Интернет: Заметки научного сотрудника

Точку в этом вопросе поставила моя итоговая статья в ведущем международном научном журнале «Biochemistry» в 1990 году. В этой статье на многих примерах показано, как с ростом адсорбционной способности целлюлаз последовательно растет их способность всё быстрее и быстрее разрушать кристаллическую целлюлозу. И там я объявил, что вопрос с «фактором» можно успешно и бесповоротно закрывать. Редакция поместила эту статью первой в выпуске, под шапкой «Перспективы биохимии». Статья собрала несколько сотен цитирований в публикациях на эту тему. Это, пожалуй, моя наиболее цитируемая в научной печати статья из почти трехсот опубликованных. И наверное, наиболее мне дорогая. Больше по этой теме я статей не публиковал. Для меня вопрос был исчерпан. Но еще немало лет, уже будучи в США и работая совсем по другой тематике, я продолжал получать приглашения читать лекции на тему механизма действия целлюлаз в самых разных университетах и компаниях США и Канады. И не только там, но и, например, во Всемирном банке (The World Bank) в Вашингтоне, и в парламенте Канады (House of Commons) в Оттаве. Я каждый раз ехал и выступал. Тема уж очень интересная. А в Гарвардском университете мне специально предоставили возможность – уже в середине 1990-х годов – написать шеститомник по инженерной энзимологии, в котором особое внимание уделить целлюлазам и биотехнологии целлюлозы.

Про выступление в канадском парламенте, пожалуй, расскажу отдельно. История того стоит, наверное.

29. «Паровой взрыв» целлюлозы и канадский парламент

Много лет назад, в 1930-х, в США был разработан особый подход к повышению питательной ценности целлюлозы как корма. Солома как еда не подарок даже животным, хотя жвачные имеют целую хорошо организованную систему желудков, в которых целлюлоза атакуется симбиотическими целлюлолитическими микроорганизмами. Симбиотическими, потому что имеет место симбиоз между этими микробами и самими жвачными животными, обоюдополезный, как и подобает симбиозу. У человека целлюлаз в организме вообще нет, поэтому целлюлозу он переваривать не может в принципе. К чему это я? А к тому, что целлюлоза в природных растительных материалах является довольно труднодоступной для ферментов-целлюлаз, для микроорганизмов, для жвачных животных. Камень преткновения в биотехнологии целлюлозы – это увеличение доступности целлюлозы для ферментов. Природа эволюционно постаралась, чтобы упрятать целлюлозные волокна поглубже от разрушительных микробов и их целлюлаз. В свою очередь те же микробы эволюционно совершенствовали себя и свои целлюлазы, а также другие сходные ферменты, чтобы выиграть в этой борьбе и прокормить себя глюкозой из целлюлозы. Вот такая борьба миров.

В итоге у большинства растений целлюлозные волокна, собранные в длинные жгуты, окружены и переплетены сложными полисахаридами – гемицеллюлозами, основным из которых является ксилан. Ксилан построен по типу целлюлозы, но состоит не из глюкозы, а из другого сахара – ксилозы. Он не кристаллический, а аморфный. Наконец, все это переплетение залито лигнином – твердой полифенольной смолой. И вот все это животным приходится есть, «выковыривая» питательную для них целлюлозу и пропуская лигнин через себя и выводя наружу. Лингин – легкогорючее вещество, поэтому, кстати, кизяк хорошо горит. А кизяк, кто не знает, – это высушенная смесь лигнина с остатками непереваренной целлюлозы.

Ближе к делу. Как можно просто и экономически эффективно «обнажить» целлюлозу в растительных материалах и сделать ее более доступной для химических и биологических реакций – это вопрос вопросов биотехнологии целлюлозы. Под растительными материалами в биотехнологии обычно понимают отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности, которые не находят полного спроса и поэтому представляют собой «отходы». Можно механически измельчить, но на это требуется столько энергии, что никакая экономика не выдерживает. Измельчить, скажем, хрупкий уголь – нет проблем. А вот измельчить волокнистую целлюлозу – очень энергоемкая задача.

Химическое разделение целлюлозы и лигнина – давно решенная задача, на этом стоит вся бумажная промышленность. Можно лигнин в раствор, а целлюлозу в осадок. Можно наоборот – целлюлозу в раствор, а лигнин в осадок. Но все это опять же дорого, поэтому бумага и дорогая. Биотехнология отходов такой экономики не выдержит.