нанотехнологии и биотехнологии. Если в области информационных и нанотехнологий в России наблюдается в последние годы несомненный прогресс, то сфера биотехнологий, при всей ее перспективности и огромных потенциальных размерах новых рынков, пока не получила достаточного импульса для развития.

Важность биотехнологий для развития российской экономики трудно переоценить. Модернизация технологической базы современного промышленного производства невозможна без массового внедрения биотехнологий и биотехнологических продуктов. Более того, для целого ряда отраслей (агро-пищевой сектор, лесной сектор, ряд подотраслей химической и нефтехимической промышленности , фармацевтической отрасли и биомедицинского сектора здравоохранения) модернизация и будет означать переход на биотехнологические методы и продукты.

Реализация крупных биотехнологических проектов, развитие биотехнологической промышленности в Российской Федерации невозможно без опережающего развития фундаментальных и поисковых исследований по всем направлениям современной биотехнологии, проведения скоординированного комплекса проблемно-ориентированных разработок, направленных на разработку методов и продуктов биотехнологий, осуществления опытно-технологических работ для создания соответствующих технологических заделов. Для реализации достижений биотехнологий на практике необходимо создание специальной инфраструктуры (пилотные, опытные и демонстрационные установки, центры прототипирования и пр.), которая позволит ускорить внедрение биотехнологий и биопродуктов в экономический оборот.

2.1 Тематическая область «Фундаментальные основы биотехнологий»

Основой развития современных биотехнологий являются достижения в области фундаментальных областей наук о жизни, в первую очередь физико-химической биологии, разработки новых методических подходов и исследовательских платформ. Только за последние несколько лет возникли такие научные направления как системная и синтетическая биологии, бурно развиваются высокопроизводительные методы исследования генома, транскриптома, протеома и пр. (так называемые «омики»).

2.1.1. Развитие постгеномных методов и исследовательских платформ

Разработка высокопроизводительных методов секвенирования геномов, анализа транскриптомов, протеомов и метаболомов; создание многопараметрических методов анализа (чиповые технологии); разработка аналитических устройств на основе микрофлюидики (lab-on-a chip); создание высокопроизводительных роботизированных систем скрининга.

2.1.2. Системная биология и биоинформатика

Анализ и структурирование информации, получаемой на всех уровнях организации живых организмов. Создание методических подходов, алгоритмов и программных средств для анализа и сопоставления биологической информации. Установление количественных взаимоотношений между биологическими процессами, протекающими в живых системах на всех уровнях их организации. Моделирование in silico процессов, происходящих в живых системах.

2.1.3. Структурная биология

Получение информации о структуре и функциях основных элементов живых систем - макромолекул и их комплексов, внутриклеточных наномашин, элементов цитоскелета, органелл, клеток, межклеточных взаимодействий и сетей, многоклеточных организмов, органов и тканей. Разработка методологии моделирования структуры биомолекул и живых систем in silico. Прижизненная визуализация биологических процессов в живых системах, системы молекулярного имиджинга.

Выяснение механизмов самоорганизации биологических систем, процессов фолдинга (белковых) структур, процессов каталитической трансформации, узнавания, транспорта, передачи сигналов и т. п.

2.1.4. Синтетическая биология, метаболическая и биоинженерия

Исследование молекулярных механизмов и генетического контроля базовых процессов клетки - репликации, транскрипции и трансляции. Регуляция активности генов. Малые РНК и их роль в регуляции экспрессии. Молекулярные механизмы, обеспечивающие стабильность и изменчивость геномов.

Разработка методологии метаболической инженерии, конструирование новых и модификация существующих метаболических путей клетки.

Биоинженерия, как инструмент создания de novo и/или изменения свойств биомакромолекул, компонентов клетки, органов и тканей. Создание искусственных живых организмов.

2.1.5. Биоразнообразие

Исследование природного биоразнообразия. Эволюция видов. Разработка методов изучения некультивируемых организмов. Сравнительная геномика и протеомика. Разработка методов молекулярной идентификации и таксономии.

2.2 Тематическая область «Промышленная биотехнология»

Данное направление определяет создание научной и технологической базы современной промышленной биотехнологии. Биологический синтез позволяет создавать огромное разнообразие новых продуктов с заданными свойствами. Речь идет как о традиционных областях (например, продукты питания для человека, корма для животных и так далее), так и принципиально новых областях (таких как производство биополимеров, продуктов тонкого и основного органического синтеза, биоразлагаемых пластиков). Сектор «Промышленной биотехнологии» является в настоящий момент мощным двигателем развития биоэкономики. Усовершенствование технологий производства биополимеров и продукции тонкой химии из возобновляемого сырья позволяет перейти к крупнотоннажному массовому производству с использованием различных видов биомассы (в первую очередь целлюлозосодержащего и крахмалосодержащего сырья)

2.2.1. Биосинтетические процессы получения биологически активных соединений

В рамках данного направления планируется создание высокоэффективных технологий получения незаменимых аминокислот, антибиотиков , биопестицидов, белковых и пептидных препаратов, антиоксидантов и других биологически активных соединений, а так же формирование опытно-промышленной и экспериментальной базы, необходимой для отработки технологий производства и применения полученных биопродуктов в различных областях экономики.

Поисковые исследования направлены на секвенирование и аннотацию геномов микроорганизмов, в первую очередь имеющих промышленное значение. Скрининг и исследование микроорганизмов с заданными свойствами. Исследование регуляции метаболических путей, включая измерение потоков углерода и активность ключевых ферментных систем. Изучение общих систем регуляции микробной клетки (молекулярная физиология) на основе исследования транскриптома, протеома и метаболома. Математическое моделирование метаболизма. Метаболические пути in silico. Развитие методологии метаболической инженерии, системной и синтетической биологии.

направлены на развитие генетики промышленных микроорганизмов-продуцентов аминокислот, витаминов , токсинов, антибиотиков и других биологически активных соединений, создание научно-методической базы, обеспечивающей направленное изменение метаболизма микроорганизмов с целью достижения сверхсинтеза клеточных метаболитов, обладающих высоким рыночным потенциалом (создание так называемых клеточных фабрик). Разработка методологии интеграции генетического материала в геномы микроорганизмов. Создание кассет, обеспечивающих регулируемую экспрессию генов на различных уровнях. Развитие научно-технологического задела по способам биосинтеза клеточных метаболитов, обладающих биологической активностью.

. Предусматриваются опытно-конструкторские и по созданию опытно-промышленных технологий получения биологически активных соединений, включая создание соответствующих штаммов-продуцентов нового поколения, развитие методов управляемого культивирования штаммов-продуцентов, выделения, очистки продуктов и получения товарных форм, востребованных на рынке.

Инфраструктурные решения. Создание центров прототипирования для масштабирования процессов биосинтеза и наработки опытных партий целевых продуктов. Создание демонстрационных и пилотных производств.

2.2.2. Ферменты и их использование в биокаталитических процессах

Создание конкурентоспособных производств ферментов, в том числе крупнотоннажных, является одной из приоритетных задач развития рынка промышленных биотехнологии в России. Использование современных эффективных ферментных препаратов способно обеспечить значительный прогресс в различных областях народного хозяйства и промышленности.

Поисковые исследования направлены на скрининг ферментов с заданными характеристиками в природных популяциях и коллекциях , а также в базах данных с использованием методов биоинформатики. Предполагается широкое использование высокопроизводительных методов скрининга с использованием робототехники.

Изучение механизмов биокатализа, выяснение физико-химических закономерностей, лежащих в основе ускорения химических реакций биокатализаторами. Разработка искусственных катализаторов, использующих принципы биокатализа (биомиметики). Выяснение пространственной структуры биокатализаторов методами структурной биологии (рентгеноструктурный анализ, ЯМР, и пр.) и компьютерного моделирования. Направленная эволюция ферментов и их рациональный дизайн методами направленного мутагенеза с целью улучшения их характеристик: повышения активности, изменения специфичности, повышения стабильности и пр. Создание рекомбинантных ферментов с улучшенными технологическими свойствами, в том числе осуществляющих несколько последовательных реакций. Изучение механизмов секреции ферментов из клеток микроорганизмов и оптимизация этих процессов.

