Ви­сокі тех­но­логії в сільсько­му гос­по­дарстві

XXI ст. увійде в історію людства як століття біотехнологій. Уже з 2013 р. у країнах Євросоюзу та в США заборонено понад 600  діючих речовин хімічних засобів захисту рослин. Перед найбільшими гравцями ринку пестицидів — компаніями БАСФ, «Байєр», «Дюпон», «Сингента» та ін. — поставлено умову: введення до 2020 р. в асортимент продукції не менш 20% препаратів біологічного походження.

Ос­танні два-три ро­ки оз­на­ме­ну­ва­ли­ся найбільши­ми уго­да­ми з прид­бан­ня ци­ми ком­паніями біологічних під­приємств: БАСФ прид­бав «Бек­кер Ан­дер­вуд», «Байєр» — «Агрі Квест», «Монсанто» ого­ло­си­ла про злит­тя з «Но­во­зай­ме­сом». Та­ка тен­денція цілком зро­зуміла й свідчить про трен­ди та пріори­те­ти в роз­вит­ку біотех­но­логічної га­лузі.
Над чим сьо­годні пра­цю­ють учені-мікробіоло­ги й творці мікробіологічних пре­па­ратів нашому журналу роз­повів Олег Тру­фа­нов, кан­ди­дат біологічних на­ук, завідувач дослідницької лабораторії ГК «Біона».

За­сто­су­ван­ня мікробіологічних пре­па­ратів у сільсько­му гос­по­дарстві зро­с­тає день від дня. Вод­но­час нерідко сільгоспви­роб­ни­ки на прак­тиці сти­ка­ють­ся з си­ту­аціями, ко­ли пре­па­ра­ти про­сто не пра­цю­ють. Із чим це пов’яза­но?
— Ва­ша прав­да, сьо­годні вже не потрібно пе­ре­ко­ну­ва­ти про­фесіоналів аг­рар­но­го сек­то­ру в по­требі й ко­ристі від за­сто­су­ван­ня мікробіологічних пре­па­ратів.
Са­ме мікро­ор­ганізми по­кли­кані ви­ве­с­ти на­шу цивілізацію, що стоїть нині на по­розі еко­логічної ка­та­ст­ро­фи, із за­ча­ро­ва­но­го ко­ла са­мо­от­руєння й са­мо­зни­щен­ня.
Од­нак, крім оче­вид­них пе­ре­ваг, аг­ро­но­ми-прак­ти­ки, що ре­гу­ляр­но ви­ко­ри­с­то­ву­ють мікробіологічні пре­па­ра­ти, сти­ка­ють­ся з низ­кою про­блем, які най­частіше є наслідком ос­нов­но­го до­стоїнства мікроб­них пре­па­ратів, а са­ме: ви­со­кої біологічної ак­тив­ності жи­вих мікро­ор­ганізмів. Річ у то­му, що в про­цесі життєдіяль­ності кліти­ни мікро­ор­ганізмів виділя­ють у куль­ту­раль­ну ріди­ну про­дук­ти обміну ре­чо­вин, які, з од­но­го бо­ку, спри­ят­ли­во впли­ва­ють на рос­ли­ни, а з дру­го­го — у ви­со­ких кон­цен­т­раціях згубні для са­мих мікро­ор­ганізмів-про­ду­центів. У цьо­му явищі не­має нічо­го див­но­го, ад­же те са­ме відбу­вається з будь-яким мікробіологічним про­дук­том, на­при­клад, з йо­гур­том, ке­фіром, ви­ном або пи­вом. До то­го ж зго­дом кліти­ни бак­терій осіда­ють, а їхня щільність на дні та­ри зро­с­тає, що теж при­зво­дить до зни­жен­ня їхньої жит­тєздат­ності.
Не­спри­ят­ливі умо­ви се­ре­до­ви­ща, такі як по­су­ха, ви­со­ка се­ред­нь­о­до­бо­ва тем­пе­ра­ту­ра, на­явність у грунті за­лишків хімічних пе­с­ти­цидів і важ­ких ме­талів, теж справ­ля­ють згуб­ну дію на живі мікро­ор­ганізми й мо­жуть зни­жу­ва­ти по­зи­тив­ний ефект від за­сто­су­ван­ня мікро­біологічних пре­па­ратів.
Крім то­го, сильні дощі мо­жуть зми­ти мікро­ор­ганізми з по­верхні рос­ли­ни, особ­ли­во, як­що під час на­не­сен­ня пре­па­ра­ту не бу­ло ви­ко­ри­с­та­но ад’юванта-при­ли­пача.

