Биотехнология: что это такое?

Но вернемся вновь к уникальной способности бактерий фиксировать атмосферный азот, а вернее, к идее ее стимулирования, высказанной несколько выше. Нельзя ли, в самом деле, увеличить скорость ассимиляции микроорганизмами молекулярного азота? На языке практики это означало бы и ускорение процесса восстановления плодородия почв.

Оказывается, можно. Существует даже несколько путей решения этой довольно сложной проблемы. Первый из них был предложен в свое время членом-корреспондентом АН СССР А. М. Кузиным. Суть же решения заключалась в том, чтобы путем радиационного воздействия на внутренние биологические мембраны клетки наиболее полно выявить ее наследственные признаки. Причем оригинальная методика, разработанная ученым, открывает возможность из поколения в поколение усиливать эти признаки, все контрастнее проявляя свойства, практически полезные для хозяйственной деятельности человека. Реализованная в промышленных масштабах, она позволила поставить на индустриальный поток культивирование высокоэффективных штаммов микробов-азотфиксаторов.

Второй вариант решения все той же проблемы ускорения азотфиксирующей способности бактерий предложили биотехнологи, использовав при этом им одним присущее сочетание чисто биологических подходов к эксперименту с технической виртуозностью его проведения. Другими словами, биотехнология в данном случае воспользовалась тончайшими методами генетической инженерии.

Работа осуществлялась в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР под руководством академика А. А. Баева. Ученые шли к той же цели, что и А. М. Кузин (ускорение бактериями азотфиксирующей деятельности), но своим, оригинальным путем. Познание молекулярно-генетических основ симбиотических взаимосвязей — вот что стало их программой-максимумом. Вспомните-ка энциклопедическое определение понятия «почва», на сей раз его первую часть: «природное образование, состоящее из генетически связанных горизонтов…» Но зачем ученым понадобилось столь углубленное проникновение в симбиотические взаимосвязи?

Для того чтоб, разобравшись в них, получить возможность управлять процессом азотфиксации. А достигнуть задуманное оказалось возможно лишь путем направленного конструирования бактериальных суперштаммов, наиболее перспективных для использования в земледелии.

По сути дела речь шла о том, чтобы усовершенствовать с помощью генетической инженерии и передать в таком улучшенном виде последующим поколениям новый штамм бактерии-азотфиксатора, оптимально проявляющего себя в условиях биогеоценоза. Конструирование нового организма шло по отработанной, хорошо известной современной биотехнологии методике: часть генетического аппарата (весь он называется геномом) одного микроба переносилась в другой. Жизнедеятельность обоих при этом не страдала, а рабочие качества возрастали. Подвергшийся трансплантации организм по сути дела становился новым организмом с иными возможностями и качествами. Он теперь воссоединял в себе все достоинства двух перенесших генетическую операцию организмов. Конечно, генетическое конструирование нового штамма азотфиксирующих бактерий и само по себе — дело нелегкое, но главная трудность, с какой сталкиваются обычно исследователи при его реализации, — технология извлечения из генома какого-то одного, но вполне конкретного оперона (часть генетического материала, ответственная за реализацию того или иного признака).

Но характер проявления азотфиксирующих свойств зависит не только от биологических особенностей самой бактерии, но и от соседей по симбиозу, продуктов их жизнедеятельности, способных подавлять или, наоборот, усиливать уникальные качества азотфиксаторов.

Надо сказать, что симбиотические привязанности бактерий весьма консервативны. Как убедительно доказано наукой, клубеньковые микроорганизмы, например, очень неохотно меняют растение-хозяина, места обитания и собственные «вкусы». Одни из них предпочитают клевер, другие — люпины, а третьи — горох. И только в этих привычных условиях их азотфиксирующие особенности срабатывают наиболее эффективно. Отсюда вывод, сделанный биотехнологами: конструируя новый организм, необходимо учитывать взаимозависимость всех сожителей симбиоза.

Проверяется терпимость нового, созданного с учетом вышеназванных особенностей, штамма к тому или иному соседу по симбиозу довольно просто — путем взаимного слияния бактериальных клеток, симбиотирующих с определенной парой растений. Ну, например, клевером и фасолью, горохом и люпином. Если новый штамм «охотно» внедряется в корневые волокна растений, значит, он будет активно продуцировать в их среде не только в лабораторных условиях.