Разработка новых методов выделения и очистки биокатализаторов, методов их иммобилизации и стабилизации, использования в нетрадиционных и неводных средах.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на создание: высокоактивных штаммов - продуцентов наиболее востребованных технических, кормовых и пищевых ферментов, таких как: целлюлазы, бета-глюканазы, ксиланазы, гемицеллюлазы, фитазы, пектиназы, амилазы, липазы, протеазы, нитрилгидратазы и других; биокатализаторов, используемых для создания сенсорных устройств, в процессах тонкого органического синтеза, для получения синтонов и т. п. (оксидоредуктазы, лигазы, синтазы и пр.). Поиск ферментов указанных классов, устойчивых к «экстремальным» условиям реальных биотехнологических процессов (высокая температура, кислотные или щелочные условия, присутствие солей, органических растворителей и т. п.). Использование высокопроизводительного скрининга для поиска мутантных вариантов ферментов с уникальными каталитическими свойствами, конструирование штаммов методами генетической инженерии, рационального дизайна и направленной эволюции ферментов. Развитие методов управляемого культивирования штаммов для достижения максимального урожая биомассы с высоким уровнем активности. Разработка научно-технологического задела по биокаталитическим процессам получения соединений, востребованных в различных отраслях промышленности.

Опытно-технологические работы . Предусматриваются опытно-конструкторские и опытно-технологические работы по разработке технологии культивирования штаммов-продуцентов и созданию готовых форм ферментных препаратов, удобных для последующего применения в различных областях. Разработка биокаталитических технологий для различных областей промышленности.

Инфраструктурные решения. Создание соответствующих объектов технологической инфраструктуры для обеспечения разработки промышленных технологий получения ферментных препаратов и биокатализаторов, в том числе организация пилотных производств. Создание высокопроизводительного скринингового центра по разработке новых биокатализаторов методами направленной эволюции.

2.2.3.Биотехнологические процессы получения биоматериалов и продуктов тонкого и основного органического синтеза из возобновляемого сырья

Направление ориентировано на создание научных и технологических основ, способных в дальнейшем обеспечить разработку и коммерциализацию большой группы продуктов, получаемых методами биосинтеза и/или биокатализа (органические кислоты, спирты, углеводороды и др.). Мероприятие направлено на частичную замену экологически вредных и экономически неэффективных химических производств, а также получение новых продуктов и материалов с уникальными свойствами.

Поисковые исследования направлены на изучение механизмов сверхсинтеза биопродуктов. Разработка подходов к новым процессам биосинтеза при экстремальных условиях (при экстремально высоких или низких рН, температурах и др.) для получения промышленно значимых биопродуктов. Изучение возможности создания в клетках микроорганизмов биосинтетических путей, не встречающихся в природе (de novo) методами синтетической биологии.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на создание высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, синтезирующих полимеры или мономеры для дальнейшего получения полимеров, пригодных для изготовления различных изделий, отличительным свойством которых является способность разложения в условиях окружающей среды без образования вредных продуктов. Конструирование штаммов с измененными или созданными de novo метаболическими путями, обеспечивающими синтез биопродуктов. Разработка научно-технологического задела по биопроцессам получения биоматериалов и продуктов тонкого и основного органического синтеза из возобновляемого сырья.

Разработка технологий получения биоматериалов и продуктов тонкого и основного органического синтеза из возобновляемого сырья, а также их выделения и очистки. Разработка технологий получения биосинтетических мономеров и методов их полимеризации с получением материалов, пригодных для изготовления изделий.

Инфраструктурные решения. Создание центров прототипирования для обеспечения разработки промышленных технологий, наработки опытных партий биопродуктов и биоматериалов, а также создание демонстрационных и пилотных производств.

2.2.4. Ресурсная база промышленной биотехнологии

Данное мероприятие направлено на расширение сырьевой базы промышленной биотехнологии и вовлечение в производство новых типов возобновляемых ресурсов .

Поисковые исследования направлены на диверсификацию источников возобновляемой биомассы, которая может быть использована в биотехнологических производствах и процессах, улучшения качества возобновляемого (растительного) сырья. К перспективным источникам биомассы следует отнести многолетние быстрорастущие растения, одноклеточные фотосинтезирующие водоросли , растения с измененной структурой клеточной стенки, сельскохозяйственные и муниципальные отходы и т. п. Перспективным сырьем для промышленной биотехнологии является синтез-газ, в который путем пиролиза может быть конвертирована любая биомасса.

Поиск и создание методами селекции и генетической инженерии новых разновидностей и сортов (биотехнологических/биоэнергетических) растений, водорослей, используемых в качестве сырья для биотехнологических процессов. Разработка методов микробиологической трансформации синтез-газа.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на разработку методов культивирования, сбора, предобработки и биотрансформации возобновляемой биомассы (быстрорастущие растения, водоросли и т. п.). Новые методы увеличения биодоступности лигноцеллюлозного сырья (предобработка), утилизация и трансформация лигнина. Использование сельскохозяйственных и бытовых (муниципальных) отходов в качестве сырья для получения биотехнологических продуктов с высокой добавленной стоимостью . Создание штаммов для синтез-газ ферментации и разработка на их основе процессов получения биопродуктов.

Опытно-технологические работы предусматривают выполнение пилотных проектов по переработке возобновляемого сырья, включающих все стадии от культивирования, сбора и транспортировки сырья до его переработки в конечные продукты .

Инфраструктурные решения. Создание демонстрационных и пилотных установок по переработке возобновляемого сырья и отходов.

2.2.5. Новые технологии получения, выделения и очистки биопродуктов

Направление обеспечивает разработку новых эффективных, экономичных, экспрессных и не наносящих урон окружающей среде методов выделения и очистки биопродуктов и биоматериалов

Поисковые исследования направлены на моделирование процессов разделения в сложных многокомпонентных биотехнологических средах, разработку новых материалов, например, мембранных, хроматографических и др., используемых в процессах сепарации и очистки, создание непрерывных методов разделения, выделения и очистки биопродуктов.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на масштабирование процессов разделения, выделения и очистки, разработки технологий, процессов и аппаратов пригодных для использования в биотехнологическом производстве.

2.2.6. Биогеотехнологии

Мероприятие направлено на разработку новых биотехнологических методов для интенсификации процессов в горно - и нефтегазодобывающей промышленности, повышения экологичности технологических процессов.

Поисковые исследования направлены на исследование метаболизма штаммов микроорганизмов, структуры и динамики микробных сообществ и консорциумов , используемых в технологических процессах в области биогеотехнологии; моделирование физико-химических и биологических процессов, происходящих в микробных сообществах и окружающей среде применительно к целям и задачам биогеотехнологии; поиск новых перспективных микроорганизмов для целей биогеотехнологии.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на интенсификацию процессов извлечения металлов из руд, рудных концентратов и горных пород биотехнологическими методами; удаление нежелательных примесей из добываемых полезных ископаемых микробиологическими методами; увеличение нефтеотдачи пластов; борьбу с загазованностью метаном угольных шахт; разработку биотехнологических методов борьбы с коррозией трубопроводов различного назначения; ремедиации загрязненных территорий.

2.3 Тематическая область «Пищевая биотехнология»

Устойчивое развитие российских производств продовольствия и сырья, обеспечение продовольственной независимости страны, а также достижение и поддержание физической и экономической доступности для каждого гражданина безопасных пищевых продуктов являются актуальной и социально востребованной задачей.

Решение ключевых задач в сфере обеспечения продовольственной безопасности Российской Федерации предполагает развитие фундаментальных и прикладных научных исследований по медико-биологической оценке безопасности новых и традиционных источников пищи и ингредиентов, внедрение инновационных биотехнологий, эффективную переработку пищевого сырья, развитие производства пищевых продуктов, в том числе обогащенных незаменимыми эссенциальными нутриентами, функциональных пищевых продуктов, продуктов детского питания , диетических, лечебных, профилактических, а также биологически активных добавок к пище.

