Описание
Модель СТП основана на разработке и трансфере биотехнологических разработок, базирующихся на современных методах биоинженерии, непосредственно из университета в реальный сектор экономики по принципу “технология под ключ”. Единым базисом для биотехнологических разработок проекта является понимание биохимических и генетических основ биологических объектов. Этот подход предполагает проекцию видения глобальных трендов развития биотехнологии на экономические процессы в Сибирском регионе и Российской Федерации с целью формирования новых производств, компетенций и рынков.
Реализация СТП предполагает получение эффектов для отраслей экономики:
снижение зависимости пивоваренной отрасли Российской Федерации от зарубежных поставок хмелепродуктов (из-за недостаточного развития хмелеводства, в том числе количества, качества и ассортимента посадочного материала, отсутствия питомников и слабого развития селекции хмеля), сопутствующим процессом по устранению данной зависимости станет создание консорциума образовательных, научных и производственных организаций в области хмелеводства в Российской Федерации;
преодоление зависимости аквакультуры от химических средств активации корма (из-за низкого процента выклева цист галофильного рачка Artemia – самого ценного подвижного корма для аквакультур);
устранение массового распространения инфекционных заболеваний растений в закрытом грунте (теплицах);
решение проблем истощаемости и ограниченности растительных лекарственных ресурсов;
технологическое обеспечение ускоренной селекционной работы сельскохозяйственных растений и животных.
Социальная значимость проекта заключается в позиционировании российской науки как высокотехнологичной отрасли, направленной на решение конкретных прикладных проблем, что повысит привлекательность АлтГУ для абитуриентов, а также позволит готовить специалистов по востребованным в реальном секторе экономики направлениям. Экологизация производств, а также разработка методов производства сырья, ранее изымаемого исключительно из природы, реализует в ходе выполнения проекта второе социально-значимое направление – защита экологии. Популяризации науки способствует широкое освещение проекта АлтГУ в сети интернет благодаря лидирующим позициям университета среди региональных вузов России в рейтинге медийной активности.
Цели и задачи стратегического проекта
Цель стратегического технологического проекта (СТП) – достижение наивысшего технологического уровня владения биотехнологической инженерией управления свойствами живых объектов на национальном и международном уровнях и создание востребованных биотехнологических разработок для существующих и новых рынков.
Задачи СТП:
технологическое и территориальное развитие Большого Алтая на основе уникальных природных характеристик и абсолютных конкурентных преимуществ;
разработка и внедрение инновационных биотехнологических решений для управления свойствами живых объектов с целью повышения их продуктивности, устойчивости к внешним факторам и улучшения качества производимых продуктов и их адаптация под требования квалифицированных заказчиков и партнеров;
повышение роли университета на национальном и международном уровнях как интегратора передовых научных знаний в области биотехнологии и основанных на них технологических решений и подготовки кадров для биоэкономики;
укрепление позиций биотехнологического кластера университета в системе отечественных биокластеров на пути к формированию международного центра компетенций и высших квалификаций в сфере изучения, сохранения биоразнообразия и генетических ресурсов Большого Алтая, созданию и масштабированию технологий для повышения продуктивности сельского хозяйства;
развитие механизмов для технологического лидерства и сырьевой независимости на основе использования биологического сырья и природных ресурсов Алтая и уникального интеллектуально-технического потенциала;
снижение импортозависимости и обеспечение палитры решений для национального преимущества перед зарубежными аналогами, формирование собственных производственных и кооперационных цепочек в пищевой и перерабатывающей промышленности.
