Владимир Вакула - Биотехнология: что это такое?

• Название: Биотехнология: что это такое?
• Автор: Владимир Вакула
• Жанр: Биология

Рассказывается о новом научно-практическом мировоззрении, способствующем решению глобальных проблем наших дней: продовольственной, энергетической, охраны здоровья человека. Читатель познакомится как с традиционной биотехнологией (хлебопечение, производство кисломолочных продуктов, виноделие и др.), так и с новейшей, связанной с геннетической, клеточной, белковой инженерией.

---

Здесь, вероятно, стоит сказать, что производительность биологической системы, о которой идет речь, определяется в конце концов всего двумя условиями — активностью бактерий и их числом (концентрацией) в единице объема.

С точки зрения потребностей современной биометаллургии, природная концентрация бактерий в растворах, как правило, невысока. И чтобы ее поднять, надо опять же создать оптимальные условия для жизнедеятельности невидимых металлодобытчиков. Вот почему рабочий раствор теперь все чаще стали готовить в специальном резервуаре, в котором искусственно создают особые условия.

Опыты показали, что увеличение содержания клеток в миллилитре раствора до 106 повышает интенсивность выщелачивания (по сравнению с естественным процессом) на целых двадцать процентов.

Полупромышленные эксперименты, с результатами которых я вас знакомлю, велись на Дегтярском руднике Урала и выявили весьма обнадеживающие факты. Только за счет дополнительной аэрации здесь добились заметного увеличения концентрации бактерий. И как итог — повышение скорости выщелачивания.

Однако при отработке новой технологии исследователи всегда стараются выявить не только благоприятствующие обстоятельства, но и мешающие ее внедрению. Применительно к бактериям это требование означает прежде всего выявление компонентов, препятствующих их благополучию. Так чего же «не любят» бактерии-металлурги?

Прежде всего ионов так называемых тяжелых металлов — железа, цинка, ванадия. Они не терпят также присутствия некоторых видов бактерий, поскольку, как вы помните, не переносят органики. И, наконец, ультрафиолетовые лучи, о чем чуть выше тоже шла речь, для них губительны.

Как видите, отнюдь не все живое тянется к Солнцу. Хотя это и противоречит нашим давно сложившимся представлениям о жизни. Что ж, природа необычайно разнообразна, и ей не впервой разбивать самые «бесспорные» суждения. У нее свои законы, согласно которым человек и должен планировать и осуществлять всю свою созидательную деятельность. Отступление от них чревато бедой.

Однако строгое следование этим раз и навсегда установленным законам отнюдь не означает, что человек лишен возможности обернуть их себе на благо. Отнюдь. Так, зная особенности характера тех же бактерий-горняков, с помощью микробиологических методов можно и должно наделить их несколько иными качествами. Подмечено, например, что плохо переносящие всякую органику тионовые бактерии все же «терпят» в небольших количествах ионы цинка и мышьяка. А раз подметив эти «странности» в поведении органоненавистников, микробиологи-селекционеры учли ее в своих работах. В итоге была создана культура (штамм), способная жить и развиваться при наличии в литре рабочего раствора до 17 граммов цинка и даже 10 граммов мышьяка.

Для практических целей создание такой культуры имеет колоссальное значение, потому что благодаря ей область применения бактериальных методов невероятно расширяется. А это значит, что миллиарды тонн бедной руды попадают в орбиту индустриальных интересов. На них уже можно рассчитывать, закладывать в планы, подсчитывать возможную экономию, рационально перераспределять материальные ресурсы.

И более того. Учеными Московского института стали и сплавов совместно с Институтом микробиологии АН СССР создан штамм бактерий, способных нейтрализовывать действие страшнейшего яда — мышьяка. Попробуйте представить себе все последствия и возможности такого достижения. Как оценить его? И хотя такие бактерии создавались целенаправленно — для применения в горном деле, — они, я думаю, займут достойное место и в сельском хозяйстве и даже в медицине.

Штамму надлежит пройти еще этап опытно-промышленных испытаний, но и чисто «пробирочный», лабораторный, успех зачастую означает чрезвычайно много, хотя до настоящего масштабного его применения дистанция, как правило, огромна. Словом, в настоящее время промышленное использование таких бактерий уже не мечта, но пока и не реальность.

Сократить разрыв между рождением нового микробиологического метода и его внедрением — значит, способствовать интенсификации отечественной индустрии, успешное развитие которой означает и успех перестройки, осуществляемой в нашей стране.

