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.

---

Правда, «Унибиотех», так называется разрабатываемая странами — участницами СЭВ гибкая производственная система по выпуску биотехнологической продукции, еще не вступила в строй. Но для работы над ней уже объединили свои научные и производственные потенциалы СССР, ГДР, Чехословакия, Болгария, Польша и Венгрия.

Введение в действие «Унибиотеха» предусматривается Комплексной программой научно-технического прогресса стран — членов СЭВ до 2000 года. Но вот беда... технология живой клетки трудно вписывается в те стандарты, с которыми привыкли иметь дело машиностроители наших стран. И потому все приходится делать заново, причем в самые сжатые сроки.

Советское НПО «Биотехника» и болгарское предприятие «Биотехинвест», например, всего за полгода (вместо предусмотренных Комплексной программой 3,5 года) создали уникальную установку, оснащенную автоматизированными мембранными модулями для очистки и концентрирования продуктов микробиологического синтеза. Основой для нее стала разработка известного советского физика (Объединенный институт ядерных исследований в Дубне), академика Г. Флерова по использованию в качестве фильтров мембран полиэтиленовой пленки, предварительно «простреленной» изотопами так называемых ядерных фильтров.

Недавно приступили к работе совместная советско-болгарская хозрасчетная фирма «Мембранбиотех» и научно-производственное объединение «Биотехмаш», тоже работающее на совместных началах предприятие, изготавливающее аппаратуру для всевозможных биотехнологических процессов. В ближайшее время в это сотрудничество включится и чехословацкое объединение «Хемос», имеющее практический опыт по разработке и внедрению специальной биотехнологической аппаратуры.

В реализацию проблемы внесли свою лепту и польские исследователи. Они разработали технологию получения мембран для будущей универсальной переналаживаемой линии из полых волокон.

И хотя все эти работы пока еще разрознены, а предпринимаемые усилия в достаточной степени разъединены, разработка крупного научно-технического комплекса завершается. С его вводом в строй перед странами СЭВ откроется реальная возможность решать совместными усилиями те из биотехнологических проблем, которые еще совсем недавно считались делом отдаленного будущего.

А их — великое множество. Причем самого широкого спектра практического использования. Да скажи, например, любому из нас каких-нибудь 10—15 лет назад, что для интенсивного снегообразования во многих странах мира очень скоро будет использоваться препарат биологического происхождения, ни за что бы никто не поверил. Сегодня такое вещество — реальность. Более того, специалисты утверждают, что «сноумакс» (под таким названием одна из биотехнологических фирм США выпускает на основе специфических бактерий, обитающих на листьях и стеблях большинства растений умеренного климата, стимулятор снегообразования) гораздо эффективнее йодистого серебра, используемого в наши дни с той же целью. К тому же серебро несравнимо дороже «сноумакса», да и работоспособно лишь при температуре — 8,3° С в отличие от биологического препарата, который и при — 1,7°С начинает кристаллизацию льда.

Но, может быть, удивительный снегообразователь пока еще наличествует лишь в пробирочных количествах? — вроде бы сам собой напрашивается вопрос.

Ничего подобного. Его уже сегодня применяют довольно широко организаторы лыжных соревнований и зимних олимпиад. По крайней мере, вот уже семь последних лыжных сезонов в штатах Колорадо и Вермонт (США) обязаны своим успехом именно «сноумаксу», как установлено практикой, увеличивающему снегообразование на 20—80%. Разумеется, результативность его использования зависит от географических и погодных условий, а наибольшая эффективность отмечается при пороговых температурах, то есть свыше — 5° С, Именно на эти температуры и приходится обычно 70—80% случаев применения стимуляторов снегообразования.

Основными рынками снегообразующих средств биогенного происхождения сегодня по праву считаются Северная Америка и Европа. Однако нужно сказать, что лишь немногие регионы мира располагают специальным оборудованием, позволяющим использовать эти сверхсовременные средства. А жаль... Ведь «сноумакс» можно было бы применять при проведении строительных работ в Арктике, нефтедобыче (сооружение ледяных платформ) и уж, конечно, в пищевой промышленности. В частности, для замораживания продуктов и изготовления мороженого.

