Дать шанс белым биотехнологиям

Звучит по-прежнему как фантастика, но нет: на горизонте до 2040 года человечество должно точно увидеть массовую реализацию целого ряда проектов. Это производство биотоплива на основе древесных отходов, водорослей и отходов сельхозпроизводства. Применение в строительстве биоцемента на основе бактерий, способного связывать минеральные частицы и формировать прочные структуры с фиксацией углекислого газа путем его минерализации в карбонат кальция. Появятся карбоновые фермы, где научатся запирать углекислый газ в кроне генетически модифицированных деревьев с заранее заданными свойствами, повышающими их способность поглощать CO2. В сельском хозяйстве биотехнологии помогут создать сорта устойчивых растений со сниженной зависимостью от химических удобрений и пестицидов, а также предложить биологические методы обработки почвы без применения вредных химических веществ. В ЖКХ нормой станут схемы биосепарации органических отходов для производства биогаза, удобрений и для формирования замкнутых производственных циклов.

Каково место России в этом «просветленном» будущем, создаваемом не ради моды, а для сохранения природных ресурсов и экосистем, а вместе с ними и человека, его физической и продовольственной безопасности? Какие биотехнологические проекты она предложит миру? Что мешает прорывным идеям отечественной бионауки уже сейчас двигаться в сторону воплощения, реализации в промышленном масштабе? Об этом мы поговорили с кандидатом биологических наук (PhD in Biochemistry, Бельгия), независимым экспертом ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологий» РАН Максимом Захарцевым.

— Для реализации каких биотехнологий уже созрели условия — инфраструктурные, экономические, образовательные?

— За последние десятилетия биотехнологии настолько специализировались, что уже невозможно быть равноценным биотехнологом во всех областях, и развитие в них тоже неравномерное — разные заделы, научные подходы, темпы, масштабы и регуляторная ситуация. Принята укрупненная классификация биотехнологий: зеленые — растениеводческие, красные — биомедицинские, голубые — морские, белые — промышленные. Надо также разграничивать глобальный и российский контекст. Дам небольшой анализ ситуации в нашей стране и в направлении, которое касается лично моего поля деятельности — промышленных, или белых, биотехнологий.

В действительности существует устойчивый запрос на развитие биотехнологий, обусловленный как общим отношением общества к природопользованию, так и очевидными экономическими выгодами, которые дает биотехнология в производстве тех или иных продуктов. Чтобы достичь этих целей, нужны технологические решения, обладающие экономической эффективностью. И вот здесь кроется основная сложность, потому что научные решения на уровне лабораторных прототипов существуют, но их трансфер в промышленную технологию, то есть масштабирование до крупнотоннажного производства, — это более трудоемкая задача, решать которую иногда приходится десятилетиями. Потому что на начальных этапах результат неочевиден, может уйти много времени и средств на поиск масштабируемых решений, которые дали бы синергетический эффект и ожидаемый экономический выхлоп.

И вот здесь нужна определенность, связанная с убежденностью, решимостью или мотивацией тех, кто развивает промышленную технологию. Но с этим в стране есть сложность. Дело в том, что крупные индустриальные компании зачастую не могут сформировать для себя долгосрочную стратегию, которая существовала бы как мотивация, а лучше как миссия: мы вкладываемся в биотехнологию, потому что чувствуем свою ответственность, движемся к целям, поставленным ООН, или что-то в этом роде. По сути, на входе в предстоящую работу, которая потребует много времени и ресурсов, нужен «прыжок веры», потому что деньги придут когда-нибудь потом, а сначала нужны большие усилия — сформировать команду, обеспечить ресурсы, создать экспериментальные прототипы, написать и верифицировать математические модели, генные модификации и так далее. Поэтому промышленная биотехнология в сегменте крупнотоннажного производства у нас развивается крайне медленно и сложно.

— А заинтересованность государства в стимулировании биотехнологий? А новые возможности для бизнеса — разве вложения себя не окупят?

— Конечно, государство пытается стимулировать как научные разработки в биотехнологиях, так и бизнес, но правила экономики жестче. После распада Советского Союза внутренний рынок существенно сократился — было 293 миллиона человек в пятнадцати республиках, стало 145 в России. Но для крупнотоннажного производства нужен емкий, активный внутренний рынок, сопоставимый с китайским или европейским. Наш внутренний рынок не является самодостаточным драйвером для масштабных биопроизводств, что вынуждает ориентироваться на экспорт, где включается геополитический фактор. Дополнительным барьером служит то обстоятельство, что Китай в большинстве случаев уже освоил ряд биотехнологий, создал производственные мощности с резервом, выстроил цепочки поставок, получил государственную поддержку и урегулировал таможенную политику. Конкурировать нашему бизнесу с Китаем затруднительно. Поэтому я и говорю о том, что нужна убежденность на уровне миссионерства, чтобы развивать отечественные биотехнологии, несмотря ни на что.