2.3.1. Обеспечение безопасности пищевых продуктов

Мероприятие направлено на разработку биотехнологических подходов к медико-биологической оценке безопасности новых и нетрадиционных источников пищи, пищевых добавок и ингредиентов, таких как продукты на основе (генно-модифицированных (микро)организмов (ГМО и ГММ), белки высокой биологической ценности из отечественного возобновляемого сырья, ферментные препараты микробного происхождения и микроорганизмы для пищевой промышленности, пищевые ингредиенты, а также на разработку новых высокочувствительных методов качественного и количественного определения ксенобиотиков в пищевых продуктах.

Поисковые исследования направлены на:

изучение влияния новых и нетрадиционных источников пищи на здоровье человека и механизмов взаимодействия нутриома (макро-, микронутриентов и минорных биологических активных компонентов пищи) с геномом;

идентификацию рисков новых и нетрадиционных пищевых продуктов, основанную на использовании методов высокопроизводительного скрининга метаболических процессов (омик-технологии).

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования по вопросам пищевой безопасности в рамках программы будут направлены на:

разработку методов для мультипараметрического контроля содержания в пищевых продуктах и сырье химических загрязняющих веществ (грибных и бактериальных токсинов, пестицидов и ветеринарных препаратов);

разработку методов экспрессного выявления бактериального заражения пищевых продуктов и сырья;

разработку комплекса методов для подтверждения аутентичности пищевых продуктов, в том числе видовой идентификации используемого сырья;

характеристику кумулятивного действия подпороговых концентраций загрязняющих веществ с учетом особенностей пищевых продуктов;

разработку методических подходов к интегральной оценке безопасности продукции, содержащей несколько видов загрязняющих веществ;

создание средств контроля сохранности пищевых продуктов, включая «умную упаковку», индивидуальные детекторы, сенсоры и т. п.;

Опытно-технологические работы . Разработка экологических способов вторичной переработки отходов – силосование, компостирование, в том числе, биокомпостирование и вермикомпостирование, позволяющие полностью минерализовать органические загрязнения с образованием биоудобрений, кормового белка и биопрепаратов, безопасных для человека и животных, и не загрязняющих окружающую среду.

Инфраструктурные решения . Организация испытательных полигонов для отработки технологий и их отдельных стадий, организация пилотных производств.

2.4.4 Новые методы защиты от биоповреждений и биокоррозии

Мероприятием предусмотрено создание экотехнологий для защиты от биоповреждений. Биоповреждения, связанные с авариями технических устройств, повреждениями коммуникаций, энергосетей, транспортных средств, инженерных (в том числе гидротехнических) сооружений, повреждений продукции сельского хозяйства, продуктов питания и памятников культуры, обусловлены жизнедеятельностью живых организмов, таких как микроорганизмы, насекомые, грызуны, птицы, гидробионты. Характер и степень биоповреждений зависят от морфофизиологических и биохимических свойств повреждающих организмов и факторов окружающей среды, что определяет способы защиты, основанные на разработке экологических биотехнологий, связанных с глубоким изучением биологии повреждающих агентов.

Поисковые исследования направлены на разработку экологически безопасных биоцидов для создания экобиотехнологических методов защиты от биоповреждений и биокоррозии, разработку экологически безопасных способов контроля численности грызунов на базе современных исследований физиологии, репродукции и механизмов хемокоммуникации для создания биотехнологических биологически активных веществ (специфических аминокислот и др.) для дератизации, изучении влияния биологических факторов на материалы и технические изделия, разработку основ ускоренных лабораторных и натурных испытаний материалов, изделий и средств защиты от биокоррозии и биоповреждений, исследований состава и динамики сообществ организмов-обрастателей, изучении механизмов биоповреждений материалов, изделий и сооружений отдельными видами макро – и микроорганизмами. Создание каталогов фауны обрастания твердых субстратов.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на разработку биотехнологических способов защиты от повреждающих микроорганизмов, водорослей, грибов, беспозвоночных животных и других живых организмов-деструкторов технических поверхностей.

Опытно-технологические работы предусматривают организацию и проведение сертификационных испытаний на биологическую стойкость материалов и поверхностей, создание опытных производств экологически безопасных биоцидов.

Инфраструктурные решения . Создание центров по проведению сертификационных испытаний на биологическую стойкость сооружений и материалов.

2.4.5. Биоколлекции, биоресурсные центры

Ценные генетические ресурсы являются национальным достоянием, необходимым для развития отечественной биотехнологии.

Генетические ресурсы представляющие интерес для биотехнологии включают микробные генетические ресурсы, а также генетические ресурсы растений и животных. В наибольших объемах в биотехнологии используются микробные генетические ресурсы.

Централизация, обеспечение сохранности и доступности ценных генетических ресурсов обеспечивается коллекциями генетических ресурсов. Существующие коллекции подразделяются на сервисные – коллекционные фонды предназначены для активного использования широким кругом организаций и исследовательские – поддерживаемые, в основном, для обеспечения исследований базовых организаций.

В Российской Федерации зарегистрировано около 100 коллекций культур микроорганизмов, принадлежащих различным ведомствам и учреждениям. Суммарный состав коллекционных фондов Российской Федерации охватывает практически все известные группы микроорганизмов. Крупнейшими являются следующие коллекции: Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ, хранится в ИБФМ РАН, Пущино) и Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов (ВКПМ, хранится в ГосНИИгенетики, г. Москва), Широко известны коллекции ВНИИСХМ, ВИЗР, а также коллекция базидиальных грибов Ботанического института РАН.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте животноводства РАСХН (ВИЖ) сформирована и поддерживается коллекция семени редких, уникальных и исчезающих видов животных, во Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте птицеводства (ВНИТИП) создана самая крупная в мире биоколлекция птицы, Во Всероссийском научно-исследовательском институте коневодства (ВНИИК) более 30 лет сохраняется биоматериал выдающихся жеребцов-производителей различных пород лошадей. Локальные биоколлекции поддерживаются и в ряде других институтов РАСХН.

Беспрецедентна по своему научному и практическому значению Вавиловская коллекция генетических ресурсов растений ВНИИР РАСХН, имеющая мировое значение и расположенная в Санкт-Петербурге и Краснодаре. Указанные коллекции могут рассматриваться в качестве возможной основы для организации в России биологических ресурсных центров (БРЦ).

В России имеется 23 ботанических сада, относящихся к Российской академии наук и другим ведомствам, располагающих огромным числом видов растений, многие из которых могут быть использованы в качестве биоресурсных.

Для обеспечения централизации, стандартизации и доступности генетических ресурсов биотехнологического назначения необходимо создание специальной инфраструктуры, которая включает в себя крупные национальные и специализированные центры биоресурсов (или генетических ресурсов) с закрепленными инфраструктурными функциями, а также исследовательские коллекции, деятельность которых направлена на изучение природных генетических ресурсов. Поддержка и реализация программы будет осуществляться по следующим направлениям:

1. Проведение инвентаризации действующих сервисных биологических коллекций, включая микроорганизмы, грибы, растения, животных;

2. Определение перечня коллекций, уполномоченных осуществлять депонирование для государственных нужд, в частности, депонирование для целей национальной патентной процедуры, а также утверждение Правил по национальному патентному депонированию генетических ресурсов;

3. Поддержка деятельности сервисных коллекций по интеграции в Европейскую и Глобальную (мировую) информационные сети БРЦ (GBRCN), в соответствии с рекомендациями ОЭСР;

4. Разработка комплекса мер по реорганизации крупнейших биологических коллекций Российской Федерации в национальные биоресурсные центры и специализированные центры биоресурсов закрепленными государственно-значимыми функциями, выполнение которых контролируется и обеспечивается государством. Разработка и реализация мер государственной поддержки деятельности биологических коллекций, направленную на изучение природных генетических ресурсов, расширение и обеспечение доступности ценных коллекционных фондов генетических ресурсов. Развитие национальной нормативной базы в области оборота генетических ресурсов и гармонизация ее с международным право вовым регулированием в этой области

2.5. Тематическая область «Лесная биотехнология»

Биотехнологии в мировом лесном секторе используются в практике защиты лесов, создания новых форм древесных растений с заданными признаками, производстве посадочного материала, оценке качества семенного материала, мониторинге фитосанитарного состояния, питомников и лесных насаждений, а также в глубокой переработке древесины и утилизации отходов.

