Биотехнология

септических процессах, инфаркте миокарда, эмфиземе легких,

панкреатите. Уменьшение концентрации глюкозы в крови больных диабетом

может быть достигнуто при исполь зовании ингибиторов кишечных инвертаз и

амилаз, отвечающих за превращение крахмала и сахарозы в глюкозу. Особой

задачей является поиск ингибиторов ферментов, с помощью которых

патогенные микроорганизмы разрушают антибиотики, вводимые в организм

больного.

Таковы основные направления биотехнологических разработок в области

медицины. Без преувеличения можно сказать что центральное приложение

новейших биотехнологических подходов — медицина. Одной из проблем,

связанных с белками медицинского назначения, является наличие у них

побочных эффектов. Например, аллергические реакции возникают как против

генноинженерных белков, так и против моноклональных антител, даже если их

получают на основе человеческих гибридом. Эта проблема не нова для медицины

и не является непреодолимой.

4. Биотехнология и пищевая промышленность

Микроорганизмы, культуры растительных клеток могут дать пищевые добавки,

выгодно отличающиеся своей «натуральностью» от синтетических продуктов,

преобладающих в настоящее время. В будущем кулинар сможет добавить в

изделие аромат земляники или винограда, масло чеснока или мяты — продукты,

образуемые в биореакторах с растительными клетками.

Все большее значение приобретают низкокалорийные, не опасные для больных

диабетом заменители сахарозы, в первую очередь фруктоза — продукт

превращения глюкозы при участии иммобилизованной глюкоизомеразы. В

некоторых продуктах применяют глицин, дающий в комбинации с аспарагиновой

кислотой различные оттенки сладкого и кислого. Планируют пищевое применение

очень сладкого дипептида аснартама и особенно 100—200-звенных пептидов

тауматина и монеллина, которые слаще сахарозы в 10 тыс. раз. В виде

мультимера аспартам получен с помощью генноинженерных мутантов Е. coli,

недавно клонирован также ген тауматина.

Немаловажную роль играют ныне в пищевой промышленности ферменты. С их

помощью осветляю! фруктовые соки, производят безлактозное (диетическое)

молоко, размягчают мясо. Большие возможности в плане повышения питательной

ценности представляет добавление в продукты питания витаминов и

аминокислот. Ряд аминокислот производят с применением микробов-

сверхпродуцентов, полученных с применением методов генетической инженерии.

Так, генноинженерный штамм E. coli синтезирует до 30 г/л L-треонина за 40 ч

культивирования. Важный аспект биотехнологии — улучшение штаммов

промышленных микроорганизмов. Основные приложения биотехнологии к пищевой

промышленности суммированы в табл. 3.

Биомасса одноклеточных в перспективе может употребляться как пищевая

добавка. Основные принципы получения белка в пищу те же, что и для

производства кормового белка, однако крут допустимых субстратов более

ограничен, в требования к компонентному составу биомассы более жесткие. В

пищевой биомассе должно содержаться не менее 80% белка сбалансированного

аминокислотного состава, не более 2% нуклеиновых кислот и 1% липидов (М. Г.

Безруков, 1985). Необходимы детальные токсикологические и медико-

биологические исследования с последующим клиническим испытанием пищевых

препаратов биомассы (В. Г. Высоцкий, 1985)

Психологический барьер, на который наталкивается произ водство «микробной

пиши» в странах Европы и Японии, связан не только с прямым риском

подвергнуться интоксикации, но и с сомнительными вкусовыми достоинствами

этой «пищи будущего». Эксперт по проблемам питания, попробовав образец

бактериальной биомассы, заметил: «Она имеет все те свойства, которыми

должна обладать новая человеческая пища: не имеет ни запаха, ни цвета, ни

структуры, ни вкуса».

Остается выразить надежду на то, что в эпоху, когда белок одноклеточных

войдет в употребление, биотехнология сможет в полной мере использовать

созданный ею же потенциал растительных и микробных клеток как продуцентов

вкусовых, ароматизирующих и структурирующих пищу добавок. Перспективным

представляется культивирование грибов (Fusarium), цианобак-терий

(Spirulina), зеленых водорослей (Chlorella, Scenedesmus), имеющих

консистенцию и другие органолептические свойства, более привычные для

человека. Волокнистую массу Fusarium на базе картофельного или пшеничного

крахмала как источник пищи для человека производит ныне компания Rank Hovis

Me. Dougall.

Таблица 3. Перспективы использования биотехнологических продуктов в пищевой

промышленности (по П. П. Клесову, 1984; М. Haas, 1984; J. Kas, 1984; О.