Бактериальный корм из газа

— Какие белые биотехнологии развивают в России?

— У нас исторически сложились биопроизводства, основанные на сахаросодержащих субстратах, это свекла, картофель, кукуруза, пшеница. В меньшей степени — на целлюлозосодержащих субстратах, таких как древесные опилки, солома. Из выделяемого крахмала получают глюкозно-фруктозные смеси, служащие субстратом для культивирования микроорганизмов с целью производства разнообразных целевых продуктов. В России сектор промышленной биотехнологии сейчас активно развивается, в том числе в рамках импортозамещения пищевых и кормовых добавок. К примеру, на основе сахаросодержащего сырья в РФ работают такие компании, как «Росспиртпром» (выпускает технический этиловый спирт), «АминоСиб» (производит L-лизин), Завод премиксов № 1 (лизин-хлорид), «Органические кислоты» (лимонная кислота), «БиоТехСоюз» (ферментные препараты), «РусКамедь» (ксантановая камедь, ГК «Эфко» (сладкие белки и биосинтезированные жиры), «Волжский оргсинтез» (кормовые дрожжи) и другие.

Стратегическая цель для России на горизонте до 2040 года — создание конкурентоспособных технологических решений, опере жающих азиат ских конкурентов

Вместе с тем в России существуют и опережающие разработки в области промышленных биотехнологий, основанные на культивировании микроорганизмов на одноуглеродных (С₁) субстратах: метан, сингаз, метанол и другие. Наиболее распространенным продуктом такого процесса является кормовой микробный белок, еще его называют гаприн (сокращение от «газ плюс протеин»), полученный путем культивирования метанотрофных бактерий на природном газе. В результате получается высококонцентрированная белковая кормовая добавка, представляющая собой субститут рыбной муки и подходящая для применения в промышленном животноводстве и аквакультуре.

Сегодня в России уже производится порядка тысячи тонн гаприна в год. Основной потребитель — рыбоводство, в котором недостаток высокобелковых кормов является сдерживающим фактором для выращивания семги, форели и других лососевых. По некоторым оценкам, текущий внутренний российский рынок может потребить до 50‒100 тысяч тонн гаприна в год, а мировой рынок — до двух миллионов тонн в год.

С каждым годом получать рыбную муку становится все сложнее, и она постоянно дорожает — в силу ограниченности природных запасов океана. Тогда как производство гаприна выгодно в части планирования: можно в любой момент нарастить мощности или сократить, производство не зависит от солнечного света, сезонности, почвенных и климатических условий, обработки земли, удобрений, орошения. Размещать заводы можно в непосредственной близости от газотранспортной инфраструктуры — в северных регионах России, там легче охлаждать биореакторы. И при этом кормовой гаприн по содержанию сырого протеина, аминокислотному профилю, усвояемости и энергетической ценности конкурентоспособен с рыбной мукой, имеет эпидемиологические преимущества по сравнению с мясокостной мукой. Таким образом, гаприн может замещать традиционные источники кормового белка в рецептурах комбикормов.

— В нашей стране уже существуют реализованные проекты по выпуску гаприна, или, как его сейчас модно называть, биопротеина?

— Прежде всего хотел бы отметить, что над разработкой технологии гаприна ученые трудились еще в Советском Союзе, приоритет нашей страны здесь неоспорим, мы продвинулись дальше всех в мире. На опытно-промышленной установке Светлоярского завода белково-витаминных концентратов в Волгоградской области за период с 1984 по 1994 год суммарно было произведено более 40 тысяч тонн гаприна, в отдельные годы выпуск достигал 15 тысяч тонн в год! Увы, в 1994 году производство было остановлено.