Реализация комплекса мероприятий по направлению «Лесная биотехнология» приведет к созданию в стране современной системы управления лесонасаждениями (с привлечением методов ДНК маркирования), созданию новых биотехнологических форм деревьев с заданными признаками, развитию плантационного лесовыращивания, созданию условий для малоотходной переработки древесины, утилизации отходов лесопиления, а также к созданию спроса на современные экологически безопасные средства защиты леса.

Российская Федерация, имея самые большие запасы древесины, занимает лишь 8 место в мире по объемам производства целлюлозы и 14 место по объемам выработки бумаги и картона, и не развивает производство инновационных биопродуктов на основе биорефайнинга.

2.5.1. Сохранение и воспроизводство лесных ресурсов

Поисковые исследования направлены на создание научно-методической базы современных биологических технологий для лесного сектора, а именно:

исследование процессов органогенеза и эмбриогенеза в условиях in vitro древесных растений, разработка новых способов культивирования in vitro растительного материала;

генетический анализ, картирование и секвенирование геномов древесных растений, в том числе на основе создания инбредных (гомозиготных) коллекций с помощью гаплоидных технологий;

разработка методов молекулярной селекции древесных растений;

разработка научных основ биотехнологий для управления лесонасаждениями;

изучение физиологических и генетических аспектов покоя древесных растений в условиях in vitro ;

гаплоиды, гомозиготные диплоиды и полиплоидизация, как метод для создания новых генотипов и сортов лесных пород.

создание банков in vitro редких и исчезающих видов лесных растений;

клональное микроразмножение редких и исчезающих видов лесных древесных и недревесных растений для создания резерватов генетически ценных форм деревьев с целью повышения качества посадочного материала;

мониторинг состояния и оценка генетического разнообразия лесных ресурсов с на основе анализа ДНК;

молекулярное (ДНК) маркирование, направленное на решение таких прикладных задач лесного сектора как совершенствование принципов и подходов лесосеменного районирования, генетическая паспортизация и сертификация семян, мониторинг фитосанитарного состояния питомников и лесонасаждений и контроль законности происхождения древесины;

селекция с применением методов ДНК-маркирования для выведения новых гибридных и сортовых форм основных лесообразующих пород;

создание биотехнологических форм деревьев с заданными признаками, например, с пониженным содержанием лигнинов, устойчивостью к гербицидам.

Опытно-технологические работы. Создание полигонов проведения долгосрочных полевых испытаний биотехнологических и селекционных форм лесных пород с заданными признаками.

Инфраструктурные решения. Создание научно-производственных центров лесных биотехнологий.

2.5.2. Биологические средства защиты леса

Поисковые исследования

микробиологические средства защиты леса от вредителей и патогенов;

энтомофаги, как средство борьбы с вредителями древесных растений;

клональное микроразмножение растений, включая гаметический и соматический эмбриогенез, для селекции, создания и производства устойчивых к вредителям и патогенам форм высококачественного посадочного материала;

использование метода генной инженерии для создания устойчивых форм лесных пород и средств защиты от вредителей и фитопатогенов.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на создание технологий экологически безопасных биотехнологических средств защиты леса:

разработка технологий мониторинга фитосанитарного состояния лесонасаждений;

разработка технологий крупнотоннажного производства биологических препаратов для защиты леса.

Инфраструктурные решения. Создание полигонов полевых испытаний новейших средств биологической защиты лесонасаждений.

2.5.3. Комплексная глубокая переработка древесины

Поисковые исследования: р азработка новых биокатализаторов для био-трансформации древесины и ее отдельных компонентов, в частности, лигнина.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования:

создание нового поколения волокнистых полуфабрикатов и целлюлозных композиционных материалов. Выделение лигнина и гемицеллюлоз с последующим синтезом продуктов с высокой добавленной стоимостью;

разработка экологически безопасной технологии получения наноразмерной целлюлозы и изготовление на её основе конструкционных композитных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами.

Опытно-технологические работы включают в себя разработку и внедрение технологий, направленных на комплексную переработку древесной биомассы, с применением новых технологических процессов получения продуктов глубокой переработки (биотопливо, биохимикаты).

Инфраструктурные решения. Создание центра прототипирования биотехнологий целлюлозно-бумажного производства.

2.6. Тематическая область «Биотехнологии, используемые в сельском хозяйстве»

2.6.1. Биотехнологические методы получения новых сортов, культивирование и генотипирование сельскохозяйственных растений

Современное сельскохозяйственное производство в развитых аграрно-индустриальных странах основано на сортах нового поколения, созданных с применением новейших достижений молекулярной и клеточной биологии и генетики (использование гомозиготных и рекомбинантных линий, генетических маркёров в селекции, генетическая и клеточная инженерия). Первоочередной задачей является создание высокопродуктивных биотехнологических форм растений на основе сортов отечественной селекции адаптированных к почвам и климатическим условиям России. Для контроля качества сельскохозяйственных растений необходимо развивать их генотипирование и развитие на этой базе диагностики патогенов и генно-модифицированных элементов (ГМЭ). Развитие экологически устойчивого растениеводства требует разработки методологии управления микробиомами, сообществами почвенных симбиотических эпифитных и фитопатогенных микроорганизмов.

Поисковые исследования направлены на идентификацию и исследования генов и молекулярно-генетических механизмов обуславливающих хозяйственно-ценные признаки растений: устойчивость к стрессовым факторам, включая фитопатогенов, и повышение качества урожая, а также поиск маркеров различных патогенов и ГМЭ.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на расшифровку геномов важнейших сельскохозяйственных растений, разработку новых методов получения высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений, недоступных традиционным методам селекции посредством использования новейших технологий получения исходного гомозиготного и рекомбинантного материала, генетических маркёров в селекции, генетической инженерии растений, разработки методов трансформации и создания эффективных методов доставки, а также конструкций обеспечивающих экспрессию гетерологичного генетического материала. Эти исследования также включают разработку методов гаплоидии и получения в короткие сроки гомозиготных исходных линий, поиск и характеристику индивидуальных маркеров устойчивости растений к патогенам и разработку соответствующих тест-систем. Разрабатываемые диагностикумы необходимы для детекции карантинных патогенов на всех этапах производства сельскохозяйственных растений от пробирочных до полевых. Разрабатываемые методы количественного определения генно-модицированных организмов (ГМО) важны для их детекции в растениях и продуктах их переработки, что требуется для контроля качества ввозимой продукции сельского хозяйства.

Опытно-технологические работы должны обеспечивать производство качественного посадочного и семенного материала основанного на технологиях гаплоидии, позволяющих получить в короткие сроки гомозиготные (инбредные) линии, клонального микроразмножения, линейной селекции и контроля зараженности и сортоидентичности на всех этапах семеноводства и получения посадочного материала современными методами биотехнологии. Усиление контроля качества растений и растительных продуктов предусматривает создание наборов и отечественных реактивов для ПЦР-анализа, а также разработку специальных флуоресцентно-меченных маркеров (последовательности ДНК, олигонуклеотиды) для изучения структурной организации и характеристики геномов и детекции ГМО.

Инфраструктурные решения:

создание новых современных лабораторий для анализа растительных геномов, идентификаций и клонирования генов, обуславливающих хозяйственно ценные признаки;

создание сертифицированных центров для детекции ГМО и их элементов в сельскохозяйственных продуктах;

создание специализированных биотехнологических комплексов для изучения растительных клеток, тканей в условиях in vitro и испытаний первичного селекционного материала в условиях искусственного климата и инфекционного фона;

создание лабораторий и опытных баз для производства и полевых испытаний трансгенных растений;

организация полигонов для полевых испытаний биотехнологических культур перед их коммерциализацией;

создание лабораторий по генотипированию растений.

