Микроорганизмы: скрытый ресурс Сибири

Феномен озера Кротовая Ляга: в нём удивительно быстро разлагается всё, что туда попадает

При обсуждении будущего российской экономики долгие годы сохраняется общее противопоставление сырьевой ориентации экспорта и экспорта продукции с высокой добавленной стоимостью, того, что выпускает обрабатывающая промышленность.

По моим представлениям, неверно ограничивать сырьевые отрасли только добычей полезных ископаемых и лесозаготовками. В Сибири существует тот ресурс, который перекрывает по своим возможностям все существующие — это природные полезные микроорганизмы, существующие в тех экосистемах Сибири, которые пока не нарушены человеком. Эти микроорганизмы способствуют повышению плодородия почвы, ускоряют рост сельскохозяйственных культур и лесов, подавляют болезни растений и животных, нормализуют общую экологическую ситуацию.

Наука основные свои силы тратит на изучение патогенных, вредоносных микроорганизмов, уделяя минимум внимания на наших друзей в живом микромире. А только в сотрудничестве с этими друзьями можно победить болезни и голод.

Сибирь представляет собой уникальное место на Земле, где ещё сохранились природные (в первую очередь, почвенные) микроорганизмы, не испытавшие антропогенного воздействия. И это — ресурс существенно более дорогой, чем нефть и газ.

На это соотношение цен на разные ресурсы накладывается еще одно обстоятельство. В связи с удаленностью от рынков сбыта на территориях Российской Азии нельзя производить продукцию низкого качества, в том числе, сельскохозяйственную. Только органические продукты экономически целесообразно производить там, где до ближайшего морского порта 3—4 тысячи километров. В Сибири должно быть категорически запрещено применение химикатов, допускаемых в других регионах страны.

Есть у нас и примеры для подражания: программы по развитию внутренней периферии есть в США и Германии. Так, в ФРГ внутренней периферией считается любая точка страны, удаленная от морского порта более чем на 400 км. Четырехугольник внутренних штатов США также считается внутренней периферией, где более строго относятся к качеству сельскохозяйственной продукции.

В мире есть две страны, которые лидируют в использовании микроорганизмов в сельском хозяйстве. Это — Япония и Аргентина. В 1980 г. профессором Теруо Хига (Университет сельского хозяйства Окинавы) была разработана технология эффективных микроорганизмов (ЭМ-технология). В рамках ее была культивирована и опробована группа 80 микроорганизмов — пять семейств, способствующих улучшению почвы, подавлению болезнетворных микробов, повышению резистентности растений. В нашей стране в 1998 году инициатором ЭМ-технологии стал д.м.н. П. А. Шаблин (НПО ЭМ-центр, Улан-Удэ). Состав набора эффективных микроорганизмов в сибирском варианте скромнее: фотосинтезирующие и молочнокислые бактерии, грибы Penicillium и Aspergillus. Сейчас права интеллектуальной собственности на основные биопрепараты принадлежат компании Арго (Новосибирск—Москва), созданной в 1996 г. (А. Б. Красильников). С 2000 г. Арго — потребительское общество.

Аргентина была главной площадкой мира по ГМО-экспериментам. Сейчас налицо откат в противоположную сторону. Принцип аргентинского направления — не использовать вообще импортных удобрений и химикатов. Следует осенью выделять из образца почвы конкретного поля набор полезных микроорганизмов и размножать их в лабораторных условиях. Затем — вносить их в ходе сева или весенней предпосевной обработки почвы. Поскольку по представлениям аргентинских специалистов каждое поле имеет свою микробиоту, оно должно иметь и свой специфический состав эффективных микроорганизмов.

Химизация сельского хозяйства считалась одним из главных направлений развития экономики. Когда принимались постановления ЦК КПСС по химизации сельского хозяйства, в большинстве стран мира предпринимались усилия по уходу от ядохимикатов. Процесс замены химических пестицидов, инсектицидов, гербицидов и фунгицидов их биологическими аналогами в мире, во многом, завершен. В результате в нашей стране на каждую тонну зерна приходится не менее семи килограммов химической отравы, идущей потом в булочки, буханки, пирожные и печенье. Это отражается на здоровье людей, на затратах системы здравоохранения и много еще на чем.