А сегодня в производстве гаприна заметного успеха достигли компании «Протелюкс», «Гипробиосинтез» и «Биопрактика», которые уже выпускают гаприн десятками и сотнями тонн. Параллельно существует целый ряд стартапов, находящихся на более ранних этапах развития, таких как «Биотех», «Прометаин», Impact.bio, «Комита Биотехнологии», «Фабернеотех», «Акрон», «Метаника». Среди всех компаний хотел бы отметить две — «Гипробиосинтез» и «Биопрактику», представляющие собой редкий успешный пример стартового финансирования, которое позволило довести технологические решения до уровня опытно-промышленных установок (объемом 5‒50 кубометров), что обеспечило компаниям заметные позиции в отрасли. В настоящее время они совместно с крупными индустриальными партнерами двигаются к промышленному производству гаприна.

Тем не менее на пути к рынку у отечественных производителей гаприна существуют значительные барьеры. Во-первых, для выхода как на российский, так и на зарубежные рынки необходимо провести комплекс кормовых испытаний, подтверждающих эффективность и безопасность продукта, — это процедура длительная и ресурсоемкая. Во-вторых, необходима государственная политика поддержки в части доступности сырья, преференциальных (для биотеха) тарифов на газ, налоговых льгот, специальных ставок проектного финансирования, экспортных преференций.

Можно также рассмотреть более радикальные меры поддержки: это государственные off-take-закупки, субсидированные кормовые испытания, регуляторное ускорение регистрации, создание национальной пилотной инфраструктуры, мандатные требования по составу комбикормов, субсидирование капексов на строительство заводов, защита от демпинга импортных субститутов, целевая подготовка кадров. При наличии таких мер господдержки производство станет рентабельным.  

— Говорят, что гаприн уже тестируют и как питание для человека.

— Да, работа в этом направлении ведется, пищевой гаприн на основе метанотрофных бактерий для людей проходит стадию испытания. Для применения гаприна в качестве пищевой добавки требуется постпроцессинг — получение белкового изолята и удаление бактериальной РНК/ДНК и клеточной стенки. Технологически эта операция несложная, основную трудность представляет прохождение многоступенчатых пищевых испытаний на лабораторных животных, а затем на людях с последующей сертификацией и регуляторным одобрением.

Хотя кормление людей таким продуктом тоже дискуссионный вопрос. С точки зрения нашего восприятия вкуса пищи, как мне кажется, выгоднее гаприном кормить условную семгу, чтобы потом ломоть упитанной слабосоленой рыбки положить на бутерброд. Понятно, что существует рынок спортивного высокоэнергетического питания с долгим периодом хранения белка, и там биопротеин из бактерий будет востребован. Однако этот путь значительно сложнее, чем вывод кормового гаприна на рынок аквакультуры, птицеводства или кормов для домашних животных.  

Контролируемый круговорот углерода

— Что еще, помимо микробного белка, можно культивировать на газе?

— Современные подходы микробиологии и генной инженерии позволяют создавать штаммы микроорганизмов, способных расти на газообразных С₁-субстратах и при этом синтезировать разнообразные целевые химические вещества. К примеру, это могут быть органические кислоты, спирты, биоразлагаемые полимеры, природные пигменты, биотопливо. То есть из газообразных отходов промышленных производств (CH₄, CO, CO₂) можно производить универсальные химические «строительные блоки», используемые для производства продуктов с длинным жизненным циклом, такие как полимеры, лаки, краски.

Развитие технологий на основе С₁-субстратов представляет собой абсолютный приоритет промышленной биотехнологии. Поэтому стратегическая цель для России на горизонте до 2040 года — создание конкурентоспособных технологических решений, опережающих азиатских конкурентов, в том числе за счет перехода от традиционных сахаросодержащих субстратов для крупнотоннажного производства, на которые преимущественно ориентирован Китай, к культивированию на газовых субстратах как более продвинутому технологическому подходу. К этому направлению обращены усилия всех индустриально развитых стран — США, стран ЕС, Индии, Южной Кореи, Японии. Сохраняющиеся в России сильные научные школы в области математики, физики и микробиологии, а также накопленные компетенции в инженерии биореакторов формируют основу для достижения технологического лидерства.

— Если посмотреть в будущее, в каких отраслях биотехнологии найдут наибольшее применение?

— На мой взгляд, а я ратую за промышленные биотехнологии, перспективным направлением является ферментация синтез-газа. Синтез-газ — это смесь монооксида углерода (CO) и водорода (H₂), возможно с примесями CO₂. Синтез-газ можно получить в промышленных масштабах из метана, но это энергоемкий процесс с большим углеродным следом. Однако для биотехнологического применения синтез-газ можно «составлять» из отходов промышленных производств, химических или металлургических, или получать путем газификации отходов растительного происхождения, отходов животноводческих комплексов, пластиков, твердых бытовых отходов, илов с водоочистных станций.