2.6.2. Биотехнологические методы защиты растений

Использование химико-техногенных методов и приемов в защите растений привело к химическому загрязнению и дестабилизации фитосанитарной ситуации в агробиоценозах. Отсутствие биотехнологических методов и технологий по защите растений не позволяет использовать биоценотический ресурс и сдерживать массовое развитие и распространение известных и новых опасных фитопатогенов, вредителей и сорных растений.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на создание высокоактивных штаммов – продуцентов микробиологических препаратов на основе микроспоридий, вирусов, бактерий и грибов. Перспективно развитие принципиально новых полифункциональных биологических препаратов на основе ассоциаций полезных микроорганизмов и рекомбинантных микроорганизмов - продуцентов препаратов для защиты растений. Создание высокоактивных штаммов фитопатогенных грибов и бактерий для подавления сорных растений. Поиск новых токсинов полипептидной природы с селективным действием на насекомых вредителей сельскохозяйственных культур. Клонирование генов селективных инсектотоксинов и получение их продуцентов на основе бактерий (Bacillus thuringiensis и Bacillus subtilis).

Опытно-технологические работы предусматривают разработку технологий получения и применения экологически безопасных биологических средств защиты растений от вредителей, возбудителей болезней и сорных растений для промышленного производства сельскохозяйственной продукции, а так же для применения в курортных, особоохраняемых и водоохранных зонах. Создание пилотных опытно-промышленных установок по производству биотехнологических фитосанитарных препаратов.

Инфраструктурные решения. Создание демонстрационных, учебных центров по продвижению и внедрению биотехнологических средств защиты растений, приемов, технологий и способов их применения в АПК России, в том числе для развития органического земледелия.

2.6.3. Биотехнология почвенно-растительных систем.

В рамках данного направления планируется создание биотехнологий восстановления и повышения плодородия почв, а также экологически устойчивого растениеводства, основанного на управлении метагеномами (полная наследственная информация) и микробиомами (постоянный состав резидентных микробных генотипов) сообществ полезных почвенных и симбиотических микроорганизмов. Итогом работы будет принципиальное расширение адаптивного потенциала возделываемых растений за счет интеграции генетических систем почвенных микроорганизмов и конструирования новых надорганизменных систем сельскохозяйственного и биотехнологического назначения.

Поисковые исследования направлены на раскрытие генетической структуры микробных сообществ основных типов почв с целью выявления ключевых групп генов и геномов, определяющих базовые процессы почвообразования (круговорот макроэлементов, метаболизм гумусовых веществ, стабильность биологических свойств при действии глобальных изменений климата) и развития растений (азотное и фосфорное питание, защита от патогенов, способность поддерживать гомеостаз в условиях природных и антропогенных стрессов). Будет определена структура симбиогенома растений, определяющего интеграцию полезной микрофлоры для формирования экологически эффективных и самодостаточных микробно-растительных систем. Организация метагеномов и микробиомов микроорганизмов и растений, определяющих формирование высокопродуктивных симбиотических комплексов, будет использована для создания систем экологического устойчивого растениеводства, в которых получение высококачественной продукции обеспечено с оптимальными финансовыми и энергетическими затратами, при экологически оправданном уровне использования минеральных удобрений и средств защиты.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на генетическое конструирование и биоинженерию многокомпонентных и полифункциональных микробиомов растений, обеспечивающих мобилизацию трофических ресурсов почвы (оптимальное азотное и фосфорное питание основных сельскохозяйственных культур), их защиты от вредителей и устойчивое развитие в условиях глобальных изменений климата (изменение температурного и водного баланса, засоление) и загрязнения биосферы. Будут разработаны методы молекулярного мониторинга почв сельскохозяйственного назначения, позволяющие прогнозировать динамику основных параметров их биологического потенциала. Конструирование метагеномов почвенных микробных сообществ обеспечит эффективную гумификацию растительных остатков, накопление подвижных источников питания, улучшение фитосанитарного состояния почв, их фиторемедиацию в условиях загрязнения тяжелыми металлами, радионуклидами и отходами сельскохозяйственного производства. Овладение ферментными системами некультивируемых микроорганизмов почвы откроет перспективы для организации принципиально новых биосинтетических процессов и микробиологических производств. Будет создана методология широкомасштабной интродукции полезных микроорганизмов в почвы, а также на поверхность и в ткани растений, возделываемых в различных почвенно-климатических зонах России. Будут разработаны новые способы управления развитием и адаптивными функциями сельскохозяйственных культур в экологически устойчивых агроценозах с использованием сигнальных молекул, синтезируемых микроорганизмами в промышленных условиях.

Опытно-технологические работы: На основе новых биологически активных молекул, в том числе сигнальных, как некультивированных, так и известных микроорганизмов, будут предложены новые формы ферментов (энзимов), полезных для микробно-растительных систем, обеспечивающих адаптивный потенциал основных сельскохозяйственных культур.

Предусматриваются опытно-технологические работы по разработке технологии культивирования штаммов-продуцентов и созданию новых форм биопрепаратов для земледелия (ростстимулирующего и фитозащитного действия,) с целью повышения конкурентоспособности товарной продукции, устойчивости использования природных ресурсов и расширения площади посевов сельскохозяйственных культур на основе органического земледелия; микробных препаратов и технологий их применения для переработки и/или утилизации отходов сельскохозяйственного производства.

Инфраструктурные решения: Организация опытно-экспериментального предприятия для обеспечения разработки промышленных технологий получения биопрепаратов

2.6.4. Биотехнологические методы в селекции животных и птицы

В рамках данного мероприятия планируется создание новых методов и технологий, направленных на увеличение генетического потенциала продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы, повышение качества и расширение спектра производимой продукции животноводства и птицеводства, создание новых форм продукции в соответствии с потребностями человека и тенденциями современного рынка.

Поисковые исследования направлены на анализ геномов, идентификацию генов-кандидатов локусов полезных количественных признаков, исследования молекулярных механизмов формирования продуктивности животных и птицы. Планируется разработка методологий молекулярной селекции и технологий выделения и поддержания биологического материала как формы сохранения уникальных генотипов и генетических ресурсов.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на идентификацию и исследование селекционно-значимых полиморфизмов, ассоциированных с количественными и качественными показателями продуктивности, разработку методов геномной паспортизации и диагностических тест-систем, позволяющих определять на геномном уровне племенную ценность животных, разработку методов и технологий, обеспечивающих направленное изменение состава и свойств производимой продукции с улучшенными функциональными свойствами и высоким рыночным потенциалом, разработку способов тиражирования выдающихся генотипов с помощью клонирования, разработку методологии направленного изменения генома индивидуумов с целью создания новых селекционных форм и расширения спектра производимой продукции. Перспективны также технологии создания животных и птиц - продуцентов рекомбинантных белков.

Опытно-технологические и опытно-конструкторские работы направлены на создание новых пород животных и птицы с помощью молекулярных технологий, систем управления генетическим потенциалом продуктивности и качества продукции животноводства и птицеводства, внедрение в программы селекционно-племенной работы технологий клонирования и геномной селекции, систем генетической паспортизации пород сельскохозяйственных животных.

Инфраструктурные решения. Создание центра геномного анализа животных и птицы для методического и инструментального обеспечения развития биотехнологий в селекции сельскохозяйственных животных и птицы.

2.6.5. Ветеринария

Данное мероприятие направлено на развитие в стране конкурентоспособной научной и технологической базы ветеринарной биотехнологии. Его реализация позволит обеспечить устойчивое ветеринарное благополучие животноводства страны, снизить заболеваемость и падеж животных, увеличить продуктивность, обеспечить биобезопасность и защиту людей от зоонозов, а также получить животноводческую продукцию высокого санитарного качества. В рамках данного мероприятия будут разработаны новые высококачественные лекарства для животных, ветеринарные диагностикумы и вакцины .

