«Этой уникальной разработкой мы открываем большую дорогу для агропрома»
В Казани создали методику, которая позволит аграриям максимально точно выходить на качественные показатели
Ученые Казанского физико-технического института им. Е.К. Завойского разработали инновационную методику для решения задач ускоренной селекции, контроля и импортозамещения в сельском хозяйстве. В исследованиях применяли МРТ, и уже доказана эффективность метода. Участниками уникального проекта по применению возможностей томографа стали татарстанские НИИ сельского хозяйства, агрохимии и почвоведения, а также Казанский институт биохимии и биофизики. Разработка казанских ученых настолько впечатлила экспертов, что ее презентуют в Госдуме на новой неделе. Подробности — в материале «Реального времени».
Возможности МРТ для фермеров
Эксперты дают высокую оценку татарстанскому ноу-хау для агропрома. По их словам, в мире еще не изобрели технологию для изучения внутреннего строения растений без инвазивного вмешательства. Но казанские ученые шагнули в этом направлении дальше всех, используя магнитно-резонансную томографию.
Первый МРТ-аппарат был создан на Западе, но на родине открытия парамагнитного резонанса (явление открыл казанский ученый Константин Завойский) также выпустили собственный томограф. Несколько лет назад специалисты Казанского физико-технического института им. Завойского изобрели сверхнизкополевой магнитно-резонансный томограф ТМР-0,02-КФТИ, который хоть и отличался от западных образцов и работал в низком поле со слабым разрешением, но успешно использовался на практике. Аппарат был установлен в 7-й горбольнице Казани и пользовался большим спросом. По словам врачей, он хорошо себя зарекомендовал и во многих сложных случаях помог поставить правильный диагноз. За этот МРТ-аппарат разработчики получили государственную премию.
На базе одной из моделей МРТ-аппарата ученые создали еще одно ноу-хау — более компактный и специализированный томограф — для определения заболеваний костей и суставов.
Именно этот малогабаритный томограф теперь хотят взять на вооружение ученые-аграрии. Как рассказал «Реальному времени» завлабораторией методов медицинской физики КФТИ Яхъя Фаттахов, примерно год назад к ним за помощью обратились ученые из Всероссийского НИИ сахарной свеклы и сахара, которые занимаются селекцией отечественных сортов корнеплода. Не секрет, что эта сфера сельского хозяйства практически полностью зависит от поставок импортных семян: в 90-е годы отечественные достижения были утрачены и почти 98% площадей сахарной свеклы в стране уже много лет засеваются только зарубежными семенами сахарной свеклы. При этом потери сельхозпроизводителей от различных заболеваний этой культуры оцениваются в 24—26 млрд рублей.
Цель ученых российского НИИ — вывести свои уникальные сорта свеклы и возродить российскую селекционную практику, что сегодня актуально как никогда. Идея использовать в этом направлении возможности МРТ возникла у сотрудника этого НИИ, члена-корреспондента РАН Анатолия Корниенко. Он попросил ученых-физиков из Казани с помощью томографа изучить особенности выращенных образцов свеклы — проба оказалась результативной.
«Мы исследовали и засухоустойчивость растений — ничто не дает такой результативности»
Изначально разработанный для медицинских целей аппарат его создатели решили испытать и в других направлениях, так сказать, диверсифицировать сферу его использования в сельском хозяйстве, физике, химии, биологии, разработке новых лекарственных препаратов. Своим опытом ученые поделились на одном из семинаров республиканской Академии наук, в работе которого участвовал зампредседателя Комитета Госсовета РТ по экологии, природопользованию, агропромышленной и продовольственной политике Тахир Хадеев. Представленная разработка его сразу заинтересовала, с его подачи к проекту подключились Институт биохимии и биофизики, НИИ сельского хозяйства и НИИ агрохимии и почвоведения.
По его словам, технологические достижения определяют конкурентоспособность любого государства, любого предприятия: «Тем более для села, где, к сожалению, Россия сегодня отстает, — заметил в разговоре с «Реальным временем» Тахир Хадеев. — Для ускорения селекционных достижений нам необходимо максимально использовать современное оборудование, технику, чтобы опережать время. Обычно проходит 10—15 лет, пока селекционные достижения доходят до полей, — и это очень долго».