Примером таких препаратов можно считать карбендазим. Этот препарат, попадающий в пищу, вызывает онкологические болезни, мужское бесплодие, генетические заболевания. Карбендазим разрушает иммунную и эндокринную системы млекопитающих. Он очень опасен для рыб и других организмов, обитающих в воде. В США карбендазим запрещен с 2001 г. В Евросоюзе он был запрещен в 2009 г. с отложенным введением запрета в 2011 г., а затем еще раз — до 2014 г, когда запрет был введен окончательно. В России карбендазим разрешен до сих пор, он не производится, а импортируется.

Сельскохозяйственная продукция, выращенная с использованием химикатов, ценится ниже. Если производить её в Сибири, такая продукция будет неконкурентоспособной в связи с высокими транспортными издержками.

Для примера могу отметить то, что известно не по вывозимым, а по ввозимым продовольственным товарам. Все фруктовые и овощные соки, какие приходят в Новосибирск, на оптовом новосибирском рынке продаются по одной цене. Неважно, что налито в пакет, главное — затраты на доставку этого пакета. Так и по вывозимым товарам. Если исходная цена товара невысока, то доля её в цене на месте доставки становится ничтожной. А следовательно, это — конкуренция исключительно между транспортными издержками. Это означает, что если регион расположен вдали от основных рынков, то он всегда будет проигрывать. Только продукция с высокой начальной стоимостью и низкими затратами на перевозки будет побеждать конкурентов на мировых рынках.

Так, биопрепарат Байкал-М стоит в месте производства (Улан-Удэ) примерно 7 долл. за литр. Последняя информация о себестоимости российской нефти в месте добычи в среднем 14 долл. за баррель, то есть за 159 литров. Это означает, что вывоз биопрепарата вместо нефти даст экономию на транспортных издержках в 80 раз. Понятно, что это весьма приблизительные оценки, нужно считать в тоннах, а не в литрах, оценивать приемлемую рентабельность и т.д. Но порядок цифр будет примерно таков: вывозиться будет продукция, которая будет в десятки раз дороже, чем нынешние экспортируемые энергоресурсы.

Постепенный переход от экспорта нефти, угля и газа к экспорту природных микроорганизмов, несмотря на кажущийся радикализм, имеет под собой почву в виде результатов многолетних научных исследований.

Микроорганизмы (грибки, бактерии и вирусы) существенно превосходят по массе, многообразию весь прочий живой мир, а не только млекопитающих, к которым относится и человек. По значимости для развития человеческого общества они превосходят все прочие факторы. Природные микроорганизмы во всем мире вызывают все больше интереса не только вследствие эпидемий и пандемий.

Хотя микроорганизмы традиционно связываются с медициной, есть еще одно направление, которое открывает для экономики мира в целом совершенно новые перспективы, повышающие ее роль. Это — производство биопрепаратов защиты и стимулирования растений.

Несколькими научными коллективами сибирских учёных ведутся исследования микроорганизмов в карстовых пещерах Южной Сибири, в которых никогда (или в течение веков) не бывал человек. Микробиота сибирских пещер наиболее интересна тем, что не имела контакта с человеком.

Этот уже разведанный природный ресурс из пещер Сибири вполне пригоден для масштабных экспериментов по улучшению плодородия почв.

Центром развития микроорганизмов, ориентированных на повышение урожайности и улучшение плодородия почв, стала в настоящее время столица Бурятии Улан-Удэ. В производимых там биопрепаратах «ЭМИНЕКСТ» и «Байкал-М» используются комплексы природных микроорганизмов. Эти препараты пока используются, в основном, у дачников и в подсобных хозяйствах. В крупных хозяйствах уже около 10 лет идут эксперименты, для масштабного их внедрения требуется государственная поддержка.

Фактически современные биопрепараты защиты растений и стимуляторы роста концентрируются вокруг четырех природных микроорганизмов: двух бактерий (бациллус субтилис и псевдомонада) и двух почвенных грибков (триходерма и гломиус). В Сибири наиболее развиты исследования только пары (бациллус субтилис и триходерма). Гриб триходерма присутствует во всех почвах мира — от тропиков до Полярного круга. Без этого гриба не было бы хвойных лесов Сибири. Только благодаря ему и другим микроорганизмам, живущим в почве, сосна, пихта или ель способны проснуться весной. Сначала микроорганизмы должны выработать химические соединения, способные проникнуть в замерзшие сосуды дерева, чтобы началось сокодвижение. В особенности зависит от них лиственница, 80% которой растет в Сибири. Под лесом лиственницы всегда есть грибница, которая вдвое-втрое больше, чем в сумме все летние кроны деревьев леса.