Поисковые исследования направлены на анализ геномов возбудителей особо опасных болезней продуктивных животных, выявление с помощью методов биоинформатики и секвенирования нуклеотидных последовательностей, ответственных за видовую и сероиммунотиповую принадлежность изолятов патогенных вирусов и бактерий. Исследование эволюции и путей распространения инфекционных агентов по результатам филогенетического анализа их изолятов. Анализ влияния биохимических и иммунных систем кровососущих насекомых на генетическую и антигенную изменчивость вирусов и бактерий. Разработка принципов конструирования рекомбинантных вакцин нового поколения на основе достижений молекулярной биологии и биотехнологии, методологии их применения. Предполагается конструирование ДНК-вакцин, содержащих фрагменты ДНК сразу нескольких штаммов различных возбудителей, разработка способов их применения. На основании исследования молекулярных механизмов патогенности вирусов и бактерий, их иммунорегуляторного репертуара планируется создание принципиально новых профилактических и лечебных препаратов.

Поиск, выделение, скрининг и молекулярно-генетическая паспортизация штаммов микроорганизмов. Создание и развитие национальных коллекций культур микроорганизмов, животных и растительных клеток, а также общих (для ЕврАзЭС) баз данных по этим коллекциям. Гармонизация правил депонирования, предоставления доступа и пересылки штаммов, культур клеток в соответствии с международными соглашениями и стандартами.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на создание тест-систем и биочипов, обеспечивающих высокопроизводительный приборный учет исследуемых проб органов и тканей животных на наличие наиболее опасных для животноводства и птицеводства России возбудителей африканской чумы свиней, блютанга, классической чумы свиней, лихорадки долины Рифт, болезни Найроби, лихорадки Западного Нила, болезнь Ньюкасла, гриппа птиц, сибирской язвы, туберкулеза, бруцеллеза, бешенства , болезни Ауески, лейкоза КРС, лептоспироза, гриппа лошадей, ящура, оспы овец и коз. Разработка рекомбинантных вакцин против возбудителей инфекционных заболеваний животных и технологий их получения. Использование моно-и бисcпецифических моноклональных антител в серодиагностике. Создание систем селективной очистки и концентрирования возбудителей инфекционных болезней в объектах ветеринарного надзора.

Для получения нового поколения лечебных биологически активных веществ предусматривается синтез полноразмерных копий генов протективных белков возбудителей особо опасных болезней, их клонирование в про - и эукариотических системах, очистка рекомбинантных белков и получение их препаративных количеств. Разработка новых технологий получения рекомбинантных белков, в том числе вакцин, в растениях – «биофабриках». Предполагается исследование новых адъювантов и иммуностимуляторов. Совершенствование методов оценки применения противобактериальных и противовирусных химиотерапевтических препаратов.

Опытно-технологические работы . Создание технологий изготовления тест-систем и биочипов, вакцин и лекарственных препаратов нового поколения и способов их применения. Совершенствование вакцин перорального применения для массовой вакцинации домашних и диких животных и птиц.

Инфраструктурные решения. Создание федеральных коллекций культур клеток и возбудителей особо опасных и экзотических болезней животных для организации мониторинга, быстрого развертывания актуальных исследований. Создание центров опытно-промышленного биотехнологического производства ветеринарных препаратов и диагностикумов нового поколения и повышения квалификации специалистов диагностических служб.

2.6.6. Биотехнологические методы получения кормов

Разработка и реализация агробиотехнологий в кормопроизводстве позволит обеспечить кормами заданного качества поголовье скота и птицы, усилить устойчивость агроэкосистем к непредсказуемым изменениям климата, сохранить и улучшить плодородие почв, и в результате повысить устойчивость и рентабельность сельского хозяйства в целом.

Поисковые исследования направлены на изучение биоценотических взаимодействий в селекционном процессе кормовых культур, управление продукционным процессом, а также понимании течения фотосинтеза и фотодыхания в скошенной массе различных растений.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на разработку новых биотехнологических подходов к селекции, основанных на методах отдаленной гибридизации экспериментальной полиплоидии, индуцированного мутагенеза, ДНК-технологии, генно-инженерных приемов и ПЦР-анализа. Будут научно обоснованы и разработаны технологические требования и параметры возделывания в зональных системах земледелия сортов традиционных, интродуцированных и гибридных культур, созданных биотехнологическими методами, обеспечивающие реализацию их биологического и адаптивного потенциала, управление качеством растительного сырья.

Разработаны приемы консервирования зеленой массы, обеспечивающие максимальную сохранность и повышение использования животными питательных веществ полученного корма за счет использования новых химических и биологических препаратов.

Опытно-технологические работы. С использованием биотехнологических методов будут созданы эдафически, экологически, фитоценологически дифференцированные , взаимодополняющие друг друга по важнейшим эколого-биологическим характеристикам и хозяйственно-ценным признакам сорта клевера лугового, ползучего и гибридного, люцерны изменчивой и посевной, однолетних бобовых культур, многолетних злаковых трав, аридных кормовых растений.

Инфраструктурные решения направлены на создание центра научного обеспечения кормопроизводства России, с соответствующим кадровым и материально-техническим потенциалом.

2.6.7. Биотехнологические методы утилизации сельско-хозяйственного сырья

Биотехнология микробиологической переработки сельскохозяйственных отходов (растительных и животноводческих) в продукты, имеющие народнохозяйственное значение и высокий потребительский спрос: биоудобрения, биосубстраты для оранжерейных комплексов, препараты для активизации компостирования и восстановления загрязненных и нарушенных почв.

В рамках данной тематической области предполагается развитие следующих ключевых направлений исследования.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования. Создание и внедрение ферментационных аэробных систем, работающих в непрерывном режиме, обеспечивающих максимальную активность микробного сообщества при разложении животноводческих и растительных сельскохозяйственных отходов.

2.7. ТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ «АКВАБИОКУЛЬТУРА»

Работы по направлению «Аквабиокультура» призваны обеспечить создание эффективных продуктов из гидробионтов Мирового океана и внутренних водоемов (рыб, моллюсков, ракообразных, иглокожих, водорослей, планктона) и коммерциализацию научных и технологических разработок путем создания промышленных технологий и биотехнологических производств, направленных на комплексную переработку гидробионтов и производства на их основе востребованной продукции пищевого, кормового, ветеринарного и медицинского назначения с целью удовлетворения существующих потребностей населения и народного хозяйства.

2.7.1. Исследования физико-химических и биологических свойств гидробионтов для их использования в пищевой промышленности, медицине, ветеринарии, энергетике

проведение геномного анализа гидробионтов и морских микроорганизмов;

изучение специфических белков и ферментов гидробионтов;

использование методов биоинформатики для идентификации новых биомолекул в гидробионтах (новые биокатализаторы, белки и пептиды, вторичные метаболиты, полисахариды бактерий, архей, водорослей, жирные кислоты и липиды микроводорослей);

исследование путей увеличения фотосинтетической эффективности и скорости синтеза липидов морскими микроводорослями и получения микроводорослей с заданными свойствами для промышленного культивирования (смешанные и монокультуры).

разработку методов получения молекул биополимеров и новых материалов на основе гидробионтов;

поиск штаммов микроводорослей оптимальных для целей производства биотоплива;

разработку инновационных методов культивирования клеточных линий позвоночных и беспозвоночных морских организмов, а также микробных симбионтов для получения биологически активных соединений.

Опытно-технологические и опытно-конструкторские исследования :

2.7.1.1. Разработка технологий получения новых продуктов и ингредиентов на основе гидробионтов для производства оптимального/оздоравливающего питания и медицины, включая:

создание комплексной промышленной технологии с замкнутым циклом по получению биологических активных веществ из малоиспользуемых гидробионтов и отходов производства непосредственно в местах вылова;

разработку биопрепаратов из гидробионтов для повышения сопротивляемости организма к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, лечения и предупреждения ряда социально-значимых и опасных заболеваний;

проведение медико-биологических исследований и разработка нормативной документации пептидных препаратов из органов и тканей гидробионтов; обладающих иммуностимулирующими, антиоксидантными и другими свойствами;

разработку рационов оптимального питания на основе гидробионтов в зависимости от возраста, состояния здоровья и профессиональной занятости населения;

создание биологических субстанций и композиций, функциональных пищевых продуктов и биологических активных пищевых добавок на основе сырья гидробионтов;

создание промышленных технологий производства кормового, ветеринарного и медицинского рыбьего и крилевого жира, концентратов омега-3 жирных кислот, фосфолипидов на основе существующего стандартного технологического оборудования;

создание промышленного регламента и нормативных документов на производство гидроколлоидов на основе агара для пищевой и микробиологической отраслей промышленности.