От­же, щоб мікробіологічний пре­па­рат ефек­тив­но «за­пра­цю­вав», йо­му тре­ба ство­ри­ти спри­ят­ливі умо­ви? Та чи завжди в ко­ри­с­ту­ва­ча є мож­ливість для цьо­го? Най­частіше, її не­має…
— У по­льо­вих умо­вах, як во­дить­ся, ство­ри­ти для жи­вих мікро­ор­ганізмів іде­аль­не се­ре­до­ви­ще, справді, ду­же й ду­же склад­но. Тож для розв’язання цієї про­бле­ми вчені роз­роб­ля­ють нові фор­ми та­ких мікроб­них пре­па­ратів, у яких мікро­ор­ганізми бу­дуть за­хи­щені від не­спри­ят­ли­вих умов на­вко­лиш­нь­о­го се­ре­до­ви­ща, де їм бу­де ство­ре­но аб­со­лют­но нові умо­ви для життєдіяль­ності, що, своєю чер­гою, підви­щить ступінь їхньої ви­жи­ва­ності й ак­тив­ності.

Ба­чен­ня рішен­ня вже є. І це до­б­ре. Але як бу­ти сільгоспви­роб­ни­кові, в яко­го й досі за­сто­су­ван­ня мікро­біологічних пре­па­ратів не та­ке ефек­тив­не, як хотіло­ся б... Чи вда­ють­ся ви­роб­ни­ки мікроб­них про­дуктів до ре­аль­них кроків поліпшен­ня си­ту­ації?
— На­ука не стоїть на місці. Ана­логічну про­бле­му роз­роб­ля­ли вчені-ме­ди­ки. Во­ни пра­цю­ва­ли над ство­рен­ням за­хи­ще­них пробіотич­них пре­па­ратів, які без ри­зи­ку роз­щеп­лен­ня трав­ни­ми фер­мен­та­ми та кис­ло­тою шлун­ко­во­го со­ку, убез­пе­чені від впли­ву інших чин­ників, мог­ли б бу­ти ус­­пішно до­став­лені до міс­ця при­зна­чен­ня — в шлун­ко­во-киш­ко­вий тракт.
Учені Німеч­чи­ни та Японії з цим за­вдан­ням успішно впо­ра­ли­ся: во­ни роз­ро­би­ли тех­но­логію інкап­су­лю­ван­ня пре­па­ратів.

У чо­му суть цієї тех­но­логії?
— Ко­рот­ко, інкап­су­лю­ван­ня — це про­цес іммобілізації мікро­ор­ганізмів у полімер­них носіях різно­го по­хо­д­жен­ня. Од­ним із най­е­фек­тивніших носіїв для мікро­ор­ганізмів є біоде­гра­ду­ю­чий при­род­ний поліса­ха­рид, який одер­жу­ють із морсь­ких во­до­ро­с­тей. Про­цес об’єднує такі ета­пи, як при­го­ту­ван­ня імобі­лі­за­ційної суміші, що скла­дається з роз­чи­ну поліса­ха­ри­ду, куль­ту­ри мікро­ор­ганізму й функціональ­них до­ба­вок і одер­жан­ня кап­сул (на­далі — гра­нул) спо­со­бом роз­пи­лен­ня от­ри­ма­ної суміші у фіксу­валь­ний роз­чин, де мо­ле­ку­ли поліса­ха­ри­ду з’єдну­ють­ся по­пе­реч­ни­ми зшив­ка­ми, фор­му­ю­чи гра­ну­ли ге­лю. Одер­жані гра­ну­ли відми­ва­ють від фіксу­валь­но­го роз­чи­ну, кла­дуть у роз­чин зберіган­ня й відправ­ля­ють на фа­су­ван­ня. У де­я­ких ви­пад­ках, на­при­клад, у разі одер­жан­ня гра­нул із пробіотич­ни­ми мікро­ор­ганізма­ми, в тех­но­логічний про­цес до­да­ють на­не­сен­ня на гра­ну­ли до­дат­ко­вої за­хис­ної обо­лон­ки для ще ви­що­го сту­пе­ня за­хи­с­ту від дії аг­ре­сив­но­го се­ре­до­ви­ща шлун­ка.

