За рубежом

Химия -- Европа -- Будущее

Вслед за американскими коллегами состоянием и будущим химической науки и промышленности заинтересовались европейцы.

Европейский Союз химических наук и технологий подготовил обзор "Химия. Европа и будущее", в котором дает оценку роли химии в науке и обществе, характеризует ее нынешнее состояние, и выделяет наиболее важные ее достижения в последние десятилетия и основные задачи, которые ей предстоит решить в ближайшем будущем.

Обзор включает в себя очень обширное введение, в котором практически и рассмотрен весь круг обсуждаемых вопросов – начиная с истории европейской химической науки, роли химии в обществе, проблем химического образования и кончая анализом условий ее успешного развития.

Большая часть обзора посвящена некоторым исследованиям, проводимым в европейских университетах, исследовательских институтах и промышленности, которые в ближайшем и более отдаленном будущем по мнению авторов могут привести к очень значимым изобретениям в медицине и сельском хозяйстве ("Жизненные процессы"), в создании новых материалов ("Освоение молекулярного уровня материи"), в использовании и химическом преобразовании энергии ("Энергия и ее преобразование"), а также в защите окружающей среды ("Забота о нашей планете") и из которых видны основные задачи, стоящие перед химиками Европы.

Заканчивается обзор разделом "Химия и общество", где авторы обсуждают роль политики национальных правительств и Европейской Комиссии в развитии исследований и разработок, необходимых для поддержания мирового уровня химической промышленности Европы.

Здесь мы приводим с некоторыми сокращениями введение в обзор и, как пример наиболее важных исследований последних лет, приведенных в обзоре,-- некоторые параграфы раздела "Жизненные процессы".

Химия как наука сформировалась в Европе 200 лет назад и привлекла к себе людей с большим интеллектом, таких как Авогадро, Фарадей, Лавуазье и Либих. С тех первых дней химия развилась в обширную область знания, простирающуюся от микроскопического мира атомов и молекул до макроскопического мира используемых материалов. Конечно, химия и химическая технология не существуют изолированно от других наук: они составляют значительную часть научного ландшафта, взаимодействуя с биологией, физикой, информационными технологиями, сельскохозяйственными дисциплинами, медициной и техникой.

В следующем столетии ожидается глубокое взаимодействие химии с биологией - содружество наук, которое обещает большой выигрыш для здоровья и благополучия человека.

Чтобы получить степень по химии, необходимо обследовать интеллектуальные владения этой науки. Молодым людям, отправляющимся сегодня в такое путешествие, недостаточно простого обучения и навыков работы за лабораторным столом. Им предстоит освоить сложные методы обработки информации, решения задач и инструментального анализа, часто им будут нужны обширные знания в других науках. Почти все разделы химии имеют сейчас связи со смежными областями, и многие исследования проводятся совместно со специалистами из других дисциплин, таких как физика и медицина.

Докторскую степень по химии можно получить, работая и в небольшой группе, но в этом случае может потребоваться оборудование настолько дорогое, что для его приобретения придется выходить на общенациональный уровень, а иногда необходимы даже объединенные вложения нескольких стран. Предполагается, что молодым химикам - исследователям и технологам, работающим в Европе для получения докторской степени, едва ли не ежедневно приходится обмениваться информацией со своими партнерами из других университетов, а также регулярно посещать другие исследовательские организации, как академические, так и производственные, на континенте и за его пределами.

Многие академические исследования ориентированы на промышленность и стимулируют промышленные проекты; университеты поддерживают такие начинания из-за связанных с ними возможностей сотрудничества. Такая вовлеченность в решение производственных задач проявляется на разных уровнях. Для одних исследователей требования промышленности оказываются легко применимы лишь с небольшими ограничениями, для других работа сосредоточена на теме, по которой университет заключил контракт. Каждый из этих типов работ дает существенные нововведения и предоставляет значительный выигрыш как для промышленности, так и для науки.

Существует постоянная потребность в том, чтобы некоторые ученые проводили исследования просто для удовлетворения своего познавательного интереса. Если все исследования в химии будут заданными, появится опасность утраты интеллектуальной свободы познания. При уменьшении этой составляющей может понизиться привлекательность исследовательского процесса в глазах пытливых молодых ученых, и они не будут стремиться к научной или научно-производственной карьере. Для промышленных химиков уменьшится притягательность университетских факультетов, с которыми они могли бы сотрудничать и использовать их как источник опыта и знаний о новых, волнующих областях химии, которые способствуют нововведениям и передаче технологий.

В университетах формируется уникальная среда, где свобода мысли и экспериментирования служит стремлению к совершенству. В промышленности также создается своя уникальная среда, где конкурентность, коммерческий риск, ограничения, связанные со временем и деньгами, обеспечивают жесткий тренинг. Обе культуры внесли свой вклад в создание ведущих мировых химических компаний. Сейчас, когда в мире усиливается забота об окружающей среде, именно тесное сотрудничество университетов и химической промышленности способно решить многие проблемы, порожденные бурно развивающимся производством, с помощью химических технологий.