При ферментации синтез-газа, осуществляемом анаэробными микроорганизмами в биореакторе, мы получаем уксусную кислоту, этанол и другие органические соединения. А из этанола уже изготавливается авиакеросин, который попадает в категорию SAF, то есть в экологически чистое авиационное топливо, используемое в реактивных самолетах. Синтез-газ может служить сырьем для производства продуктов, получение которых традиционными методами сопряжено со значительным углеродным следом. Более того, через газификацию растительного сырья или отходов животноводства можно вовлечь биогенный углерод в производственные цепочки химического синтеза.

Направление ферментации синтез-газа менее популярное в России в сравнении с культивированием бактерий на метане. Пока существует только один стартап c1bio, который занимается разработкой биореактора и технологии ферментации синтез-газа.

— Каковы перспективы биотехнологий в глобальном контексте?

— Очень важное направление среди промышленных биотехнологий — производство полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК, в том числе омега-3), содержащихся в микроводорослях и иных микроорганизмах. Это направление представляет собой альтернативу эксплуатации океанических биоресурсов, нагрузка на которые достигла критических значений. Микроводоросли, культивируемые автотрофно (на CO₂) или гетеротрофно (на ацетатах, липидах, сахарах) в биореакторах, то есть в закрытых системах с контролируемыми условиями, перспективны для получения пищевых добавок, фармацевтических субстанций, биопластиков, а также биотоплива, включая авиационный керосин. В тропических странах практикуется выращивание микроводорослей в открытых прудовых системах. Но применительно к российским климатическим условиям необходимо использование биореакторов, что предъявляет повышенные требования к инженерным решениям.

Еще одно значимое направление — промышленная биотехнология полимеров. Существуют две стратегии в экономике полимеров: циркулярная — сбор, переработка, повторное использование и линейная — утилизация с использованием биоразлагаемых полимеров. Биоразлагаемые полимеры, а чаще всего это полигидроксиалканоаты, можно производить на метанотрофах, растущих на метане. В масштабах Европы циркулярная экономика полимеров себя оправдывает: у них высокая плотность населения, короткие логистические плечи на перевозку мусора. Но в России необходимо использовать все-таки комбинацию циркулярной экономики с линейной, так как вывозить мусор с северных территорий, с Дальнего Востока — дорогое удовольствие. Однако просто выбрасывать пластик, который будет разлагаться столетиями, — неправильно. Поэтому линейная экономика в России должна подразумевать использование биоразлагаемых полимеров — использовали, выкинули на свалку и через год от этих бутылок и пленок ничего не осталось. В стране должна быть собственная политика в области полимеров, разумно сочетающая два направления их использования.

Восстановить выпавшее структурное звено

— Кто должен задавать темп в развитии биотехнологий — бизнес или государство?

— Корпоративная стратегия, как правило, ориентирована на минимизацию рисков: приобретение лицензий или запуск производства на основе готовой технологии с референтными мощностями. А реализация проекта с абсолютно новой технологией, крайне затруднительна с точки зрения привлечения инвестиций. Ведь нельзя исключать и того, что ученые в итоге могут сказать: «Извините, не получилось». Тем не менее отдельные подобные проекты существуют и реализуются преимущественно за счет частного меценатства.

Государственное финансирование таких проектов также возможно, однако предполагает ряд ограничений. Как пример — жесткие сроки реализации, когда ставят условие в течение короткого времени построить опытно-промышленную установку определенной производительности. На что ученые резонно отвечают: мы не знаем, получится ли, так как арендованной площадки пока нет, сроки поставки оборудования по параллельному импорту неизвестны. При этом предусмотрены жесткие санкции за неосвоение средств, что делает участие в конкурсах непривлекательным как для научных групп, так и для компаний. В результате складывается патовая ситуация: многочисленные компетентные участники с перспективными научными решениями лишены возможности привлечь финансирование, поскольку система не обеспечивает баланса рисков для всех сторон.

— Где же выход из этой ситуации?