І як цю тех­но­логію, роз­роб­ле­ну для ви­ко­ри­с­тан­ня в ме­ди­цині, мож­на при­сто­су­ва­ти до по­треб сільсько­го гос­по­дар­ст­ва?
— Опи­ра­ю­чись на досвід інкап­су­лю­ван­ня в ме­ди­цині, а та­кож на су­часні до­сяг­нен­ня в га­лузі мікробіології та біотех­но­логії, гру­па вче­них, до скла­ду якої вхо­ди­ли й фахівці ГК «Біона», роз­ро­би­ла зовсім но­ву тех­но­логію ви­роб­ництва пре­па­ратів для по­треб сільсько­го гос­по­дар­ст­ва.
Ця тех­но­логія дає мож­ливість ство­рю­ва­ти ви­со­ко­е­фек­тивні біоп­ре­па­ра­ти з аб­со­лют­но но­ви­ми вла­с­ти­во­с­тя­ми. Мікро­ор­ганізми, за­кла­дені в гра­ну­лу (розмір якої мо­же варіюва­ти від 0,01до 1 мм, що виз­на­чається технічни­ми па­ра­ме­т­ра­ми ус­тат­ку­ван­ня), за­хи­щені від згуб­но­го впли­ву зовнішніх фак­торів. Відо­мо, що ба­га­то мікро­ор­ганізмів у при­род­но­му се­ре­до­вищі виділя­ють ек­зо­поліса­ха­рид і фор­му­ють до­вко­ла клітин за­хис­ну обо­лон­ку, що сприяє ви­жи­ван­ню в не­спри­ят­ли­вих умо­вах.
В азотфікса­торів та­ка обо­лон­ка пе­ре­шко­д­жає ди­фузії кис­ню й за­без­пе­чує умо­ви для ро­бо­ти нітро­ген­но­го ком­плек­су. В та­кий спосіб гра­ну­лю­ван­ня мікро­ор­ганізмів у поліса­ха­рид­ний гель за­без­пе­чує при­род­ний за­хист від не­га­тив­них чин­ників се­ре­до­ви­ща.
Інкап­су­ляція мікро­ор­ганізмів у поліса­ха­рид­ний гель змен­шує їхні втра­ти після на­не­сен­ня на насіння або ве­ге­ту­ючі рос­ли­ни че­рез зми­ван­ня до­ща­ми чи грун­то­ви­ми во­да­ми. У поєднанні із за­хи­щеністю від дії зовнішньо­го се­ре­до­ви­ща це за­без­пе­чує ви­со­ку ефек­тивність но­во­го пре­па­ра­ту.
На­при­клад, у ви­роб­ни­чо­му досліді, який про­ве­ли вчені, за­сто­су­ван­ня гра­ну­ль­о­ва­но­го пре­па­ра­ту для об­роб­ки на­сіння сої по­спри­я­ло збільшен­ню ча­ст­ки рос­лин із буль­боч­ка­ми на 30%, а ма­си буль­бо­чок на рос­лині в 5 разів і підви­щен­ню вро­жай­ності на 15%, як­що по­рівню­ва­ти зі зви­чай­ним рідким біоп­ре­па­ра­том. Знач­но збільши­ло досліджу­вані по­каз­ни­ки за­сто­су­ван­ня ад’юван­та-при­ли­па­ча.
Кон­цен­т­рація поліса­ха­ри­ду в іммо­білізаційній суміші виз­на­чає, наскільки щільною бу­де струк­ту­ра ге­лю в гра­нулі, впли­ває на час ви­хо­ду мікро­ор­ганізму, а от­же, й на по­ча­ток та строк дії пре­па­ра­ту.

Чи є ще якісь особ­ли­вості, крім за­хи­с­ту мікро­ор­ганізмів від не­спри­ят­ли­вих чин­ників, у біоп­ре­па­ратів, ви­го­тов­ле­них за но­вою тех­но­логією?
— До­да­ван­ня в гра­ну­ли функціо­на­ль­­них до­ба­вок відкри­ває ши­рокі мож­ли­вості для одер­жан­ня якісно но­вих біологічних пре­па­ратів. Фахівці «Біони» роз­ро­би­ли тех­но­логії, відповідно до яких у гра­ну­ли вно­сять такі до­бав­ки:
   ви­со­ко­мо­ле­ку­лярні еле­мен­ти жив­лен­ня, спе­цифічні для мікро­ор­ганізму, який підда­ють гра­ну­лю­ван­ню. Ви­со­ко­мо­ле­ку­лярні еле­мен­ти жив­лен­ня не ви­ми­ва­ють­ся із гра­ну­ли, за­без­пе­чу­ють швид­кий ріст і розмно­жен­ня мікро­ор­ганізму, підви­щу­ють ефек­тивність біоп­ре­па­ра­ту;
   уф-фільтри, які за­хи­ща­ють мікро­ор­ганізм від аг­ре­сив­ної дії ко­рот­ко­хви­ль­о­во­го спе­к­т­ра со­няч­но­го світла за фоліар­но­го на­не­сен­ня пре­па­ра­ту на ве­ге­ту­ючі рос­ли­ни;
   во­ло­го­ут­ри­му­вальні аген­ти (гу­мек­тан­ти), які за­без­пе­чу­ють ви­жи­ван­ня мікро­ор­ганізму в грунті в по­су­ш­ли­вих умо­вах;
   до­бав­ки, що за­без­пе­чу­ють пла­вучість гра­нул (як по­зи­тив­ну, так і не­га­тив­ну), умож­лив­лю­ють за­сто­су­ван­ня пре­па­ра­ту у вод­но­му се­ре­до­вищі на по­верхні або на гли­бині, ад­рес­но, там, де це потрібно (руй­ну­ван­ня жи­ро­вої плівки на по­верхні стоків, пе­ре­роб­ка твер­дих скла­до­вих у вигрібних ямах і сеп­ти­ках ана­ероб­ни­ми мікро­ор­ганізма­ми).