Volfova, 1984; О. Sahai, M. Knuth, 1985)

|Продукт |Примеры |Применение в пищевой промышленности |

|Аминокислот|Цистеин, |Повышение питательной ценности пищи (в том числе |

|ы |метионин, |белка одноклеточных) |

| |лизин | |

| |Глутамат |Усиление аромата мясных, рыбных, грибных |

| | |изделий |

| |Глицин, |Придание кондитерским изделиям и напиткам |

| |аспартат |кисло-сладкого вкуса |

|Олигопептид|Аспартам, |Низкокалорийные, очень сладкие вещества |

|ы |тауматин, | |

| |монеллин | |

|Ферменты |?-Амилаза |Гидролиз крахмала при производстве спирта, |

| | |вин, в пивоварении, хлебопечении, |

| | |изготовлении кондитерских изделий и детского |

| | |питания |

| |Глюкоамилаза|Получение глюкозы, удаление остаточных декстринов |

| | |из пива |

| |Инвертаза |Производство кондитерских изделий |

| |Пуллуланаза |Производство мальтозных (в сочетании с ?-амилазой) |

| | |или глюкозных (в сочетании с глюкоамилазой) |

| | |сиропов из крахмала, предварительно |

| | |обработанного ?-амилазой |

| |?-Галактози-|Производство безлактозного молока, |

| |даза |освобождение молочной сыворотки от |

| | |лактозы, приготовление мороженого |

| |Целлюлозы |Приготовление растворимого кофе, морковного джема, |

| | |улучшение консистенции грибов и овощей, обработка |

| | |цитрусовых |

| |Пектиназы |Осветление вин и фруктовых соков, обработка|

| | |цитрусовых |

| |Микробные |Сыроварение, ускорение созревания теста, |

| |протеазы |производство крекеров |

| |Пепсин, |Осветление пива |

| |па-паин | |

| |Фицин, |Ускорение маринования рыбы, удаление мяса с костей |

| |трипсин, | |

| |бромелаин | |

| |Липазы |Придание специфического аромата сыру, шоколаду,|

| | |молочным продуктам, улучшение качества |

| | |взбитых яичных белков |

| |Глюкозооксид|Удаление кислорода из сухого молока, кофе, пива, |

| |аза в |майонезов, лимонных, апельсиновых и виноградных |

| |сочетании с |соков |

| |каталазой | |

|Витамины |А, В1, |Повышение питательной ценности пищевых продуктов |

| |В2, В6, |Антиоксиданты |

| |В12, С, D, | |

| |Е, | |

| |никотиновая | |

| |кислота С, Е| |

| | | |

|Терпены и |Гераниол, |Ароматизаторы |

|родственные|нерол | |

|соединения | | |

|Органически|Уксусная, |Консерванты, ароматизаторы |

|е кислоты |бен-зойная, | |

| |молочная, | |

| |глюконовая, | |

| |лимонная | |

5. Биогеотехнология

Приложения биотехнологии к добыче, обогащению и перераработке руд,

отделению и концентрированию металлов из сточных вод как вторичного сырья,

экстракции остаточных порций нефти из иссякающих месторождений относятся к

области биогео-технологии. Большую роль в этих процессах играют

микроорганизмы, способные жить в недрах Земли и осуществлять там химические

превращения.

Способностью переводить металлы в растворимые соединения (выщелачивание

металлов из руд) обладают различные бактерии. Например, Thiobacillus

ferrooxydans выщелачивает железо, медь, цинк, уран и другие металлы,

окисляя их серной кислотой, которая образуется этой бактерией из сульфида

(Г. И. Ка-равайко, 1984). Chromobacterium violaceum растворяет золото по

схеме Au-vAu(CN)2 (A. D. Smith, R. J. Hunt, 1985). Технологии подобных

процессов подкупают своей простотой: для извлечения остатков меди, урана,

никеля из «пустых пород» горнорудного производства их обливают водой и

собирают вытекающие продукты жизнедеятельности микроорганизмов —

растворимые соединения (CuSO4, UO|+ и т. д.). Метод бактериального

выщелачивания позволяет рассматривать разработку бедных месторождений как

экономически выгодное предприятие. В США бедные никелевые руды, содержащие

всего около 1 кг Ni на 1 т породы, предполагают «выдать на гора» с

применением бактериального выщелачивания.

Если речь идет об извлечении металлов из сточных вод, то большое значение

придается таким микроорганизмам, как Citrobacter sp. (L. Е. Macaskie, А. С.