Европейская химическая промышленность - одна из нескольких областей производства, в которых Европа продолжает играть первостепенную роль в мире. Если общество и правительства обеспечат ей необходимую поддержку, промышленность и в будущем окажется способной отвечать потребностям наших граждан в лучшем жилье, транспорте, коммуникациях, медицине и отдыхе. Это потребует повышенного внимания к образованию и общественным мероприятиям, особенно адресованным молодежи, для того, чтобы привлечь лучшие умы следующего столетия к работе в области химии и химических технологий.

Европейская химическая промышленность вносит более 30 миллиардов экю в торговый баланс; ее оборот достигает в Европе почти 1000 экю на человека. Такой коммерческий успех позволяет ей выступать важным источником дохода для людей и налогов для правительств, а также обеспечивать собственные капиталовложения в новые технологии, финансировать исследования и планировать развитие. Все это происходит с учетом требований по защите окружающей среды, и хотя в начале века на химических заводах происходили аварии, а уровень загрязнения был недопустимо высок, сегодня химическая промышленность может гордиться своей рекордной безопасностью.

Химической промышленности всегда требовался высокий уровень исследований и разработок, и 5% ее оборота расходуется на эти цели. Фармацевтические компании вкладывают до 22%. Общие расходы на исследования и техническое развитие (R&TD) достигают 20 миллиардов экю, то есть суммы, равной прибыли всей химической промышленности. Такие вложения необходимы, поскольку разработка нового фармацевтического препарата требует около 300.000.000 экю, а средства для защиты растений - около 200.000.000 экю. Промышленность принимает на себя эти расходы как часть коммерческих рисков, которые ей приходится нести. Такие вложения будут продолжены.

Европейскую химическую промышленность представляют около 30.000 компаний, 98% которых - это малые и средние предприятия, на которых работают менее чем по 500 человек. Оставшиеся 2% представлены несколькими крупнейшими мировыми компаниями. Правда, в Европе находятся шесть из десяти крупнейших химических компаний мира. В целом, в промышленности непосредственно заняты 1,65 миллиона человек; численность работающих в других секторах экономики, непосредственно зависящих от продукции химической промышленности, во много раз больше. И еще большее число людей опосредованно зависит от производимых здесь продуктов и уплачиваемых налогов. Если бы эти рабочие места исчезли, это было бы равносильно потере работы населением целой страны среднего размера; эти люди пополнили бы ряды почти 20 миллионов других граждан Европейского Союза, уже оказавшихся без работы.

Европейская химическая промышленность может и далее успешно развиваться, но для этого нужны определенные условия. Они могут быть сформулированы следующим образом:

- прекрасные условия для науки и образования:

- существенная и постоянная поддержка исследовательских проектов в стратегических областях и технологических разработок в сферах большой социальной значимости общественными фондами;

- способность общества воспринимать научные задачи и его готовность к принятию новых технологий и продуктов;

- реалистичные и ориентированные на науку законодательные требования и установки.

Правительства, облагающие промышленность налогами, несомненно, считают, что промышленность должна сохранять свою прибыльность и финансировать будущее развитие. Однако в условиях глобального рынка время от изобретения до создания нового продукта становится все короче и короче. Признается необходимость регулирующего контроля, имеющего прочные научные основы и опирающегося на соответствующие консультации. Если неразумное законодательство необоснованно тормозит разработку, испытания и выпуск опытных партий нового химического продукта, конкурентоспособность падает и полезные новые продукты могут быть потеряны. Это может привести к тому, что инвестиции международных химических компаний окажутся за пределами Европы.

Более 150 лет Европа выступала как основная движущая сила прогресса. Для того, чтобы такое положение сохранилось, общество должно приветствовать преимущества химических инноваций, например, рассматривая сооружение новых предприятий как источник рабочих мест и повышения занятости. Очевидна необходимость более широкого информирования населения о рисках и выгодах таких инноваций.

Химическая промышленность не просит субсидий или особых законодательных льгот, но надеется на лучшее осознание того, что предлагает наша наука, и рассчитывает на более ясное представление о разумном риске. Мы хотели бы видеть более эффективное взаимодействие между учеными и производственниками, с одной стороны, и политиками и представителями средств информации, с другой. Это необходимо для лучшей информированности граждан о преимуществах, которые может создать развитая химическая промышленность. Наступает время, когда перед химией встают новые задачи, особенно в тех областях, где она пересекается с другими науками, время существенных инноваций в химических технологиях, помогающих создавать новые продукты и сохранять здоровье.

Основные активы Европы заключаются в ее научной и образовательной базе. Эту базу нужно укреплять.

Понимание химии жизни.

Для понимания химии жизненных процессов необходимо проникнуть в самое сердце основных химических реакций. В последние десятилетия значительно выросли знания о молекулярной структуре важных биологических молекул, таких как ДНК, ферменты, белки, антитела, что позволило достичь необычайного прогресса современной биологии и медицины.