2.7.1.2. Исследование свойств хитина и иных полисахаридов из ракообразных и иных гидробионтов с целью их применения в практической медицине и народном хозяйстве, включая:

масштабирование опытной установки электрохимического гидролиза по производству питательных сред и хитина на основе существующего стандартного пищевого и биотехнологического оборудования;

разработку технологий получения лекарственных средств для человека и животных (диагностических, профилактических и лечебных), средств защиты растений, индукторов болезнеустойчивости, стимуляторов роста на основе хитиновых биополимеров.

2.7.1.3. Разработка технологий производства биотоплива 3-го поколения на основе водорослей, включая:

создание специализированных технологий и нормативной документации для производства биотоплива из водорослей, рыб, нерыбных объектов и непищевых отходов от разделки сырья;

разработку экономичной технологии высокопродуктивного культивирования биомассы с определением оптимальных параметров потребления CO2 и режима освещенности;

разработку технологии разделения и очистки для переработки отходов производства биотоплива с получением таких компонентов, как омега 3 –жирные кислоты, углеводы, витамины, белки.

Инфраструктурные решения

создание центров трансфера технологий в области аквакультуры и морской биотехнологии для обеспечения эффективного взаимодействия между разработчиками и производителями;

создание пилотных установок и опытно-промышленных производств, в частности фотореакторов для производства биомассы микроводорослей.

2.7.2. Разработка биотехники культивирования гидробионтов в искусственных условиях

Поисковые исследования направлены на:

метагеномные исследования водных микробионтов и макробионтов;

разработка методов молекулярной селекции гидробионтов.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования направлены на:

усовершенствование существующих биотехнологий кормопроизводства и разведения ценных рыб и морепродуктов;

создание новых технологий промышленного культивирования гидробионтов;

совершенствование селекционно-племенной работы с целью выведения высокопродуктивных объектов аквакультуры;

изучение морских экосистем и выявление новых объектов культивирования.

Опытно-технологические и опытно-конструкторские исследования :

комплексное кадастровое изучение водоемов с применением новых геоинформационных технологий , создание кадастровых карт водоемов и объектов аквакультуры;

разработка и тестирование новых кормов и новых методов кормления рыб и других гидробионтов;

разработка критериев для систем культивирования и промышленного производства гидробионтов.

Инфраструктурные решения:

Создание единой базы данных по исследованиям, разработкам, технологиям в области морских биоресурсов и культивирования гидробионтов.

2.8. Направление «Биоэнергетика»

Биоэнергетика - это сфера деятельности по обеспечению энергетических потребностей человека, основанная на принципах или ресурсах живой природы, направленная на сохранение естественного энергетического и материального баланса окружающей природной среды.

Главная цель развития биоэнергетики в РФ – создание сектора топливно-энергетического комплекса страны, основанного на переработке биомассы, для обеспечения населения и народного хозяйства качественными и доступными топливными и энергетическими ресурсами, социально-экономического развития регионов и решения проблем экологической, энергетической и продовольственной безопасности.

2.8.1. Генерация тепловой и электрической энергии из биомассы, энергетическая утилизация отходов

Предусматривается создание высокоэффективных технологий производства локальной тепловой и электрической энергии из биомассы и отходов ее содержащих, а также формирование опытно-промышленной и экспериментальной базы, необходимой для внедрения биоэнергетики в различных регионах страны.

Фундаментальные поисковые исследования направлены на разработку биотехнологий преобразования энергии, исследования энергетических процессов живых организмов и клетки, создание искусственных и гибридных бионаноэнергетических систем, изучение механизмов создания, накопления и переноса энергии на клеточном и субклеточном уровнях, изучение молекулярно-генетических основ генерации и передачи энергии в биологических мембранах. Селекция и генетическое конструирование биологических объектов для получения энергии, включая световую и энергоносителей.

Проблемно-ориентированные и прикладные исследования :

исследования ферментационных анаэробных систем, направленные на увеличение скорости процессов и повышения их энергетической эффективности;

исследование ферментационных аэробных систем, работающих в непрерывном режиме, обеспечивающих максимальную активность микробного сообщества при разложении биомассы и отходов;

исследования и математическое моделирование процессов горения и газификации биомассы для повышения их технологичности;

создание технологий постоянного мониторинга и прогнозирования основных направлений развития биоэнергетики на основе форсайтного анализа и программных продуктов Международного энергетического агентства (МЭА);

исследование основ процессов поглощения (утилизации) эмиссии парниковых газов энергетических и промышленных установок, промышленных и коммунальных стоков для интенсификации производства непищевой биомассы;

исследование и оптимизация химических и каталитических процессов энергетической трансформации биомассы.

Опытно-технологические и опытно-конструкторские исследования. включают создание экономически эффективных технологий и систем индивидуального энергоснабжения на базе анаэробного сбраживания и (био)топливных элементов мощностью 0,2кВт или приводов электрогенераторов малой мощности (1-100 кВт) . Создание систем анаэробного сбраживания с энергетическим КПД более 50%. Создание биотопливных элементов. Создание экономически эффективных систем сжигания твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов. Разработка энергетически и экологически эффективных мультитопливных топочных устройств и технологий сжигания и газификации биомассы.

Инфраструктурные решения направлены на создание биоэнергетических демонстрационных и обучающих центров, научных биоэнергетических центов коллективного пользования.

2.8.2. Биотоплива

Разработка технологий производства и применения биотоплив, которые позволят улучшить экологческую обстановку за счет снижения токсичных выбросов и повысить рентабельность сельского и лесного хозяйства , жилищно-коммунального комплекса, местного транспорта за счет использования локально производимого биотоплива.

Проблемно ориентированные и прикладные исследования включают получение биомассы с заданными химмотологическими свойствами, Совершенствование ферментативных технологий. Создание химических процессов получения биотоплив без получения отходов и применения опасных веществ.

Опытно-технологические и опытно-конструкторские исследования включают разработку экологически чистых и безотходных технологий получения широкого спектра моторных топлив (бензины, керосин, дизельное топливо и др.) из различной биомассы непищевого происхождения.

2.8.3. Широкомасштабное производство биомассы как сырья для биоэнергетики

Фундаментальные поисковые исследования включают получение источников биомассы с улучшенными энергетическими характеристиками (биоэнергетические культуры и плантации, быстрорастущие деревья и растения, микроводоросли и др.)

Проблемно ориентированные, прикладные, опытно-технологические и опытно-конструкторские исследования:

разработка технологий мониторинга запасов непищевой биомассы в мире и регионах России для развития биоэнергетики;

разработка технологий устойчивого промышленного производства непищевой биомассы и ее использования для получения электроэнергии, тепла, биотоплив и других продуктов с высокой добавленной стоимостью;

разработка технологий селекции и методов биоинженерии для создания эффективных типов непищевой биомассы с заданными параметрами содержания веществ, необходимых для дальнейшего производства из них энергоносителей и других ценных продуктов для различных отраслей промышленности.

2.9. Тематическая область «Развитие инфраструктуры»

2.9.1. Организация Центра (региональных Центров) масштабирования и внедрения микробных технологий (пилотные Биоперерабатывающие заводы, Biorefineries), использующие различные типы возобновляемого сырья (I поколения, пищевое сырье; II поколение, лигноцеллюлозное сырье; III поколение, водоросли) и отходов. Главной задачей Центров будет внедрение и коммерциализация технологий, включая масштабирование технологий, разработку и регистрацию необходимой научно-технической и производственной документации, создание промышленных образцов.

Ядром Центров станет опытно-промышленная установка, включающая в себя ферментационное оборудование, а также оборудование для предобработки и подготовки сырья, выделения и очистки целевых продуктов, - как низкомолекулярных соединений, так и биополимеров.