Чи мож­ли­во, ви­ко­ри­с­то­ву­ю­чи тех­но­логію інкап­су­лю­ван­ня, ви­го­тов­ля­ти ком­плексні біоп­ре­па­ра­ти з роз­ши­ре­ним спе­к­т­ром дії?
— Ос­танніми ро­ка­ми ком­плексні біоп­ре­па­ра­ти ста­ють де­далі по­пу­ляр­ніши­ми. Во­ни особ­ли­во ефек­тивні для підви­щен­ня ро­дю­чості грун­ту, біоре­ме­діації грунтів і вод, для за­хи­с­ту рос­лин від дії стре­со­вих фак­торів і фіто­па­то­генів, а та­кож для очи­щен­ня стоків та вигрібних ям. Од­нак під час зберіган­ня цих пре­па­ратів ак­тивність ко­т­ро­гось із мікро­ор­ганізмів мо­же зни­зи­ти­ся. Тех­но­логія інкап­су­лю­ван­ня дає змо­гу ство­рю­ва­ти ком­плексні пре­па­ра­ти з кількох мікро­ор­ганізмів в ок­ре­мих кап­су­лах. При цьо­му мікро­ор­ганізми не кон­так­ту­ють один з од­ним, не підда­ють­ся шкідли­во­му впли­ву ви­со­ких кон­цен­т­рацій ме­та­болітів і є жит­тє­­здат­ни­ми про­тя­гом усь­о­го стро­ку зберіган­ня.

На за­вер­шен­ня, як би ви уза­галь­ни­ли пе­ре­ва­ги тех­но­логії інкап­су­лю­ван­ня?
— Де­таль­ний аналіз відмінних рис тех­но­логії інкап­су­лю­ван­ня, яку роз­ро­би­ла Гру­па ком­паній «Біона», дає мож­ливість ви­о­кре­ми­ти чи­ма­ло пе­ре­ваг інкап­су­ль­о­ва­них біоп­ре­па­ратів:
Œ   за­хист мікро­ор­ганізмів від не­спри­ят­ли­вих чин­ників зовнішньо­го се­ре­до­ви­ща;
   за­без­пе­ченість мікро­ор­ганізмів еле­мен­та­ми жив­лен­ня;
Ž   за­хи­щеність еле­ментів жив­лен­ня від ви­ко­ри­с­тан­ня інши­ми мікро­ор­ганізма­ми;
   мож­ливість зміни ча­су ви­хо­ду мікро­ор­ганізмів і терміну дії пре­па­ра­ту;
   мож­ливість ви­ко­ри­с­тан­ня у вод­но­му се­ре­до­вищі (пла­ва­ючі й по­то­па­ючі гра­ну­ли);
   змен­шен­ня до­зи вне­се­но­го пре­па­ра­ту (не ги­нуть від зовнішніх фак­торів);
   ад­гезія поліса­ха­ридів до стінок ШКТ, за­хист від аг­ре­сив­них чин­ників (ви­ко­ри­с­тан­ня у тва­рин­ництві);
   ство­рен­ня ком­плекс­них пре­па­ратів (кілька мікро­ор­ганізмів в ок­ре­мих гра­ну­лах, без без­по­се­ред­нь­о­го кон­так­ту з різни­ми стро­ка­ми ви­хо­ду із гра­нул);
   ви­со­ка біологічна ак­тивність мікро­ор­ганізмів про­тя­гом усь­о­го стро­ку зберіган­ня (за­хист від дії влас­них ме­та­болітів, за­побіган­ня осідан­ню).