— Ключевая проблема в том, что 1990-е годы в России фактически был ликвидирован целый институциональный сегмент — отраслевые научно-исследовательские институты, которые осуществляли трансфер научных результатов в инженерные прототипы и опытно-промышленные образцы. Решили, пусть наука зарабатывает сама — к ней придет промышленность и даст денег, если идеи умные. Либо промышленность закажет у науки нужную технологию. Только вскоре выяснилось, что академическая наука не располагает компетенциями для финального инженерного оформления разработок, а промышленность не готова приобретать незащищенные результаты, не оформленные в виде лицензионного пакета. Вот в этих ножницах все и застряли, без движения вперед.

Приведу пример, как это работает в Германии. Существует система прикладных исследовательских организаций, таких как Общество Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft), Общество Гельмгольца (Helmholtz-Gemeinschaft), Общество Лейбница (Leibniz-Gemeinschaft), работающих на стыке науки и промышленности. Они фондируются за счет больших индустриальных компаний (примерно 70 процентов) и госдотаций (примерно 30 процентов). Эти институты получают заказы от промышленности на разработки опытно-промышленных установок и самостоятельно или в сотрудничестве с университетами или НИИ решают эти задачи с целью довести научные результаты до уровня прототипов и пилотных решений, пригодных для промышленного внедрения.

Если взять Общество Фраунгофера, основанное в 1949 году в Мюнхене, оно в своем составе имеет 75 институтов по всей Германии и около 32 тысяч сотрудников. Финансируется организация за счет базовых дотаций федерации и земель, а также контрактных исследований для промышленности и конкурентных проектов. Деятельность общества охватывает широкий спектр технологий и направлений, включая квантовые технологии, искусственный интеллект, биомедицину, микроэлектронику, энергетику и другие сферы.

В России тоже необходимо создать такое институциональное звено, которое обеспечивало бы системный трансфер технологий. И работать оно должно на основе запросов индустриальных партнеров отбирать/предлагать перспективные научные результаты и доводить их до стадии технологической готовности, достаточной для опытно-промышленной апробации и последующего масштабирования.

Отдельные функции трансфера технологий сегодня выполняются институтами развития, отраслевыми центрами компетенций, инженерными центрами при университетах. Однако их роль остается фрагментарной, а системная связность в инновационной экосистеме — недостаточной. Для исправления ситуации необходимо комплексное укрепление этих институтов — за счет адекватного целевого финансирования, четкого приоритета государственных задач, формирования прозрачных механизмов взаимодействия всех участников.

— С 1 января 2026 года в России стартовал национальный проект «Технологическое обеспечение биоэкономики». Как он может помочь в развитии белых биотехнологий в стране? Эффективные ли инструменты в него заложены?

— Появление такого нацпроекта, безусловно, позитивный сигнал, ведь он нацелен на достижение технологического суверенитета в сфере биоэкономики к 2030 году и технологического лидерства — к 2036-му. Впервые за постсоветский период государство заявило о системном намерении развивать биотехнологическую отрасль, а не точечно латать дыры отдельными грантами. Уже это важно само по себе. В нацпроекте есть три основных направления: организация производства и стимулирование сбыта, научно-технологическая поддержка и кадровое обеспечение отрасли. Если говорить о промышленной С1-биотехнологии, в частности о производстве гаприна, — это ровно тот набор задач, без которых отрасль не сдвинется с места.

Уже есть первые практические результаты. «Татнефть» в рамках нацпроекта запустила производство микробного белка из природного газа. Это показательный пример: крупная индустриальная компания с доступом к газовому сырью, инфраструктурой и финансовым ресурсом входит в производство гаприна. Уверен, что рамки и стимулы, задаваемые нацпроектом, помогут развиваться таким технологиям и в других компаниях. У России есть научный задел, огромный промышленный потенциал в области С1-биотехнологий, который необходимо реализовать и стать технологическим лидером в этой области.

Но если говорить честно, инструменты нацпроекта пока выглядят скорее декларативными, чем конкретными. На Форуме будущих технологий президент поручил нарастить внебюджетное финансирование и предложить налоговые преференции компаниям, которые создают и внедряют такие биотехнологии, то есть конкретные механизмы еще только предстоит разработать. Главный риск хорошо знаком: нацпроект задает вектор, но не устраняет системный разрыв между академической наукой и промышленным масштабированием. Если в его рамках не будут сформулированы приоритетные государственные цели, не будет создана инфраструктура пилотных установок, не заработают долгосрочные контракты, не будут оформлены бизнес-выгоды, отрасль так и будет ползти по той же траектории, что и раньше: медленно, с опорой на энтузиазм отдельных команд. Нацпроект открыл дверь. Теперь главное — не застрять на пороге.