Прогресс в структурной биологии и биологической химии требует выделения и очистки химических компонентов живых систем и их структурной идентификации с помощью рентгеновской кристаллографии, ядерной магнитно-резонансной спектроскопии (ЯМР), масс-спектроскопии и электронной микроскопии. Эти методы могут поддерживаться синхротроном и источниками нейтронного излучения, доступными в Европейском международном центре в Гренобле, в Институте Лау Ланжевена и в Европейском центре синхротронных исследований (ESRF). Постоянное совершенствование этих методов дает возможность изучать мельчайшие количества материала.

Компьютерное воссоздание и моделирование стали мощным средством изучения структурных, динамических и термодинамических особенностей сложных биохимических систем. Эти методы не только помогают выявить структуру очень сложных молекул, но и позволяют понять, как такие молекулы сворачиваются и разворачиваются в растворе. С помощью этих методов можно также показать, как две очень большие биологические молекулы узнают друг друга и приспосабливают свои структуры, готовясь к проведению биологической реакции. Программы моделирования опираются на методы, разработанные теоретической химией, либо на эмпирические сценарии моделей, взятые из наблюдений за простыми молекулами. Такие методики неоценимы в фармацевтической химии.

Биомиметическая химия занимается экспериментальным воспроизведением или моделированием сложных биологических системы, обнаруженных в природе. Такие исследования помогают лучше понять химию биологических реакций и ведут к созданию совершенно новых химических процессов и материалов, полезных для промышленности и общества.

пептиды в необходимых количествах. Такими методами сейчас создаются для клинического применения некоторые важные физиологические пептиды, например, пептидные гормоны. Автоматизированным химическим синтезом получают фрагменты ДНК и РНК. В частности, синтетические олигонуклеотиды "антисенсорного" типа (имеющие комплементарную последовательность генетической информации) могут избирательно присоединяться к соответствующей последовательности ДНК или РНК с высокой специфичностью. Лечение некоторых заболеваний, от вирусных инфекций до генетических нарушений, основывается теперь на использовании молекул, полученных этими методами. Олигосахариды, имеющие отношение к факторам группы крови, используются при анализе крови и создаются прямым химическим синтезом.

Генная технология открыла двери для анализа генетической информации организма. Разработки химиков, биохимиков и молекулярных биологов имеют решающее значение при создании методов анализа, понимания и направленного изменения генетической конфигурации живых организмов. Составление карты генома очень важно также для понимания и устранения генетических нарушений. Определение последовательности молекул ДНК, использование полимеразной цепной реакции (PCR) для увеличения небольших сегментов ДНК, изменение ненормальных сегментов, последующая доставка и внедрение этих сегментов в генетический материал - все эти процедуры открыли путь будущей генной терапии. Такие достижения дают надежду людям, страдающим от генетически обусловленных заболеваний. Генетические исследования расширят наши знания о наследственных болезнях и создадут более рациональную основу для фармацевтических изысканий. Ведется разработка целевых генетических методов для доступа к определенным центрам направленного вмешательства.

Достижения генной технологии очень плодотворно сказались на биотехнологии. Традиционная биотехнология, такая как изготовление хлеба, пива или сыра, возникла много тысяч лет назад. Новая революция в биотехнологии началась 25 лет назад с применения генной технологии.

Современная биотехнология распространяется на многие области. Системы скрининга, основанные на клонированных рецепторах или перенесенных генах, используются для поиска новых лекарственных веществ повышенной специфичности. Благодаря новым, более точным аналитическим методам можно создавать мутированные протеины с повышенным терапевтическим проявлением улучшенных ферментативных свойств, эти методы делают более осуществимым рациональный дизайн протеинов.

Усиливается влияние методов современной биотехнологии на многие отрасли производства, включая фармацевтику, экологические технологии, выращивание растений, изготовление продуктов питания, а также текстиля, бумаги, целлюлозы и кожи. Иногда вещества, выделяемые из природного сырья, заменяются соединениями, представляющими опасность для здоровья. Биотехнология позволяет решить эту проблему. Технология использования рекомбинантной ДНК дает новые, более безопасные способы приготовления вакцин и помогает получать сложные, содержащие белки лекарства и ферменты. Производство человеческого гормона роста с помощью генетической инженерии дает продукт, свободный от приона - возможного возбудителя болезни Грейцфельда-Якоба, присутствующего в природном сырье. Можно привести немало подобных примеров, среди них особенно выделяется получение фактора VIII для переливания крови без риска инфицирования вирусом иммунодефицита.

Современная биотехнология, конечно, не волшебная пуля, способная излечить рак или предотвратить голод в развивающихся странах, но это мощная и эффективная технология, которая обеспечит новые подходы к нерешенным проблемам. Биотехнология, так же как и все практические технологии, ставит вопросы безопасности, для решения которых необходимо разумное законодательное регулирование. Биотехнология, в большей степени, чем любая другая инновационная технология, будет оказывать огромное воздействие на глобальное развитие экономики и конкуренции.