Но и этим сфера использования препарата, созданного на основе бактерий, вероятно, не ограничится. По крайней мере, работая над препаратами, аналогичными «сноумаксу», биотехнологи пришли к любопытному выводу: оказалось, что разные штаммы одних и тех же бактерий по-разному проявляют свои уникальные способности. И если одни из них наделены даром формировать центры кристаллизации в системах искусственного образования снега, то другие эффективно защищают растения от заморозков. Естественный «холодильник» в данном случае начинает как бы работать вспять. Чудеса да и только!

И все же самый главный результат применения новых видов снегообразователей сводится к экономии столь дефицитного сегодня серебра. А это, как известно, одна из самых важных проблем, решаемых современной наукой и техникой. «Серебро — дефицит» — такова аксиома наших дней. И поиски его заменителей ведутся в самых разных направлениях НТР.

Взять, к примеру, получение ферментного бессеребряного фотографического материала. В основе этого метода лежит так называемый эффект фотоактивации ферментов, при котором светочувствительность материалов обеспечивается усилением первичного светового сигнала. А в фотографических материалах этот первичный сигнал способен многократно возрастать в стадии проявления. Вот почему проблема создания бессеребряных материалов сводится, по сути дела, к поиску биокатализаторов, способных сохранять активность на протяжении всех этапов традиционной для фотографии технологии.

Разумеется, поиски ведутся в разных направлениях и разными учеными. Мне лично представляется очень интересной система, разработанная на химическом факультете МГУ. В ней светочувствительный и ферментный компоненты разделены, и фермент таким образом активно включается в работу лишь на стадии проявления материала. Этот совершенно новый оригинальный подход к решению проблемы заключается в том, что под воздействием света на матрице образуются химические группы, на которых затем осуществляется ковалентная иммобилизация белка. В результате ферментативной реакции (с образованием на экспонированных участках нерастворимого красителя) и проявляется скрытое изображение.

Предложенный процесс уже использован для получения полутонового черно-белого изображения на бумаге. У этой работы весьма интересные перспективы, и, кто знает, может, недалеко то время, когда при изготовлении светочувствительных составов для кино- и фотопленок перестанут расходовать тонны серебра. По крайней мере, для этого очень многое делается в химических и биотехнологических лабораториях страны.

Так, в Новосибирском институте органической химии СО АН СССР исследованы фотоматериалы с ферментативным усилением скрытого изображения, основанные на фотоиммобилизации на целлюлозных носителях ферментов различных классов. Ведутся такие работы и в Институте биофизики АН СССР. Здесь на основе бактериального вещества (родопсина), выделенного из бактерий, уже сделана фотопленка, получившая название биохромной, обладающая уникальной чувствительностью, отличным временем хранения информации и высокой контрастностью. Срок хранения «биохрома» — несколько лет.

Процесс получения фотопленок с использованием бактериального родопсина, производящегося в виде водной суспензии, экологически чист, а значит, безвреден для человека и окружающей среды.

Производят «биохром» по стандартной технологии на основе распространенных в фотографической промышленности матриц. К тому же современные биохимические методы открывают широчайшую возможность синтезировать на основе бактериального родопсина сотни аналогов с заранее заданными свойствами и спектрами. Более того, уже сделаны нашедшие заслуженное признание у потребителей первые цветные пленки под тем же названием — «биохром». И вот что интересно: пленки оказались весьма перспективными и для голографии.

Таковы первые результаты разработок в данном направлении биотехнологии.

Я не раз и не два знакомил своих читателей на страницах этой книги с получением и использованием биогаза. Однако биоэнергетика отнюдь не ограничивается им одним, но включает в себя и биоэнергетическую технологию второго поколения, само возникновение которой связано с созданием промышленных процессов биофотолиза воды — биологических способов конверсии (превращения) солнечной энергии в топливо.