Результаты удачного эксперимента были представлены Татарстанскому НИИ сельского хозяйства, началось плотное сотрудничество ученых двух институтов по развитию этого инновационного проекта — специалисты обеих высших школ изучили для селекции свойства не только свеклы, но и лука, яблок, других культур, определили потенциальную всхожесть семян. Как выяснили специалисты, контрастные снимки МРТ позволяют диагностировать аномалии, которые могут быть не видны с помощью других методов визуализации, а значит, эта методика выявления дефектов вполне может использоваться для решения задач ускоренной селекции, контроля качества продукции агропрома и импортозамещения в сельском хозяйстве, засухоустойчивости растений и распределения влаги:
— Мы исследовали и засухоустойчивость растений — никакой другой метод не дает такой результативности в этом направлении. При помощи томографа мы получили показатели внутреннего содержания влаги с хорошим разрешением по времени, по объемам влаги. Мы можем сказать, сколько воды, в каком именно месте она сконцентрирована, что быстрее засыхает — корень или сам росток, — рассказал о результатах исследований Яхъя Фаттахов.
Ученые уточняют, что речь идет не о генетических исследованиях, которые помогают понять способность растения формировать высокий урожай или зерно высокого качества. «А именно изучить фенотип изнутри — такого прибора не было, и разработка казанских ученых позволяет изучать растения не только визуально, но и увидеть их внутренний мир», — говорит о достижениях проекта руководитель ТатНИИСХ РАН, доктор сельскохозяйственных наук Рустам Низамов. По его словам, статьи об использовании технологий томографа ранее выходили в мировой научной среде, но такого глубокого и широкого применения эта методика так и не нашла:
— Применение магнитно-резонансного томогpафа для решения задач отечественного сельского хозяйства позволит значительно углубить научные исследования в этой области, открывает новые уникальные возможности для экспериментов. Разработанный нашими казанскими физиками инструмент помогает исследователям видеть ту часть растений, которую доселе было не видно невооруженным глазом, то есть, сохраняя состояние растения, изучить его внутренние характеристики. Для этого раньше приходилось выкапывать растение, нарушая его корневую систему, или разрезать, что лишало ученых возможности получить от этого вида новые семена. Сейчас этот инструмент нам позволяет делать срезы растения уже в динамике: каково его строение в фазе всходов, затем в фазе кущения и так далее. По мере его роста мы можем наблюдать за ним, как оно развивается изнутри, какие происходят в нем процессы, изменения, на каком этапе агроном может внедрить корректирующие элементы для технологии.
Эта же методика позволяет выявлять и аномалии животных, отмечает глава аграрного НИИ. Пока их ветеринары определяют по внешнему виду — экстерьеру или же генотипу, расшифровывая геном. Как считает Рустам Низамов, если при определении болезни животного добавятся результаты МРТ, это намного облегчит работу ветеринарных врачей и, в свою очередь, даст почву для научных изысканий в области животноводства.
Для серийного производства требуется финансирование
По примерным подсчетам, использование результатов МРТ в сельском хозяйстве принесет значительный экономический эффект, сократив срок внедрения селекционного материала в производство с нынешних 10 лет всего до двух-трех. Существенную экономию за счет томографии материала могут получить и птицефабрики:
— Мы можем увидеть, оплодотворенное яйцо или нет. Поскольку их ввозят из-за границы, то оплодотворенное яйцо утки, например, стоит 1 700 рублей, а простое, допустим, 10 рублей. И второй момент — важно знать, развивается эмбрион яйца в инкубаторе или нет. Если нет, то от партии приходится избавляться, закладывать потом новую — здесь тоже можно получить серьезную экономию средств. Немаловажно и то, что магнитно-резонансная томография безвредна, в отличие от рентген-исследований или КТ, — отметил Яхъя Фаттахов.
За год ученым КФТИ удалось намного расширить область использования томографа в сельском хозяйстве. Помимо алгоритма для изучения образцов растениеводства, они разработали программу для исследователей, занимающихся птицеводством, и программу, позволяющую переводить изображение в цифру, чтобы его легко можно было анализировать и сравнивать по различным параметрам.
Пока образец малогабаритного томографа, созданного в Физико-техническом институте совместно с его малым инновационным предприятием «Градиент МРТ», имеет статус опытного. Как говорится на сайте вуза, специализированный томограф КФТИ обладает рядом технических и эксплуатационных преимуществ, он дешевле импортного аналога на 20%, при этом имеет более высокие технические характеристики.
— Надеемся, что этому проекту будет оказана поддержка со стороны руководства Татарстана, и можно будет уже сформулировать программу, получить финансирование и активно использовать этот инструмент в селекции и других научных исследованиях в области сельскохозяйственной науки, для решения задач импортозамещения и продовольственной безопасности страны. Мы готовы направить наш аппарат МРТ в серийное производство, имеется конструкторская документация, а в Татарстане есть предприятия, которые могут начать их выпуск, — считает глава лаборатории методов медицинской физики КФТИ Яхъя Фаттахов.