Описание потребностей и/или проблем, решаемых в рамках реализации стратегического технологического проекта
В современном мире происходят значительные трансформации в области производства продуктов питания, сельского хозяйства, получения энергии и утилизации отходов. На смену интенсивному использованию химических средств защиты растений, антибиотиков, репеллентов приходит использование более мягких и щадящих биологических методов. Аналогично в сфере производства продовольствия все большую роль играют биотехнологические подходы и продукты. Однако на пути широкого внедрения биотехнологических разработок по-прежнему множество актуальных научных, технологических и организационных проблем. Живые организмы (главным образом микроорганизмы, грибы и растения) являются основой пищевых цепочек и выступают источниками питательных веществ и биологически активных соединений. Однако традиционные методы хозяйствования зачастую не позволяют в полной мере использовать потенциал этих организмов. Биотехнология предлагает альтернативный подход, что позволяет производить белок, аминокислоты, витамины и другие полезные вещества с использованием гетерологических хозяев, таких как бактерии, дрожжи, водоросли и плесневые грибы, многие из которых способны к быстрому росту, просты с точки зрения условий культивирования и ее невысокой стоимости. Поскольку биологически активные соединения нередко являются продуктами нематричного синтеза, они не могут быть закодированы одним геном, все более популярными становятся проекты метаболической инженерии целых биохимических путей. Регулирование собственных метаболических путей хозяина является инструментом, позволяющим не просто разрабатывать продуценты биологически активных веществ, но и программировать свойства организма для выполнения тех или иных функций. В масштабном смысле проект направлен на решение двух ключевых проблем: продовольственной и ресурсной. Продовольственная проблема остается одной из самых острых для человечества. Голод затрагивает не только страны третьего мира, но и социально благополучные государства. Глобальный продовольственный кризис 2022–2023 годов затронул до 0,8–1,7 млрд человек в 82 странах. Несмотря на растущий спрос на сельхозпродукцию, предложение сокращается, а зависимость от погодных условий делает производство уязвимым. Биотехнологии предлагают решение: они не только увеличивают выход продукции, но и снижают зависимость от внешних факторов, например, за счет использования автономных систем, таких как биореакторы. Проблема истощения ресурсов также требует внимания. Интенсивная эксплуатация почв, популяций растений и животных, эрозия пастбищ и загрязнение водоемов уже привели к критическому истощению природных ресурсов. Биотехнологии, включая производство кормового белка, витаминов и средств защиты растений в автономных системах, а также внедрение методов интенсификации – маркер-направленной селекции, внедрение интеллектуальных технических систем, методов ускоренного размножения и поиск новых продуцентов соединений могут минимизировать нагрузку на природу и способствовать рациональному использованию ресурсов.
Описание предлагаемых решений
Идея СТП заключается в разработке и трансфере биотехнологических разработок, базирующихся на подходах и методах современной инженерной биотехнологии в реальный сектор экономики. Единым базисом для разработки всех биотехнологических решений проекта служит понимание биохимических и генетических основ биологических объектов. Этот подход предполагает проекцию видения глобальных трендов развития биотехнологии на экономические процессы в Сибирском регионе и РФ с целью формирования новых производств, компетенций и рынков. Решение обозначенных проблем будет базироваться на комплексном подходе, включающем работы по внедрению новых биотехнологических методов, конструированию штаммов, разработке биологических препаратов, по внедрению и трансферу полученных продуктов и технологий совместно с индустриальными партнерами. Решение проблем – это не только конкретные научные исследования или разработки, но и в большей степени механизм, позволяющий выстроить эффективный трансфер в виде интерактивной модели инновационного развития университета: - обеспечение разработки новых идей на всех стадиях инновационного процесса, а не только за счет полученных знаний от фундаментальных исследований; - обеспечение коммерциализации результатов исследований в различных формах на всех стадиях инновационного процесса; - обеспечение взаимодействия между стадиями инновационного процесса в виде обратной связи, задача которой – не допустить разделения отдельных процессов проекта на независимые или слабо зависимые части, для сокращения длительности инновационных процессов (допускается одновременное проектирование, маркетинг и производство нового продукта с разной