От пекарни до биофабрики. Обзор достижений биотехнологии
В 1683 г. Левенгук сделал, пожалуй, самое важное из своих открытий. Он соскрёб налёт со своих зубов и поместил его под микроскоп. Он увидел, как резвятся уже другие существа, ещё более крохотные, чем зверушки из дождевой бочки, как перекатываются малюсенькие шарики, тащатся согнутые палочки и вихрем проносятся в самых разных направлениях быстрые, как стрелы, спиральки. Левенгук зарисовал своих крошек и послал свои рисунки в Лондон в Королевское общество. Это было первым изображением живых бактерий.
Первое изображение живых бактерий. Зарисовка Левенгука, которую он вложил в своё письмо, обращённое Лондонскому Королевскому обществу. При рассмотрении зубного налёта он увидел такие бактериальные формы, как палочки, кокки и спириллы. Теперь нам известно, что в 1 г зубного налёта содержится ~100 000 000 000 микроорганизмов, среди них есть и такие бактерии, которые питаются сахаром, выделяя кислоту, в результате чего происходит разрушение зубов (кариес).
На заседаниях Лондонского Королевского общества демонстрировались интересные новые эксперименты; как раз в то время организация их проведения была поручена английскому естествоиспытателю Роберту Гуку (1635—1703). Сам он, изучая с помощью своего усовершенствованного многолинзового микроскопа бутылочную пробку [3], обнаружил в ней регулярно расположенные маленькие поры, которые он предложил назвать «клетками». Следуя указаниям Левенгука, Гук воспроизвёл конструкцию его микроскопов и сумел подтвердить его наблюдения; однако он не подозревал, что маленькие «зверушки» тоже состоят из клеток, правда, как правило, лишь из одной-единственной клетки.
Многолинзовый микроскоп Роберта Гука, с помощью которого он обнаружил растительные клетки на тонком срезе бутылочной пробки.
Изображение отмерших растительных клеток. Рисунок из книги Гука «Микрография».
Теперь члены Королевского общества смогли воочию убедиться в существовании микроскопически малых живых существ. «Зверушки» вызвали у них живой интерес. Левенгук, никогда не учившийся ни в каком университете, был единогласно избран членом Лондонского Королевского общества. Благодаря своим умелым рукам, любознательности и терпению он достиг гораздо большего, чем многие учёные его времени, которые подчас на вопрос, сколько зубов у осла, предпочитали искать ответ в трудах древнегреческого естествоиспытателя Аристотеля вместо того, чтобы попросту заглянуть в пасть длинноухому.
Открытиями Левенгука интересовались короли, знатные люди и, конечно же, учёные всех стран. Его посетили королева Англии и король Пруссии Фридрих Ⅰ, а также русский царь Пётр Ⅰ, проживавший в то время в Голландии под чужим именем с целью изучения кораблестроительного дела. Довольно долго «крошкам» просто дивились как курьёзу, но затем интерес стал постепенно угасать и о них стали забывать. Никто тогда не мог предположить, что именно подобные зверушки вызывают опустошительные эпидемии, а также что им мы обязаны тем, что можем наслаждаться хрустящим хлебом, хорошо сброженным пивом, благородным вином и превосходным сыром. Ещё ничего не ведая, человек уже в течение тысячелетий «эксплуатировал» чудесных зверушек.
Биотехнология наших предков: пивоварение, хлебопечение и виноделие
Более чем 6000 лет тому назад шумеры Двуречья (территория между Тигром и Евфратом) уже владели искусством пивоварения: из проросших зёрен они изготовляли сытный, стойкий и пьянящий напиток. Для этого после увлажнения ячмень или полба — ранняя культурная форма пшеницы — проращивались. Из проросших зёрен, то есть из солода, выпекали «пивные хлебцы», измельчали их и заливали водой. С помощью сита, сплетённого из ивовых прутьев, жидкость отделяли от твёрдого осадка и разливали в глиняные сосуды, которые хранили затем закупоренными. Вскоре из жидкости в сосудах начинали подниматься пузырьки газа, т. е., как сказали бы мы сегодня, жидкость начинала бродить. Так из этого сладковатого сиропа возникал напиток, содержащий спирт; это и было пиво тех времен.