R. Dean, 1985), Zoogloea ramigera, клетки и внеклеточные полисахариды

которой извлекают U, Си, Cd (Г. И. Каравайко, 1984). Велика хелирующая

способность грибной биомассы, что, учитывая сравнительную дешевизну ее

наработки в больших количествах, открывает

перспективы не только для концентрирования металлов (РЬ, Hg, Zn, Cu, Ni,

Co, Mn, Cr, Ag, Au, Pt, Pd) из растворов, где они присутствуют в следовых

количествах (Г'. И. Каравайко, 1984), но и для освобождения растворов от

радиоактивных примесей (дезактивации).

Ксантан, внеклеточный полисахарид бактерии Xanthomonas campestris, может

применяться для извлечения нефти из иссякающих месторождений. Остаточные

порции нефти обычно адсорбируются на различных породах, содержащихся в

нефтеносных пластах, и не вымываются из них водой. Раствор ксантана в воде

обладает, однако, высокой вязкостью и при закачке в пласты под повышенным

давлением высвобождает капли нефти из всех трещин и углублений нефтеносных

пород (S. Prentis,

1984). Бактерии-деэмульгаторы, например Nocardia sp, Rhodoco-сеик

rhodochrous, разделяют водную и нефтяную фазы, что может быть использовано

как для конценгрирования нефти, так и для очистки сточных вод от нефтяных

примесей, создающих угрозу для окружающей среды.

Пересечение различных сфер приложения биотехнологии (в нашем примере —

биогеотехнологической и природоохранной) составляет характерную особенность

ее современного этапа развития. Генноинженерные штаммы псевдомонад,

утилизирующие сырую нефть, допускают, по меньшей мере, две сферы

применения: получение биомассы на базе необ работанной нефти и

предотвращение нефтяного загрязнения окружающей среды, в частности

устранения нефтяных пленок на поверхности вод морей и океанов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нет сомнения, потенциал биотехнологии в наши дни велик. Ей дано — пусть в

определенных границах — перевивать поновому «нить жизни» — ДНК — методами

генетической и клеточной инженерии, создавать биообъекты по заранее

заданным параметрам и, как обычно добавляют, на благо человечества.

Всегда ли на благо? Думается, что уже из основного текста ясно: что

накопленный разносторонний потенциал современной биотехнологии — это

обоюдоострый меч, который, подобно другим новым отраслям научно-

технического прогресса, сформировавшимся в XX в. (ядерная энергетика,

компьютерная электроника, космонавтика), может принести не только пользу,

но и вред при бесконтрольном, неосторожном и тем более злонамеренном

применении. Так, в распространении методов генетической инженерии видели

угрозу заражения людей невиданными болезнетворными «генетическими

монстрами», создания новых разновидностей злостных сорняков и даже

выведения «стандартных людей» по заранее заданным программам. Потенциальную

угрозу, заключающуюся в развитии биотехнологии, нельзя ни преувеличивать,

ни преуменьшать, она в значительной мере определяется не чисто научно-

техническими, а этическими и социально-политическими факторами. Как

отмечено в материалах XXVII съезда КПСС, в разных общественно-политических

системах научно-техническая революция оборачивается разными ее гранями и

последствиями.

Биотехнология представляется «страной контрастов», сочетания самых

передовых достижений научно-технического прогресса с определенным возвратом

к прошлому, выражающимся в использовании живой природы как источника

полезных для человека продуктов вместо химической индустрии.

Значительные контрасты характерны для биотехнологии и в отношении

необходимых для ее развития финансовых средств, сырьевых материалов и

кадров. Есть биотехнологические разработки, требующие весьма внушительных

капиталовложений, концентрации усилий крупных коллективов научных

работников, инженерно-технических и управленческих кадров, дорогостоящего

сырья и оборудования (многие генноинженерные разработки, биотехнологические

процессы с применением автоматизированных систем управления). Это так

называемая «большая

биотехнология». Ей противостоит «малая биотехнология» (получение биогаза,

выращивание микроводорослей в прудах), обходящаяся во многом даровыми

источниками энергии и сырья, низкими капиталовложениями, небольшими

затратами труда.

Все направления современной биотехнологии должны служить всему

человечеству, а не только тем, кто способен финансировать развитие той или

иной отрасли. В частности, развивающиеся страны должны получить доступ к

«большой биотехнологии», которая им пока во многом «не по карману». Генно-

инженерная вакцина против малярии необходима для стран Африки, где от

малярии погибает более миллиона детей в год. Но могут ли развивающиеся

страны Африки финансировать массовое производство генно-инженерных вакцин?

Настоятельной необходимостью является международная координация усилий

биотехнологов, всех заинтересованных стран. В рамках государств —

участников СЭВ такая координация предусмотрена в Комплексной программе

научно-технического прогресса, рассчитанной на период до 2000 г.