степенью готовности технологии); обеспечение обратных связей не только в рамках университета, но и во взаимосвязи с рынком, потребителями, а также с другими экономическими субъектами; - увеличение значимости потребителей и менеджеров отдельных процессов проекта в принятии решений при обеспечении их необходимыми конкретными знаниями по вопросам коммерциализации технологий, охраны и использования интеллектуальной собственности, управления инновационными проектами, бизнес-планирования, прогнозирования и оценки коммерческой значимости (потенциала) новых продуктов и технологий. Для решения частных задач будет разработана платформа для генетической и метаболической инженерии ряда микроорганизмов, бактерий и дрожжей, проведена работа по созданию технологии производства адаптированного посадочного материала хмеля с использованием биотехнологических методов. Разработана технология повышения выклева цист артемии альтернативными способами, в том числе биологическими. Разработаны инновационные биологические препараты для растениеводства и технологические карты выращивания лекарственных растений. Будет проведена разработка методов генотипирования сортов сельскохозяйственных растений и животных для целей ускоренной селекции, а также внедрены на практике технологии машинного зрения и интеллектуальные системы в аграрный сектор, позволяющие интенсифицировать производство. Целевые рынки для биотехнологических разработок СТП описаны ниже. Рынок продуктов, получаемых при помощи микробных продуцентов и биологических препаратов, которые включают рекомбинантные штаммы, можно оценить по таким ключевым позициям, как кормовые аминокислоты, ферменты и биологические препараты. К сожалению, по всем этим позициям РФ является импортером и, несмотря на отдельные успехи, зависима от поставок из-за рубежа. По данным отчетов по рынку комбикормов и кормовых добавок BusinesStat, ROIF Expert, GfK, Nielsen, данным союза комбикормщиков России и национальной мясной ассоциация и данным Росстата, в 2020 г. объем рынка кормовых аминокислот в России оценивался в 150-200 тыс. тонн. В денежном выражении это могло составлять 26-35 млрд рублей. Объем рынка ферментов в России также в 2020 г. оценивался в 50-70 тыс. тонн. В денежном выражении это могло составлять 12-20 млрд рублей. Для обеих отраслей наблюдается устойчивый рост. Рынок биопрепаратов для сельского хозяйства в России активно развивается, что связано с растущим интересом к экологически чистым и устойчивым методам ведения сельского хозяйства. Биопрепараты включают в себя биоудобрения, биопестициды, биофунгициды и другие продукты на основе микроорганизмов или природных соединений. Согласно отчетам по рынку биопрепаратов и органического сельского хозяйства BusinesStat, ROIF Expert, Research.Techart, данным национального органического союза и ассоциации производителей биопрепаратов, в 2020 г. объем рынка биопрепаратов в России оценивался в 25-38 млрд. рублей. Ожидается, что к 2025 г. рынок может вырасти до 45 млрд. рублей благодаря увеличению спроса на экологически чистые продукты и поддержке государства. Рынок хмеля в России максимально зависим от импортных поставок (97%). Доля российского производства хмеля в глобальном масштабе всего 0,02%. Основная масса хмеля используется в пивоварении, также имеется значительный потенциал в фармацевтике и косметологии. Совокупный объем спроса на хмель в России оценивался в 60-65 млн. долларов в 2023 г., с ожидаемым ростом рынка к 2029 г. до 73 млрд. рублей (BOKS Consulting, 2024). В натуральном выражении российские предприятия потребляют около 5 тонн хмелепродуктов в год. По экспертным оценкам в России к 2030 году нужно почти в 50 раз увеличить площадь хмельников, но наблюдается острый дефицит качественного посадочного материала как по количественным показателям, так и по ассортименту, в постсоветский период практически утрачена система питомниководства и селекции хмеля. Завоз импортного посадочного материала затруднен и зачастую невозможен в силу законодательного регулирования отдельных стран. Разработанная АлтГУ технология производства саженцев хмеля с использованием биотехнологических методов при масштабировании позволит снять остроту проблемы на формирующемся рынке посадочного материала хмеля. Рынок артемии. Россия (наряду с Казахстаном, Китаем и США) входит в число ведущих стран, поставляющих цисты артемии на мировой рынок. Предполагается, что спрос на объекты аквакультуры будет постоянно расти, соответственно и на живой корм в виде артемии тоже. География поставок цист артемии носит специфический характер – продукция востребована на азиатских и латиноамериканских рынках, которые ориентированы на выращивание креветки. Это позволило Российским экспортерам сохранить налаженные каналы сбыта даже на фоне санкционного давления. В фокусе внимания – технологии