2.3 Перспективы развития биотехнологии

Дальнейший прогресс человечества связывают с активным вне-

дрением во все сферы жизни электроники и биотехнологии.

Биотехнология должна решать глобальные проблемы современ- ной цивилизации: угроза экологического и энергетического кризисов, истощение запасов полезных ископаемых, нехватка продовольствия. Сфера применения методов биотехнологии расширится и будет

охватывать такие области, как:

 пищевая промышленность (продукты питания и пищевые до-

бавки);

 сельскохозяйственное производство (выведение новых и про- дуктивных видов сельскохозяйственных растений и животных и пере- работка сельскохозяйственных отходов, борьба с болезнями растений и

животных);

47

 здравоохранение (диагностика, профилактика и лечение забо- леваний с применением современных медикаментов и медицинской техники);

 химическая промышленность (производство клеев, детерген- тов, красителей, волокон, вкусовых добавок, желирующих веществ, за- густителей, душистых веществ, пигментов, смазок, восков и др.);

 биоэнергетика (применение и использование нетрадиционных источников энергии);

 мониторинг и охрана окружающей среды (воздух, вода и поч-

ва), обезвреживание твердых отходов, очистка сточных вод и газовых выбросов;

 биогеотехнология - добыча минерального сырья на суше и в море;

 биоэлектроника, фотография, аналитические приборы.

2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов

Представим виды биохимической деятельности микрообъектов,

используемые в биотехнологии.

1. Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, многих вакцин.

2. Образование (биосинтез) в процессе роста и развития клеток ценных биохимических продуктов. Некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе

(внутриклеточные продукты). В этих случаях производство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.

3. Биотрансформация - процесс, в результате которого под воз- действием биохимической деятельности микроорганизмов или фер- ментов происходит изменение химического состава исходного химиче- ского вещества. Кроме того, в процессе биотрансформации используют обычно уже готовый биологический агент — клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не обра- зуются.

Пример процесса биотрансформации — превращение глюкозы во фруктозу под воздействием фермента глюкозоизомеразы. Оба сахара

^{имеют одну формулу С}₆^Н₁₂^О₆^{, но различную пространственную струк-}

туру молекулы.

48

Интересно, что подобный процесс в природе осуществляют пче-

лы (если кормить их глюкозой). Но поскольку здесь в операции прини- мает участие макроорганизм — пчела, мы не можем данный процесс назвать биотехнологическим.

Или другой пример. Глицерин, представляющий собой трехатом- ный спирт, под воздействием клеток глюконобактерий превращается в диоксиацетон:

С Н₂-ОН Н С ₂-ОН

| |

_{СН-ОН → С=О +} ^{Н 2}

| |

^{С Н}₂^{-ОН С Н} ₂^-ОН

Как следует из схемы реакции, небольшое изменение в структуре молекулы (уходят два атома водорода, то есть происходит дегидриро- вание) приводит к образованию нового вещества, по своим свойствам заметно отличающегося от исходного — глицерина.

4. Потребление микроорганизмами из жидких сред различных ве-

ществ, которые являются нежелательными примесями (загрязне- ниями). Здесь биомасса микроорганизмов служит промежуточным агентом, по окончании процесса она становится ненужной. Такие про-

цессы применяют при биологической очистке сточных вод. Продуктом здесь является очищенная вода, а биомасса активного ила, которая по- требляет загрязнения, все время отводится от системы и затем обезвре- живается или перерабатывается для получения из нее других полезных продуктов.

5. Выщелачивание с помощью микроорганизмов, то есть перевод

в растворенное состояние некоторых веществ, находящихся в твердых телах. Примером является микробиологическое выщелачивание цен- ных металлов из руд — меди, цинка, урана и др.

6. Особым случаем является использование биохимической дея- тельности микроорганизмов с целью образования газов и за счет этого создания, например, пористых материалов. Так, для этого используют дрожжи при приготовлении хлеба. Одно из назначений дрожжей при получении пива или шампанского — также создать в среде высокую концентрацию растворенного диоксида углерода, чтобы вино или пиво хорошо пенилось.

49

Рассмотренные шесть основных направлений биохимической дея-

тельности микроорганизмов являются основой для получения широко-

го класса продуктов биотехнологии.