Красноярскими микробиологами на территории бассейна реки Енисей в настоящее время идентифицировано 8 (из 12 выявленных в мире) морфологических форм грибов Trichoderma. На целинных лесных почвах частота встречаемости этого почвенного грибка составляет более 60 %, тогда как антропогенные ландшафты характеризуются встречаемостью до 7% и разнообразием менее 5 видов. В Красноярске разработан технологический регламент получения биопрепарата Триходермин-М, который показал эффективность в защите злаков и хвойных от патогенов, в повышении продуктивности ячменя и пшеницы. Грибок ускоряет процессы почвообразования, увеличивает выход здоровых сеянцев сосны и лиственницы, пригоден для получения кормовых добавок и БАДов.

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН имеет уникальный стационар в Кулундинской степи Новосибирской области под названием Кротовая Ляга.

Микроорганизмы, содержащиеся в донных отложениях озера Кротовое, более столетия использовались крестьянами окружающих сёл как удобрение в сельском хозяйстве. Сейчас ученые занимаются систематизацией и анализом структуры микроорганизмов, а также охраной этого уникального микробиоценоза, обеспечивающего естественное плодородие почвы.

Ил этого уникального озера способен противостоять (сдерживать) загрязнение почвы минеральными удобрениями и гербицидами. Многолетние научные исследования эффективности возможного использования комплекса микроорганизмов, естественным образом сложившегося в данном озере, рано или поздно приведут к появлению мощного биопрепарата восстановления и роста плодородия почв.

Ещё один объект, который бережно сохраняют и исследуют сибирские учёные, — озеро Доронинское, находящееся в Забайкальском крае, неподалёку от Читы. Это — источник природной соды. Будущее озера может пойти по разным направлениям. Либо там будут долгое время добывать и вывозить куда-либо соду. Либо исследователям создадут возможности исследования живущих в нём цианобактерий и процесса бактериального разложения (деструкции) минералов, превращения их в формы, усваиваемые растениями.
По моим представлениям, такие исследования сообществ природных микроорганизмов, ориентированные на будущие огромные перспективы, составляют сердцевину настоящей науки. До сих пор основное финансирование идёт на исследования патогенных, вредных микроорганизмов, а упомянутое мной изучение природных полезных микроорганизмов опирается на энтузиазм и понимание проблемы отдельными руководителями коллективов.

Возможно ли на базе открытий сибирских микробиологов создание экспортной отрасли? Для ответа на этот вопрос следует рассмотреть, как трактуется эта отрасль в современной России.

Микробиологическая промышленность намного более наукоемка, чем, например, микроэлектроника. Организационная составляющая возрождения современной микробиологической промышленности в России стала официально формироваться, когда по инициативе ОАО «Ростехнология» и некоммерческой организации «Топливно-энергетический союз» было создано ОАО «Корпорация биотехнологии». Перед корпорацией поставлена задача интеграции разрозненных усилий по развитию биотехнологий и промышленных комплексов по их применению на качественно новом уровне, значительно опережающем мировой. Но ориентация новой корпорации была очень узкой, главной целью перед ней поставлена разработка технологий получения биотоплива (конкретно — биобутанола). Это — наиболее показательный пример инерции, не позволяющей свернуть с ранее выбранного пути экономического развития.

До последнего времени технологические процессы в микробиологической промышленности делились на четыре подотрасли. Первая — выращивание микробов, когда они сами по себе служат конечным продуктом. Это направление стало развиваться с начала ХХ века и долго сосредотачивалось вокруг производства дрожжей, но потом появилась новая цель — получение белка одноклеточных организмов. Он добавлялся в корм животным и выращивался на метаноле. Направление закрылось повышением цен на нефть, добавка стала дороже соевой или рыбной муки. Сейчас идут активные эксперименты по производству грибного белка (микопротеина). Вскоре повсеместно будут продавать слепленные из него белые грибы, неотличимые от лесных.

