Биороботы на службе человека

Эти живые существа уже никогда не смогут жить на воле. Их геном многократно перекроен ради лишь одной задачи — без устали работать на человека. Миллионы этих биороботов производят в огромных количествах то, что самим им практически не нужно. Они сопротивляются, они хотели бы жить по‑другому, но кто же им это позволит? 

За вводным пассажем, написанном в стиле антиутопии, на самом деле стоит обыденная реальность. Речь идет о микроорганизмах, специально адаптированных для работы в биотехнологическом производстве. Вообще-то микроорганизмы — бактерии и грибы — «вкалывают» на человечество с незапамятных времен, причем до открытий Луи Пастера люди даже не догадывались, что, замешивая дрожжевое тесто, сквашивая молоко, изготовляя вино или пиво, они имели дело с работой живых существ.

В поисках суперспособностей

Но как бы то ни было, интуитивно, методом стихийной селекции за тысячелетия людям удалось отобрать из природных, «диких» форм микроорганизмов высококачественные культуры для виноделия, сыроварения, хлебопечения. Другое дело, что уже в новейшую эпоху работящим бактериям были найдены новые применения. Возникли крупнотоннажные биотехнологические предприятия по производству, например, таких важных химических продуктов, как аминокислоты или органические кислоты.

Суть биотехнологического производства в том, что микроорганизмы, поглощая исходное сырье, например сахар, выделяют некий метаболит, продукт обмена веществ. Этот метаболит и является конечным продуктом. Проблема лишь в том, что в клетке присутствует несколько тысяч метаболитов, а производству нужен какой-то один, зато в очень больших количествах — например, 100 г/л (при том, что в естественных условиях метаболит вырабатывался бы в количествах, на два-три порядка меньших). Ну и разумеется, бактерии должны работать очень быстро — выдавать нужный объем продукта, скажем, за двое суток. Такие показатели диким формам уже не под силу — для этой «потогонной» системы требуются супермутанты, организмы с десятками различных модификаций генома.

Ближе к природе

Тут стоит задаться вопросом: а зачем вообще привлекать биотехнологии — разве химическая промышленность не справляется с производством тех же аминокислот? Справляется. Химия в наши дни может многое, однако у биотехнологий есть несколько серьезных преимуществ. Во‑первых, они оперируют возобновляемыми ресурсами. Сейчас в качестве сырья в основном используются крахмало- и сахаросодержащие растения (пшеница, кукуруза, сахарная свекла). В будущем, как считается, будет активно применяться целлюлоза (древесина, солома, жмых). Химическая отрасль работает преимущественно с ископаемыми углеводородами.

Во-вторых, в основе биотехнологий лежат ферменты живых клеток, которые работают при атмосферном давлении, нормальной температуре, в водных неагрессивных средах. Химический же синтез протекает, как правило, при огромном давлении, высоких температурах, с использованием едких, а также взрыво- и пожароопасных веществ.

В-третьих, современная химия построена на применении каталитических процессов, а в роли катализаторов, как правило, выступают металлы. Металлы не относятся к возобновляемому сырью, а применение их рискованно с точки зрения экологии. В биотехнологии функцию катализаторов выполняют сами клетки, и при необходимости клетки легко утилизовать: они разлагаются на воду, углекислый газ и небольшое количество серы.

И наконец, четвертое преимущество заключено в свойствах получаемого продукта. Например, аминокислоты являются стереоизомерами, то есть молекулы имеют две формы, обладающие одинаковой структурой, но пространственно организованные как зеркальные отражения друг друга. Поскольку L- и D- формы аминокислот по‑разному преломляют свет, такие формы называют оптическими.