повышения выклева цист артемии, что значительно повышает стоимость данного ресурса. Рынок лабораторной диагностики и диагностических тест-систем для сельского хозяйства. С 2020 года российский рынок лабораторной диагностики в своем развитии прошел несколько этапов. Резкий всплеск востребованности диагностических услуг на фоне пандемии коронавируса сменился периодом ожидания определенности из-за ухода ряда зарубежных производителей и поставщиков в 2022 году, необходимости замещения ряда реагентов от ушедших производителей. Основными точками роста на настоящее время является разработка российской реагентной и приборной базы, а разработка в рамках проекта комплектов диагностических реагентов для аграрного сектора соответствует сложившимся тенденциям. Рынок сельскохозяйственной автоматизации. По данным Spherical Insights, ожидается, что в течение прогнозируемого периода Азиатско-Тихоокеанский регион будет занимать наибольшую долю мирового рынка оборудования для автоматизации сельского хозяйства. Учитывая высокие темпы внедрения методов точного земледелия, производители оборудования все больше внимания уделяют использованию передовых датчиков и аналитики для повышения эффективности своих методов выращивания сельскохозяйственных культур. В связи с этим ожидается высокая востребованность разработанных в ходе реализации проекта алгоритмов обработки данных сенсоров и программного обеспечения роботизированных систем для сельского хозяйства. Реализация СТП предполагает продвижение и широкое распространение исследовательской культуры и практики создания биопродуктов и биотехнологий посредством трансфера знаний, исследовательских компетенций и практических навыков из области биоэкономики, ИИ, генетических технологий в образовательные программы. Сложившиеся партнерские отношения АлтГУ с крупными организациями реального сектора экономики (ООО “Пивоваренная компания “Балтика”, ООО “Арсал”, ООО ПО “Сиббиофарм”, ООО “Барнаульская биофабрика”, группа компаний “Семена Алтая”, ЗАО “Эвалар”, ООО “Сашера-Мед”) показали необходимость разработки технологий “под ключ” с учетом особенностей производственных цепочек конкретного предприятия. При этом внедряемые технологии должны сохранять гибкость с перспективой масштабирования или трансфера, что не может быть обеспечено предприятиями самостоятельно ввиду сложившейся десятилетиями политики закупки зарубежных готовых технологий, отсутствия групп разработчиков и необходимости охраны коммерческой тайны. Особенностью развития образования, подготовки кадрового резерва для БиоТех рынка и наработки компетенций стала внедренная модель “научных спутников кафедр” в виде научных и учебно-исследовательских подразделений университета. Созданные при участии и совместно с институтами Академии наук научные подразделения университета в области биотехнологий и биоразнообразия выполняют ряд традиционных и инновационных задач: проведение НИР, диссертационных работ, молодежных научных школ, профильных смен и факультативов под руководством ведущих ученых, согласование исследовательской повесток и передовых методик “университетской” и “академической” наук, а главное формирование кадрового резерва и предоставление молодежи всех возможностей (научная среда, инфраструктура, самореализация и творчество) при университете. Это особенно важно при близком соседстве институтов Академии наук Новосибирска и Томска. Одним из ярких примеров является направление комплексного решения задач ускоренного развития генетических технологий и управления свойствами живых объектов под руководством О.И. Лаврик, академика РАН, д.х.н., зав. кафедрой физико-химической биологии и биотехнологии АлтГУ, созданной в партнерстве с ИХБФМ СО РАН. Портфель образовательных программ и инициатив будет реализован на базе Центра опережающей подготовки и переподготовки квалифицированных кадров по направлению продовольственной безопасности и биоэкономики. Портфель включает проектирование и реализацию ОПОП и допквалификаций, ориентированных на высший уровень исследовательских компетенций с обязательным включением компетенций сквозных и критичных технологий по направлениям: биоинженерия и биоинформатика, цифровой след природных ресурсов Алтая, промышленная биотехнология для биоэкономики, молекулярно-генетические методы и ДНК-маркеры, ускоренная селекция и генная инженерия, современные методы биотехнологии растений, животных и грибов, биоинформатика, статистика и проточная цитометрия, рекомбинантные технологии: от гена до фермента. При работе с особо одаренными школьниками в формате летнего лагеря будут регулярно проходить профильные образовательные смены по передовым методам в биотехнологии, решение практических кейсов, проведение практических мастер-классов от молодых и состоявшихся ученых в реальных исследованиях на базе лабораторий университета.
