От пекарни до биофабрики. Обзор достижений биотехнологии
Эти бактерии на 80 % состоят из пластмассы! Alkaligenes eufrophus образует из сахара полимер полигидроксибутират (ПГБ), который она накапливает в качестве запасного материала.
Другие микроорганизмы образуют из крахмала уже другой полимер пуллулан. Из пуллулана изготавливают тонкие плёнки, в которые можно герметично упаковывать пищевые продукты, сохраняя их свежими. А потом продукты вместе с упаковкой можно класть в кастрюлю и варить, так как пуллулан (подобно крахмалу) съедобен и растворяется в горячей воде. При производстве этих новых «микробных» пластмасс экономится энергия и сырьё, и к тому же они не загрязняют окружающую среду: они быстро разрушаются микробами.
Возможно даже, что недалёк тот день, когда мы будем ходить в одежде, сотканной из нитей, изготовленных микробами из сахара. У некоторых микроскопических грибов грибные нити (гифы) образуют густое плетение, это также может быть использовано, например для изготовления бумаги и текстильных изделий. Эти «нити» значительно тоньше, чем хлопчатобумажные волокна, и всё же очень прочны. Уже сегодня подобные новые текстильные изделия применяются в медицине при оказании неотложной помощи в качестве искусственной «кожи» для закрытия обширных ран.
Биополимерный материал ПГБ обладает всеми «хорошими» свойствами химически изготовленной пластмассы, однако в отличие от неё легко разлагается микробами.
Наряду с полимерами микробы могут производить и новые материалы для электроники. Нам всем знакомы жидкие кристаллы цифровых индикаторов электронных часов или микрокалькуляторов. Бактерии рода нокардия образуют в своих клетках вещества, которые можно применить для жидких кристаллов нового типа. Эти кристаллы реагируют на сигналы значительно быстрее, чем прежние системы, следовательно, их можно было бы применить, например, для особоплоских телевизионных экранов. Телевизор будущего, висящий на стене наподобие картины,— не случится ли так, что этот проект будет осуществлён именно с помощью микробов?
Сравнение химического производства старого типа с современным биопроизводством.
В этих 14‑литровых биореакторах (фирма «Генекс», США) образуется первый в мире биоклеящий материал. Каждый знаком с тёмно-фиолетовыми раковинами съедобных мидий (Mytilus edulis), которые во всех морях прикрепляются к сваям, камням, буям и днищам шлюпок при помощи тонких прочных биссусовых [32] нитей. Эти нити состоят из белка, который действует как клей. В отличие от химических клеев биоклей и в морской воде долгие годы сохраняет крепость камня. С помощью современных методов генной инженерии удалось передать кишечной палочке и дрожжевым клеткам способность вырабатывать белок ракушек; это и используется в биореакторах. По всей вероятности, биоклей в первую очередь начнут применять в своей практике зубные врачи.
Биотехнология уже сейчас развивается в таком захватывающем дух темпе, каким до сих пор продвигалась вперед только ещё одна ключевая технология — микроэлектроника.
Ещё несколько лет тому назад термин «чип» [33] был понятен исключительно специалистам. Сегодня электронные часы, микрокалькуляторы — предметы повседневного обихода. Роботы и компьютеры внедряются во все отрасли промышленности. Точно так же мы доживём и до того, что биометоды и биопродукты, о которых мы сегодня совсем ничего не знаем, постепенно станут занимать всё большее место в нашей будущей будничной жизни и промышленном производстве.
Такие непривычные сегодня названия, как пуллулан, аспартам, фруктозный сироп, биогаз или интерферон, вероятно, войдут в нашу обиходную речь. К этому добавится ещё множество новых наименований и продуктов.
Обе передовые технологии, микроэлектроника и биотехнология, производят переворот не только в промышленности и практической повседневной жизни, они меняют наш образ мыслей! Вместо опасных и расточительных «дорог с движением в одном направлении» по схеме: сырье → продукт → отходы — мы должны достигнуть создания круговорота веществ, как это происходит в живой природе. Ведь в природе не существует отходов: каждый продукт — это одновременно сырьё для какого-нибудь нового процесса.
Так что же, считать биотехнологию панацеей от всех проблем человечества? Разумеется, нет! Но биотехнология создаёт научные и технические предпосылки, которые, возможно, сумеют помочь тому, чтобы все люди на Земле ощущали себя здоровыми и жили счастливо.
Современный завод по получению белка при помощи микробов по сравнению с природными «биофабриками» (на переднем плане!) имеет в 100 000 раз более высокую производительность!
Завод по производству кормовых дрожжей из отработанного сульфитного щелока, выдающий в качестве побочного продукта чистую воду (Пирна, ГДР).
Агрегаты для получения биогаза из сточных вод (Делфт, Нидерланды).
Биореактор для производства белка из метанола (Биллингхем, Англия).
Установка для производства спирта с помощью иммобилизованных дрожжевых клеток (Киушу, Япония).
Огромная масса потребляемых нами продуктов — это биопродукты; они ещё и сегодня производятся по проверенной тысячелетиями технологии, разработанной нашими далёкими предками. Очень давно человек заставил работать на себя бактерии, дрожжи и другие микроорганизмы. «Трудом» микроорганизмов производятся хлеб и хлебобулочные изделия, пиво, вино, спирт, сыр, эссенция и пекарские дрожжи.