Вторую подотрасль можно назвать вуайеристской: исследователи подглядывают, какие вещества вырабатываются микроорганизмами. В начале своего развития микроорганизмы выделяют так называемые первичные метаболиты. Они нужны им самим, но технологи исхитрились вывести такие микроорганизмы, которые производят их в избытке. Но есть и микроорганизмы, синтезирующие не очень нужные им для питания вещества (вспомним лук и слезы). И те, и другие нам уже хорошо знакомы как консерванты, усилители вкуса и, конечно, антибиотики. Без почвенных микроорганизмов мы бы никогда не узнали, что такое пенициллин или стрептомицин. Таким образом, становится очевидным: новая (эффективная) часть фармацевтической промышленности есть часть промышленности микробиологической.

Третья подотрасль стыкуется с ГМО, с генной инженерией. В генетический аппарат микробов природного происхождения включают гены высших организмов. По замыслу они напрямую, а не через общение подружатся друг с другом уже как родственники. Частное ответвление этой подотрасли — получение с помощью микроорганизмов-мутантов рекомбинантных продуктов, то есть тех же антибиотиков, консервантов и прочего, что окажется более эффективным, чем природное.

Наконец, четвертая подотрасль микробиологической промышленности будет заниматься биотрансформацией веществ. Она сейчас хорошо известна в процессах извлечения золота с помощью бактерий. Почему бы эти бактерии не продавать за рубеж? Впрочем, преобразование неорганических соединений с помощью бактерий или вирусов — это только начало.

Микроорганизмы — незаменимое средство преобразования органики в растениеводстве.

Новая сибирская микробиологическая промышленность должна ориентироваться на мощный и пока не используемый ресурс природных микроорганизмов восточных регионов РФ. Должны быть разработаны и произведены сотни мощных биореакторов, в которых будут выращиваться природные микроорганизмы, должны быть намного увеличены масштабы исследования эффективности, влияния на рост и борьбы с заболеваниями сельскохозяйственных культур. Первоначально эта отрасль должна ориентироваться на поставки природных микроорганизмов в научно-исследовательские учреждения и опытные хозяйства с обязательствами покупателей согласовывать планы экспериментов и признавать результаты экспериментов общей интеллектуальной собственностью поставщика и покупателя. Сибирские микробы представляют собой мощный экспортный потенциал, существенно превышающий все, созданное человеком на сибирской территории, все, что можно получить добычей традиционных полезных ископаемых. Но средств, направленных на развитие этого направления, должно быть в тысячи раз больше, чем сейчас.

Тогда ставшие популярными биопрепараты на основе природных микроорганизмов Сибири станут более мощным источником поступления доходов от экспорта. Одновременно этот ресурс может быть использован для поднятия сельского хозяйства Сибири, в первую очередь, её органического земледелия. И что особенно важно — этот ресурс более воспроизводим, чем лесные массивы, поскольку размножение природных микроорганизмов будет идти по современным промышленным технологиям.

И ещё два аспекта проблемы перехода от добычи полезных ископаемых и лесозаготовок к микробиологическому направлению. Первый — эти два направления конкурируют между собой. Сложившееся направление наносит вред окружающей среде и сужает возможности сохранения природных микроорганизмов. Чтобы развивать новое направление, должны быть сформированы заказники и заповедники, в которых будет запрещена хозяйственная деятельность и ограничено проживание населения.

Второй аспект — два направления имеют разные горизонты проектирования, планирования и прогнозирования. Добыча полезных ископаемых и вырубка леса ориентированы на горизонты в годы и десятилетия. Микробиологическое направление ориентировано на включение экономики Сибири в мировую на столетия и более. А для этого, по-видимому, потребуется длительный процесс изменений в массовом сознании, переориентации его приоритетов с текущего потребления на заботу о будущих поколениях.

С советских времён мне приходится иногда обдумывать следующую мысль: «Нерациональное использование природных факторов обусловлено не только деятельностью предприятий, оно в известной мере предопределяется решениями плановых органов, которые не всегда в достаточной степени учитывают действительную народнохозяйственную ценность естественных богатств страны и экономические последствия того или иного способа их применения».

В постсоветское время в связи с высокой долей участия государства в экономике, несмотря на действие рыночных механизмов, сохраняется прежняя структура отраслей и экспорта. Но сейчас пришло время решиться на важные структурные сдвиги.

Юрий Воронов