Преемникам культуры шумеров, вавилонянам, было известно уже более 20 различных сортов пива. Пивоварение имело у них важное государственное значение. Так, Хаммурапи, наиболее могущественный властитель вавилонян (1792—1750 до н. э.), повелел высечь на камне, что пивовары, уличённые в тайном разбавлении пива водой, будут жестоко наказаны: либо они будут утоплены в собственных пивных сосудах, либо их заставят пить изготовленную ими же бурду до тех пор, пока они не упьются до смерти.
Умели варить пиво и древние египтяне. Осирис, бог земли и плодородия, одновременно почитался ими как бог пива. Египтяне уже знали, что брожение наступит скорее, если добавить отстой удачно сваренного пива. Естественно, они и не подозревали, что брожение обусловлено живыми организмами, дрожжами. Размеры дрожжевой клетки составляют всего лишь около сотой доли миллиметра. А для того чтобы быть воспринятой человеческим глазом хотя бы в виде точки, ей следовало бы быть по крайней мере в 5—10 раз больше.
Жёлтые шарики дрожжевых клеток сумел отыскать под микроскопом в капле пива опять-таки всё тот же Левенгук. К этому времени дрожжи уже употребляли в концентрированном и очищенном виде как для хлебопечения, так и для пивоварения и для получения вина.
Дрожжи относят к низшим грибам, их называют также почкующимися грибами, так как они размножаются почкованием. Дрожжи состоят всего лишь из одной-единственной клетки. Эта материнская клетка образует при почковании отдельные выпячивания, «дочерние клетки», которые отшнуровываются (отделяются), после чего они способны к самостоятельному существованию и могут в свою очередь образовывать новые клетки. Например, поступающие в магазины прессованные дрожжи легко размножаются в подсахаренной воде.
Сегодня, как и во времена шумеров, процесс приготовления пива начинают с проращивания ячменя, его превращения в солод. После этого образовавшийся солодовый «корж» измельчают, смешивают с тёплой водой и помещают в заторный чан в качестве «затора». Здесь из крахмала, отложенного в зёрнах, в течение нескольких часов образуется солодовый сахар (мальтоза). Затем твёрдые компоненты затора отфильтровывают, а остающуюся сладкую жидкость переливают в пивоваренный котёл. Туда же добавляют хмель. Он придаёт пиву пряный горьковатый вкус. Получающееся таким образом «сусло» сливают в бродильный чан и добавляют «пивные дрожжи». Тогда начинается брожение. По окончании брожения пиво на некоторое время оставляют в чане, где оно должно «дозреть». В заключение пиво подвергают кратковременному нагреву для того, чтобы убить вредных микробов, и затем разливают по стеклянным бутылкам, жестяным банкам и другим сосудам.
Таким образом, основные процессы в современном пивоварении те же, что и много тысяч лет назад, только прежде люди для достижения тех же целей использовали работу микроорганизмов неосознанно. В настоящее время техническое использование микроорганизмов, то есть живых существ, называется биотехнологией (от греч. bios — жизнь). Пивоварение, виноделие, хлебопечение, сыроварение, производство уксуса и квашение капусты — всё это процессы, которыми человек более или менее хорошо владел уже в течение тысячелетий. Да и сушка мяса, рыбы и овощей, копчение и засолка также относятся к способам предохранения пищевых продуктов от порчи, только здесь упор делается на то, чтобы не допустить развития вредных микроорганизмов, тогда как, к примеру, при приготовлении вина необходимо, чтобы происходило размножение полезных микроорганизмов, то есть дрожжей.
