Чтение онлайн

При старом способе производства приходилось через несколько дней начинать весь процесс сначала — с новым сахарным раствором, новыми дрожжами и в вычищенном реакторе. В противоположность этому биореактор с иммобилизованными дрожжевыми клетками функционирует в течение длительного времени, он в 10 раз более продуктивен, а потому и продукция намного дешевле, чем при прежнем способе.

Дрожжевые клетки, иммобилизованные внутри пористых шариков, месяцами сохраняют жизнеспособность и вырабатывают из поступающего раствора сахара спирт, который в свою очередь покидает полимерные шарики и выходит из колонны.

В настоящее время микроорганизмы, трансформированные генно-инженерными методами, продуцируют уже человеческий инсулин для лечения больных диабетом и человеческий интерферон, первое действенное средство против вирусных инфекций.

Это всего лишь первые «дети» биотехнологии, без которой о них вообще мы не могли бы говорить. Однако список белков человека и животных, настоятельно требующихся для лечения или предупреждения болезней, далеко не ограничивается этим; в частности, здесь как цель биотехнологии следует назвать биологически активные факторы (гормоны), стимулирующие развитие; ферменты, препятствующие образованию сгустков в крови и потому применяемые как средство против сердечных инфарктов, вакцины против гриппа, инфекционного гепатита (желтухи) и других вирусных болезней, а также против болезней, вызываемых паразитами, например малярии; и, наконец, новые белки, подавляющие злокачественный рост клеток (раковых клеток).

Против тромбов, образующихся при инфарктах, активно действует вырабатываемый в биореакторах клетками млекопитающих белокрасщепляющий фермент — тканевой активатор плазминогена t-PA (от англ. tissue Plasminogen activator).

t-PA отщепляет фрагмент от другого циркулирующего в крови фермента (плазминогена) и тем самым предоставляет ему возможность активно растворять сеть из белковых нитей (фибрин), которая крепко удерживает кровяной сгусток (тромб). Благодаря этому сердце быстро начинает вновь снабжаться кислородом и питательными веществами. Есть предположения, что уже в девяностые годы t-PA поможет спасти жизнь миллионам людей.

Всё больше новых продуктов, ранее вовсе не известных, появляется на свет благодаря развитию биопромышленности. Например, определённые микробы поразительным образом могут продуцировать из сахара полимерные вещества, то есть без использования нефти и сложных энергоёмких установок. Так, бактерия Alkaligenes eutrophus образует полигидроксибутират. Её клетки накапливают этот полимер в количестве, достигающем 80 % собственной массы. В таком случае бактерия состоит почти вся из пластмассы! Продуцируемый полимер служит клеткам в качестве запасного материала (подобно крахмалу в растительных клетках) и потому обладает ценным преимуществом перед всеми химически получаемыми полимерными материалами: он разлагается также биологически! Например, нити из «биопласта» могут использоваться для наложения швов на послеоперационные раны.

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!