Создавая вакцины, ученые будут ориентироваться уже не на сами микробы, а на их молекулы. Для получения животных более продуктивных и менее восприимчивых к болезням будут применять технологии генетического редактирования. Также в ближайшие десять лет с помощью новых препаратов человечество должно избавиться от проблемы устойчивости к антибиотикам. Студентам предстоит научиться работать с большими объемами данных. Появится новая информация о влиянии загрязнения окружающей среды на здоровье людей и животных. Ну а на рынке займут свою нишу альтернативные источники белка, полученные из насекомых. Итак, шесть ключевых трендов ближайшего десятилетия от экспертов мирового уровня в сфере ветеринарии и биотехнологий.
НОВЫЕ ВАКЦИНЫ
В ближайшем будущем вакцинация останется главным способом профилактики и контроля инфекционных болезней животных. Три главных направления разработок – структурная вакцинология, рекомбинантные векторные вакцины, ДНК- и РНК-вакцины, рассказал изданию «ВиЖ» доктор Саймон Грэхэм, научный сотрудник британского Института Пирбрайта, одного из лучших в мире научных центров изучения болезней животных. Наука переходит на новый уровень изучения природы – более высокого разрешения. Сейчас, создавая вакцины, ученые работают с вирусами и микробами. Но будущее за разработками на уровне молекул и атомов – «кирпичиков», из которых состоят возбудители болезней.
«Сегодня мы можем детально изучить антигены (отдельные молекулы вируса) и изменить их строение, – рассказывает доктор Саймон Грэхэм. – Сначала мы смотрим, как антиген взаимодействует с клетками иммунной системы животного – B-лимфоцитами. Потом с помощью белковой инженерии меняем части антигена для создания эффективной вакцины». По словам доктора Грэхэма, структурная вакцинология особенно перспективна для борьбы с вирусами, которые быстро меняются и у которых много вариантов – штаммов. Например, это вирус репродуктивно-респираторного синдрома свиней (РРСС). Заболевание, которое еще называют болезнью «синее ухо», впервые появилось в США и Канаде в 1980-е годы. С тех пор РРСС остается одной из главных угроз свиноводству во всем мире.
Другое перспективное направление – рекомбинантные векторные вакцины. Для их создания гены целевого вируса встраиваются в геном другого, менее опасного. То есть получается вирусный «гибрид». К таким вакцинам относится, например, разработанная сотрудниками Оксфордского университета вакцина против лихорадки долины Рифт, которая подходит и для людей, и для животных. Для ее создания ученые использовали аденовирус шимпанзе и встроили в него генетический материал вируса лихорадки долины Рифт. В производстве других перспективных препаратов – ДНК- и РНК-вакцин – используются не сами вирусные частицы (возбудители болезни), а их генетический материал – нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК). «Особенно высок потенциал у РНК-вакцин, их можно производить при невысоких затратах и в большом количестве, соблюдая при этом высокий уровень биобезопасности», – пояснил Саймон Грэхэм.
Как пояснили «ВиЖ» в ФГБУ «Федеральный центр охраны здоровья животных» (ВНИИЗЖ), рекомбинантные векторные вакцины относятся к третьему поколению препаратов и только начинают появляться на мировом рынке. Вакцины из ДНК и РНК, а также препараты структурной вакцинологии, к которым относятся пептидные синтетические вакцины, – это препараты четвертого поколения, на рынке их еще нет. ВНИИЗЖ ведет разработки в этих направлениях. «В свете новых представлений о формировании иммунитета у животных перспективным направлением исследований является создание комбинированных вакцин для профилактики двух и более инфекций», – рассказали во ВНИИЗЖ.
НОВЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
В 2019 году Правительство России утвердило Федеральную научно-техническую программу развития генетических технологий на 2019–2027 годы. Исполнители: Россельхознадзор, Минсельхоз, Минздрав, Российская академия наук, МГУ им. Ломоносова и Санкт-Петербургский государственный университет. В ближайшие семь лет от российских ученых ожидают «разработку не менее 30 линий растений и животных, созданных с помощью генетических технологий» и «не менее 20 генотерапевтических лекарственных препаратов и биомедицинских клеточных продуктов, содержащих клеточные линии с генетической модификацией», сказано в документе. Также к концу десятилетия в России должны появиться центры геномных исследований мирового уровня и новые образовательные программы для подготовки персонала этих центров. «В ближайшие годы на развитие генетических технологий в животноводстве будет выделено множество грантов», – рассказала «ВиЖ» старший преподаватель ветеринарного факультета Донского государственного технического университета (ДГТУ) Майя Вакуленко.