Описание ключевых результатов стратегического технологического проекта
Качественные результаты реализации СТП к 2036 г.: • разработана платформа для генетической и метаболической инженерии ряда микроорганизмов, бактерий и дрожжей; • сформирован портфель перспективных технологий для национального реестра развития биоэкономики; • создан комплекс инструментов и методов для проведения генной и метаболической инженерии; • создана коллекция рекомбинантных плазмид, содержащих «полезные» гены; • создана коллекция отечественных стабильных высокопродуктивных штаммов микроорганизмов с конкурентоспособными характеристиками; • создана линейка штаммов продуцентов биологически активных веществ белковой и небелковой природы; • создана отечественная технология производства адаптированного посадочного материала хмеля с использованием биотехнологических методов; • созданы отечественные цифровые решения для получения стандартизированных изображений семян плодов и листьев растений, обработки данных о состоянии окружающей среды и составе биологических сред на основе технологий машинного зрения и интеллектуальных систем, позволяющих интенсифицировать сельскохозяйственное производство; • впервые произведен трансфер технологии повышения выклева цист артемии альтернативными способами, в том числе биологическими; • разработаны инновационные биологические препараты для растениеводства и технологические карты выращивания лекарственных растений алтайского макрорегиона; • впервые проведена разработка методов генотипирования сортов сельскохозяйственных растений и животных для целей ускоренной селекции; • созданы и реализуются новые образовательные программы с целью продвижения и широкого распространения исследовательской культуры и практики создания биопродуктов и биотехнологий, устранения разрыва в компетенциях по созданию, внедрению и масштабированию инновационных биотехнологических разработок. Целевые количественные показатели (индикаторы) реализации СТП к 2036 г: • создан Центр прототипирования и масштабирования биотехнологических разработок на базе АлтГУ – 1 ед.; • разработана платформа для генетической и метаболической инженерии ряда микроорганизмов, бактерий и дрожжей – 1 ед.; • создан Центр опережающей подготовки и переподготовки квалифицированных кадров по направлениям продовольственной безопасности и биоэкономики – 1 ед.; • разработано биотехнологическое оборудование для сельского хозяйства и семеноводства – не менее 2 ед.; • внедрено биотехнологических разработок на предприятиях реального сектора экономики – не менее 8 ед.; • зарегистрировано патентов, авторских свидетельств и других РИД на биотехнологические разработки – не менее 10 шт.; • разработано технологических регламентов на продукты биоэкономики для предприятий реального сектора экономики – не менее 3 шт.; • разработано ТУ на препараты и оборудование и наборы реагентов – не менее 6 шт.; • разработаны диагностические тест-системы для селекции и аграрного сектора – не менее 5 шт.; • успешно реализовано проектов в рамках стратегического технологического проекта – не менее 20 шт., в том числе с привлечением внешних источников финансирования в размере не менее 2 рублей на 1 рубль вложенных со стороны АлтГУ средств – не менее 5 шт.; • заключено лицензионных соглашений – не менее 10 шт.; • привлечено внешнего финансирования для реализации проектов на биотехнологические разработки – не менее 80 млн руб.; • вовлечено обучающихся в исследовательские и технологические проекты в области биоэкономики и продовольственной безопасности – не менее 10 чел. ежегодно; • новые образовательные программы по направлениям продовольственная безопасность и биоэкономика – не менее 10 шт. Прогресс достижения этих показателей будет оцениваться ежегодно.