Простой перечень организаций и ведомств, причастных сегодня к разработке геомикробиологических проблем, красноречивее всяких громких слов свидетельствует о перспективности нового метода.

Одни названия их говорят сами за себя. Здесь и уже упоминавшийся Унипромедь, и АрмНИИпроцветмет Минцветмета СССР, Институт ядерной геофизики и геохимии, Институт микробиологии, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, Институты микробиологии Армянской, Казахской, Узбекской ССР, Институт микробиологии и вирусологии АН УССР, Институт стали, кафедра минералогии МГУ и кафедра микробиологии Днепропетровского университета, Симферопольский институт минеральных ресурсов Министерства геологии УССР, Кавказский институт минерального сырья Министерства геологии СССР и многие, многие другие.

Люди в халатах с младенцами стучат в закрытую дверь

Солидный список, верно?

Но и возможности биотехнологии уникальны. Как их сбросишь со счетов во времена полного хозяйственного расчета? Они ведь не копейки и рубли, а тысячи сулят народному хозяйству. Да и опыт практического использования микроорганизмов при добыче и переработке руд накоплен в разных регионах страны тоже немалый. Дальновидные ученые и хозяйственные руководители поняли перспективность биотехнологии еще двадцать лет назад. И, надо сказать, не стеснялись стучать во все двери, разъясняя, доказывая, обосновывая. Но в те времена многие из них оказывались наглухо закрытыми, а сидевшие за ними люди не хотели слышать даже самых аргументированных доводов и расчетов.

И напрасно. Такая глухота обернулась со временем государству миллионными убытками.

Мне как-то довелось познакомиться с одним документом, составленным специалистами, весьма компетентными в проблемах геобиометаллургии. Во времена, о которых сегодня принято говорить вкупе с пояснительным словом «застой».

Не документ — крик души. Рискну, пожалуй, познакомить читателя с небольшими фрагментами из него в надежде, что даже сугубо канцелярско-деловой стиль документа не помешает вам понять, от каких именно возможностей попросту отмахивались горе-руководители.

Но прежде чем начать цитировать этот документ, я хотел бы сделать оговорку, что речь в нем шла о всей геологической деятельности микроорганизмов, в том числе и о применении продуктов их жизнедеятельности (микробных полисахаридных биополимеров) для ускорения проходки нефтяных и газовых скважин и повышения степени извлечения этих полезных ископаемых. Это еще одна важная область проникновения биотехнологии в промышленную сферу деятельности человека. К сожалению, я не смогу остановиться подробнее на этой также важной проблеме. В то же время для сохранения цельности приводимого ниже отрывка не считаю целесообразным делать из него соответствующие изъятия. Думаю, что читатель сам легко обнаружит в тексте эту вторую проблему. Итак, читаем:

«Промышленные испытания новых способов добычи металлов свидетельствуют об их эффективности. Например, в 1968—1972 гг. на базе Дегтярского на Урале, Никопольского и Восточно-Коунрадского в Казахстане и Кафанского в Армении месторождений меди, молибдена и цинка были проведены промышленные испытания по бактериальному выщелачиванию этих металлов. Разработанные способы микробиологической обработки руд позволили получить дополнительной продукции до 500—700 тонн в год. При этом стоимость тонны металла снижена в два и более раза по сравнению с флотационным (флотация — процесс разделения рудных компонентов. — Авт.) методом их получения. Предварительные расчеты показывают, что только из бросовых руд в течение 5—10 лет можно увеличить на 10 процентов добычу металлов, а годовой экономический эффект применения биополимеров в нефтяной промышленности в объеме 5000 тонн составляет около 5 миллионов рублей, а за счет сокращения времени бурения — примерно 40 миллионов рублей.

Указанное выше свидетельствует о том, что даже беглый анализ потенциальных возможностей микроорганизмов в решении рассмотренных проблем показывает их большую народнохозяйственную значимость. Между тем решаются они далеко не полно, небольшими силами, в условиях ведомственной разобщенности, слабой материально-технической базы, на недостаточно высоком методическом уровне.

Учитывая большое народнохозяйственное значение применения микробиологического метода выщелачивания цветных и редких металлов из забалансовых и некондиционных руд, микробных биополимеров для ускорения проходки нефтяных и газовых скважин и при вторичной регенерации нефтяных пластов, снижения метаноопасности угольных пластов и т. д., следовало бы, по нашему мнению, с учетом имеющегося опыта разработать совместно с другими заинтересованными министерствами и ведомствами единую комплексную проблему по геохимической деятельности микроорганизмов...»