Российские ученые уже используют генетические технологии для выведения новых пород животных. Например, в Ставропольском аграрном университете исследователи работают с генами, увеличивающими мышечную массу животных. Пока эксперименты проводят на рыбе, но в планах – работа с овцами. «Сегодня в мире много научных групп трудится над выведением генетически модифицированных пород животных, невосприимчивых к заболеваниям. Такой подход рассматривается в том числе для борьбы с африканской чумой свиней», – рассказал «ВиЖ» замдиректора ВНИИЗЖ кандидат ветеринарных наук Илья Чвала. «В лечении животных в ближайшее время будут активно использовать достижения в области нейрологии (изучения нервной системы, новые технологии операций на головном мозге). Перспективно создание новых материалов для искусственных органов, а также новые технологии в репродуктологии для получения максимально большого числа потомства за минимальный срок», – рассказал «ВиЖ» врио ректора МВА им. Скрябина Сергей Позябин.
НОВЫЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С АНТИБИОТИКОРЕЗИСТЕНТНОСТЬЮ
Устойчивость (резистентность) бактерий к лекарствам, в том числе к антибиотикам, – одна из самых главных проблем на планете, из-за которой каждый год умирают больше 700 тысяч человек. Глобальных способов противодействия резистентности два. Во-первых, важно прекратить нерациональное использование антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве. Во-вторых, необходимо создать новые антибиотики и альтернативные им препараты для уничтожения опасных бактерий. В ближайшее десятилетие оба направления будут активно развиваться. «Чтобы сократить применение антибиотиков в сельском хозяйстве, необходимо прежде всего повышать уровень подготовки ветеринарных врачей, – рассказал «ВиЖ» преподаватель кафедры биологии и общей патологии ДГТУ Павел Липилкин. – Ведь чаще антибиотики назначаются перестраховочно, а не потому, что было объективное показание. Поэтому важно, чтобы ветеринар был знаком с последними клиническими рекомендациями и мог обосновать назначение препарата».
Другой фронт работы – создание международных информационных систем для быстрого обмена данными об устойчивости бактерий к антибиотикам. В 2019 году в России запущена онлайн-платформа AMRcloud – это ресурс, на котором ученые, врачи, ветеринары могут делиться результатами своих исследований о чувствительности микробов к лекарствам. «Проект не имеет мировых аналогов, – рассказал «ВиЖ» главный разработчик AMRcloud замдиректора НИИ антимикробной химиотерапии Минздрава РФ Алексей Кузьменков. – Ученые со всего мира могут загрузить на онлайн-платформу результаты своих изысканий: данные о конкретных штаммах бактерий и их устойчивости к разным антибиотикам. Затем любой врач или ветеринар может зайти в базу, выбрать нужные ему бактерии и посмотреть, какие антибиотики эффективны», – объяснил «ВиЖ» Алексей Кузьменков.
Микробиолог Константин Северинов, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий, считает перспективным направлением поиск новых природных антибиотиков – микроцинов. В природе антибиотики – это вещества, которые бактерии выделяют для борьбы с другими бактериями. По мнению Северинова и других ученых, на Земле очень много бактерий – по рядка 1030, или нониллион (миллион, биллион, триллион, квадриллион, квинтиллион, секстиллион, септиллион, октиллион и затем следует нониллион. – Прим. ред.). Потенциал большинства из них как источника антибиотиков не исследован. В 2017 году ученые Санкт-Петербургского государственного политехнического университета открыли новый антибиотик, который продуцирует бактерия Streptomonospora alba, изолированная из соленого озера в Китае. Сейчас новый антибиотик изучают. Большинство экспертов убеждены, что поиск новых антибиотиков становится все сложнее. Надежда ученых – новая технология биоинформатического «геномного поиска» (genome mining). Этот метод обработки большого массива данных позволяет находить участки генов бактерий, ответственные за синтез антибиотиков.
Важное направление – создание альтернативных антибиотикам лекарственных средств, например, лекарств на основе бактериофагов – вирусов, пожирающих бактерии. В подведомственном Россельхознадзору ФГБУ «Всероссийский государственный центр качества и стандартизации лекарственных средств для животных и кормов» (ВГНКИ) сейчас разрабатывают фаговый препарат для лечения и профилактики сальмонеллеза у поросят. В таких лекарствах ученые иногда используют «коктейли фагов», то есть сочетают несколько вирусов, чтобы охватить как можно больше бактерий.
НОВЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ В ВУЗАХ ПО АНАЛИЗУ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА ДАННЫХ
Развитие новых технологий, в том числе генетических, приводит к тому, что в ветеринарной науке накапливается огромное количество информации о строении молекул, генов и их участков. Эксперты считают, что уже сейчас в отрасли не хватает специалистов, владеющих навыками анализа этих массивов данных, математического и компьютерного моделирования. Особенно востребовано сочетание знания генетических технологий, молекулярной биологии со знанием математики и статистики. «Например, для разработки вакцин сегодня требуется математический расчет интенсивности иммунного ответа, изучение клеточных и молекулярных механизмов развития иммунитета, расшифровка структуры антигенов и кодирующих генов, компьютерное моделирование и подбор потенциальных эпитопов (участков вирусных молекул)», – рассказывает Илья Чвала.