2.9.2. Организация сетевого, распределенного центра координации научно-технической деятельности для разработки крупных межотраслевых проектов в области промышленной биотехнологии. В число задач такого центра войдут также:

прогнозно-аналитическое и информационное обслуживание организаций, участвующих в выполнении данной Госпрограммы и Координационной программы «Био2020». Ежегодный анализ, обоснование и прогноз важнейших направлений и перспектив развития профильных критических технологий;

по заказу государственных органов проведение научной экспертизы научно-исследовательских, опытно-технологических работ и инновационных проектов по профильным технологиям;

подготовка и переподготовка кадров высшей квалификации в области микробной и клеточной биотехнологии в кооперации с промышленными предприятиями и ведущими образовательными учреждениями высшего профессионального образования ;

развитие и координация международного сотрудничества, осуществление участия Российской Федерации в крупных международных биотехнологических проектах;

подготовка предложений по совершенствованию законодательства Российской Федерации в области изучения и использования биотехнологии в хозяйственной деятельности;

продвижение и популяризация достижений биотехнологии в обществе.

2.9.3. Создание единой системы мониторинга развития биотехнологий, которая ляжет в основу информационно-аналитической инфраструктуры направления.

Целью системы мониторинга является организация сбора, обработки, анализа, оценки и представления на регулярной основе систематизированной и комплексной информации о состоянии, динамике и направлениях развития биотехнологий, формирование баз данных, обеспечивающих разработку государственной политики и повышение обоснованности управленческих решений, а также создание системы информационного обеспечения научного и бизнес-сообщества о результатах и перспективах развития биотехнологий в Российской Федерации.

Реализация мероприятия предполагает разработку методологии статистического исследования развития биотехнологий в стране, включая формирование системы важнейших дефиниций, классификаций и показателей, комплексно характеризующих особенности разработки и внедрения биотехнологий, в том числе созданных по государственным и муниципальным контрактам, выявление объектов, предмета, и структуры наблюдения, определение организационной модели проведения мониторинга, способов и форм представления его результатов посредством различных статистических, справочных и аналитических материалов. Статистический инструментарий, разработанный в рамках программы, обеспечит исследование кадрового и финансового потенциала организаций, их публикационной и патентной активности, масштабов создания, использования и трансфера биотехнологий в реальный сектор экономики, эффективности торговли на внутреннем и внешнем рынках, объемов реализации и технического уровня продукции, производимой с использованием биотехнологий, а также финансовых результатов деятельности исследуемых организаций.

Методологические основы системы мониторинга будут отвечать стандартам Федеральной службы государственной статистики и соответствовать методологическим подходам, разработанным в ведущих индустриальных странах, а также рекомендациям международных организаций (ОЭСР и Евростата) по формированию и обновлению соответствующих международных статистических стандартов и классификаторов, в частности относящихся к использованию конвенциальных определений биотехнологий, (базового и списочного), классификаций видов деятельности сферы биотехнологий, индикаторов и методов исследования.

Разработка методологической, информационной и организационной основы системы мониторинга, будет способствовать анализу и оценке уровня конкурентоспособности и реализации потенциала биотехнологий в стране, результативности деятельности ключевых субъектов сектора биотехнологий, специализации и позиций страны на рынках знаний и технологий.

Уже в глубокой древности люди использовали микроорганизмы в хлебопечении, сыроделии, виноделии, выделке кож. Целенаправленное изменение и использование биологических объектов в пищевой промышленности, медицине, охране природы называют биотехнологией.

В современной биотехнологии выделяют такие направления, микробиологическое производство, клеточная инженерия, генная инженерия.

Использование микроорганизмов для получения ряда веществ (белков, аминокислот и др.) называют микробиологическим синтезом. Для этого создаются микроорганизмы с новыми свойствами. Микробиологическая промышленность выпускает свыше 150 видов продукции. Удалось вывести микроорганизмы, которые синтезируют аминокислоту лизин, не образующуюся в организме человека и некоторых животных. Недостаток лизина в организме задерживает рост животных. Лизин используют как кормовую добавку к рациону сельскохозяйственных животных.

Для получения кормового белка выращивают дрожжи. Использование на корм скоту 1 т. кормового белка экономит 5-8 т. зерна. Добавка 1 т. биомассы дрожжей в рацион птиц способствует получению дополнительно 1,5-2 т. мяса или 25-35 тыс. яиц.

С помощью микроорганизмов получают витамины, органические кислоты — уксусную, лимонную, молочную, а также антибиотики, ферменты, гормоны Для получения всех перечисленных веществ человек создает штаммы микроорганизмов, которые вырабатывают необходимые вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих микроорганизмов.

Для извлечения металлов из сточных вод широко используют бактерии, способные накапливать в клетках уран, медь, кобальт. Таким образом, биотехнология участвует в решении экологических проблем.

Микроорганизмы применяют и при решении энергетической проблемы. Для обогрева помещений и приготовления пищи используют биогаз — смесь метана и углекислого газа. Для этого в специальные контейнеры помещают навоз, отходы производства сахара и переработки других продуктов сельского хозяйства, добавляют специальную культуру бактерий, которые питаются изготовленной смесью и выделяют биогаз. Биогаз собирают в специальные емкости. Биогаз давно производят в Индии, Китае, на Филиппинах.

Рулеточная инженерия — это выращивание клеток и тканей высших организмов — растений и животных на специальных питательных средах. Ученые могут получать и выращивать безъядерные клетки, пересаживать ядро из одной клетки в другую. Так удалось 1000 получить гибридные клетки мыши и человека, кошки и собаки.

Хотя клетки животных можно культивировать неограниченно долго, из них не удается вырастить взрослый организм. Из клеток же растений, помещенных на питательную среду, можно вырастить целое растение. Таким путем из небольшой части растения можно получить до 1 млн. растений в год. Этот метод используют для быстрого размножения редких или вновь созданных ценных сортов сельскохозяйственных растений.

При культивировании клеток растений на питательных средах из одной многократно делящейся клетки получают большое число генетически однородных клеток — клоны. Можно получить клоны, в клетках которых накапливается в несколько раз больше ценных веществ, чем в выращиваемом обычным способом целом растении. Так получают, например, биомассу женьшеня для нужд парфюмерной и медицинской промышленности.

Разработан метод гибридизации соматических клеток. Этот метод позволяет создать межвидовые гибриды, которые в естественных условиях получить трудно Так были получены гибриды различных видов картофеля, капусты и турнепса.

Благодаря методам клеточной инженерии сроки, необходимые для выведения но вых сортов растении, сокращаются с 10-12 лет при использовании обычных методов селекции до 3-4 лет

Генная инженерия занимается перестройкой генотипов. Например, если пересадить ген человека, обеспечивающий синтез какого-либо фермента или гормона в клетки микроорганизмов, то они будут производить этот фермент или гормон. Так, больным сахарным диабетом нужно постоянно вводить гормон инсулин. В норме он вырабатывается клетками поджелудочной железы. При нарушении функции поджелудочной железы инсулин не вырабатывается или вырабатывается в недостаточной степени Первоначально инсулин получали из поджелудочных желез свиней и коров. В 1982 г. удалось ввести ген человека, ответственный за выработку инсулина, в генотип бактерии — кишечной палочки. Теперь больные диабетом получают не свиной или коровий инсулин, а человеческий, производимый микробиологической промышленностью.

Ученые работают над изменением генотипов злаков. Они вводят в их генотипы специальный ген бактерий, который будет способствовать усвоению азота из атмосферного воздуха. Решение этой проблемы позволило бы сократить затраты средств на производство азотных удобрений.

Перенос генов используется и при выведении новых сортов декоративных растений. Так, в генотип петунии был перенесен ген, нарушающий образование пигмента в лепестках. Таким путем была создана петуния с белыми цветками.

Современная биотехнология порождает новые проблемы, например возможность появления микроорганизмов с непредсказуемыми свойствами, возбудителями страшных заболеваний. В связи с этим были приняты меры по ограничению применения генной инженерии и предотвращению распространения микроорганизмов в окружающей среде.