Биотехнология — междисциплинарная область научно-технического прогресса.

Она весьма гетерогенна по своему теоретическому базису, потому что призвана

исследовать не какой-либо класс объектов, а решать определенный круг

комплексных проблем. Одной из них является, например, поиск дешевого

заменителя тростникового (свекловичного) сахара, и армия биотехнологов

берется за дело, сочетая в своей деятельности элементы различных наук:

методы микробиологии, необходимые для выращивания микроорганизма, биохимии

— для выделения глюкоизомеразы (дающей глюкозо-фруктозный сироп при

использовании глюкозы как субстрата), органического синтеза— для получения

полимерного носителя, а при регулировке параметров системы с

иммобилизованным ферментом необходимы физико-химические расчеты. Можно

добавить еще, что для повышения эффективности биосинтеза глюкоизомеразы

могут быть использованы методы генетической и клеточной инженерии.

Круг вопросов, к решению которых привлекают биотехнологические разработки,

весьма широк. Однако большинство из них прямо или косвенно связано с

глобальными проблемами, стоящими перед современной цивилизацией:

загрязнение окружающей среды, угроза экологического кризиса; истощение

запасов полезных ископаемых, в первую очередь источников энергии, угроза

мирового энергетического кризиса; нехватка продовольствия, особенно

ощутимая в развивающихся странах.

Слова «биология» и «биотехнология» различаются лишь тем, что в слове

«биотехнология» есть вставка «техно». И биология, и биотехнология имеют

дело с живыми объектами, но как различны их подходы к живому! Биотехнолог

изучает живое не из чисто познавательного интереса, он пытается «заставить»

работать живые объекты, производить нужные человеку продукты. «Зачем брать

на себя труд изготовления химических соедине-

ний, если микроб может сделать это за нас?», — говорил Дж. Б. С. Холдейн

еще в 1929 г., предвосхищая грядущий расцвет биотехнологии. В современной

биотехнологии живое рассматривается как средство производства в ряду всех

прочих средств; например, при биологической трансформации органических

соединений микроорганизмам отводят роль химических реагентов. Не случайна и

стандартная для инженерной энзи-мологии метафора, уподобляющая

иммобилизованные биообъекты «закованным в цепи рабам». Биообъект, таким

образом, понижают в ранге, переводя из категории самостоятельной целостной

живой системы в категорию реагентов, датчиков, реле, компьютерных деталей,

прочих орудий модернизированного производства.

Эта тенденция современной биотехнологии имеет не только философское, но и

практическое значение. Она порождает чересчур грубый, примитивный, чисто

эмпирический подход к такому сложному объекту, как живое, что ведет к его

низкоэффективному функционированию в условиях биотехнологического процесса.

Не оправдал себя, в частности, лобовой метод оптимизации подобного

процесса, оптимизация «грубой силой», проводимый без детальных знаний

физиологии используемого организма. Недостаточно надежен в биотехнологии и

метод кибернетического моделирования, упрощающий биологический объект до

«черного ящика».

Существует и другая тенденция в биотехнологии. Ее приверженцы относятся с

«пониманием» к тонкости и слаженности систем регуляции процессов

жизнедеятельности в клетке биообъекта. В полушутливой форме эти мысли

выражены журналистом и популяризатором биотехнологии Фишлоком в предисловии

к книге «Биотехнологический бизнес» (1982): «Микробы намного умнее и

способнее микробиологов, генетиков и инженеров». Речь нередко идет о

повышении ранга биообъекта в биотехнологии.

Описанные особенности подхода биотехнологии к объекту выделяют ее среди

традиционных естественно-научных дисциплин.

Биотехнология — типичное порождение нашего бурного, динамичного XXI в. Она

открывает новые горизонты перед человеческим разумом. Проблемы

биотехнологии чрезвычайно многообразны, начиная от чисто технических

(например, снижение каталитической активности ферментов при их

иммобилизации) и кончая тонкими интеллектуальными проблемами, связанными с

обеднением фундаментальной науки в связи с доминированием чисто проблемно-

прикладных разработок.

В условиях социализма открываются широкие перспективы и возможности для

использования новых научных исследований и разработок на благо человека и

общества.

Список используемой литературы.

1. ''Биотехнология: свершения и надежды'' – Сассон А., Москва, «Мир»

1987г.

2. ''Биотехнология проблемы и перспективы'' – Егоров Н.С., Москва,

«Высшая школа» 1987г.

3. ''Биотехнология: что это такое?'' Вакула В.Л., Москва, «Молодая

гвардия» 1989г.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5