«Обработка больших массивов данных должна быть отдельным направлением подготовки, в наши дни это становится важным навыком. В ветеринарии, думаю, это так же важно, как в медицине», – рассказал «ВиЖ» Алексей Кузьменков, замдиректора НИИ антимикробной химиотерапии (г. Смоленск), кандидат медицинских наук, специалист по обработке биомедицинских данных. Тем не менее многие аграрные и ветеринарные вузы России сегодня недотягивают даже до более простых требований индустрии.
НОВЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВЛИЯНИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЛЮДЕЙ И ЖИВОТНЫХ
«Человечество пытается покорить космос, хотя очень многие важные процессы на Земле, происходящие вокруг нас, остаются неизученными. Например, еще многое неизвестно про загрязнение окружающей среды», – рассказали «ВиЖ» в Чешском агротехническом университете в Праге. Химическому загрязнению окружающей среды будет уделяться все больше внимания в ближайшем будущем, считают ученые. Появятся новые способы рекультивации земель, очистки загрязненных пестицидами сточных вод с сельхозполей. Пополнятся знания о химических процессах, которые происходят с антибиотиками, пестицидами, стойкими органическими загрязнителями, когда они попадают в почву и водоемы. Появится больше информации о влиянии новых видов загрязнителей на здоровье человека и животных.
Например, полибромированные дифенилэфиры (ПБДЭ) – относительно новый класс органических загрязнителей, созданных человеком. Эти вещества придают предметам огнеупорные свойства, их используют в производстве электронной техники, мебели, стройматериалов. ПБДЭ окружают нас повсюду: они накапливаются в бытовой пыли и жировых тканях животных, в том числе промысловых рыб.
Ученые Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) обнаружили ПБДЭ в тканях почти всех видов промысловых рыб Балтийского моря: шпрота, салаки, сельди, трески. Ученые предполагают, что ПБДЭ могут быть небезопасны. В экспериментах с мышами и крысами ПБДЭ негативно действовали на центральную нервную систему животных, работу щитовидной железы, печени, репродуктивную функцию. Уже сейчас начались более масштабные исследования влияния ПБДЭ и подобных им техногенных загрязнителей на здоровье человека и животных. «Бромированные дифенилэфиры очень распространены, но до сих пор в мировой практике нет единых стандартных методов выявления этих соединений в продуктах питания и окружающей среде», – рассказали «ВиЖ» в ВГНКИ.
НОВЫЕ ИСТОЧНИКИ БЕЛКА ДЛЯ ПИТАНИЯ ЛЮДЕЙ
В 2018 году международная группа экспертов под эгидой Вагенингенского университета (Нидерланды) составила список продуктов будущего – альтернативных мясу животных источников белка. По мнению ученых, эти продукты способны сократить проблему голода в развивающихся странах. К еде будущего отнесли: мидий и других моллюсков; личинок мучного жука (Tenebrio molitor); опарышей (личинок мух); личинок черных львинок (родственных мухам насекомых); водоросли хлореллу, спирулину, сахаристую ламинарию; микопротеин (переработанный субстрат гриба Fusarium venenatum); мясо, выращенное из клеток животных в условиях лаборатории. Продукты из этих ингредиентов уже сегодня производят некоторые компании.
Например, в 2019 году в меню KFC в Великобритании появились бургеры Imposter («самозванец, обманщик») – мясная котлета в них заменена на грибной протеин Fusarium venenatum. «В ближайшие годы число производителей продуктов на основе этих ингредиентов значительно увеличится, – уверены в Вагенингенском университете. – Все продукты из списка еды будущего производить экономически выгоднее, чем выращивать сельхозживотных. И эти продукты не наносят существенного ущерба окружающей среде».
«Рост населения на планете Земля делает продукцию животноводства практически недоступной для некоторых людей, – говорит Илья Чвала. – Замена мяса на альтернативные источники белка, возможность крупномасштабного синтеза в перспективе будет иметь место». «Однако важно понимать, что человек, являясь изначально существом всеядным, должен потреблять какое-то количество мяса и мясо-молочной продукции для удовлетворения потребностей организма в аминокислотах, животных жирах и других веществах. Поэтому составлять диету на основе только альтернативных источников белка не вполне корректно», – сообщил «ВиЖ» кандидат биологических наук доцент кафедры биология и общая патология ДГТУ Александр Евсюков.