На пути к бионике

Второе направление, по которому идут ученые в использовании микроорганизмов, - построение комбинированных химико-биологических технологических систем. Они создаются в тех случаях, когда при получении какого-либо продукта химический метод по ряду технико-экономических соображений целесообразно объединить с биологическими. Так, аминопеницилановая кислота синтезируется чисто химическим путем, а затем с помощью микроорганизмов из нее получают различные пенициллины. Другой пример - получение стероидных гормонов. При этом микробы наиболее точно и просто осуществляют отдельные химические превращения, например связанные с окислением.

Третье направление - бионическое. Убедившись в том, что ряд химических процессов, осуществляемых микробами, по сравнению с известными методами химической технологии значительно совершеннее и экономичнее, ученые стремятся перенести в производство принципы, используемые живыми организмами. Изучение и практическое использование секретов "химической технологии" живой природы является одним из важнейших и успешно развивающихся в настоящее время направлений бионики. Часть этих секретов ученые уже раскрыли. Выяснена полная пространственная структура более двух десятков белков, в основном ферментов. Изучение этих веществ ведется с использованием новейших методов и средств научных исследований (спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, электронно-вычислительные машины, меченые атомы и многое другое). Успешное развитие этих исследований послужит основой для создания аналогов ферментов, обладающих их замечательными свойствами. Все четче и четче начинает вырисовываться сложная и вместе с тем удивительно простая по идее система регулирования клеточных процессов, основанная на использовании принципов обратной связи. Дальнейшая программа работ по изучению и моделированию микробиологических процессов позволяет надеяться на то, что многие химико-технологические процессы будут в недалеком будущем коренным образом перестроены. На наших глазах рождается новая, многообещающая ветвь бионики - химическая бионика.

Взаимная связь между бионикой, микробиологией и химией с каждым годом становится все более тесной. Этому способствует, прежде всего общность цели: как можно глубже изучить химические процессы, протекающие в микроорганизмах, и на основе полученных знаний ускорить развитие химического синтеза, создать новые высокопроизводительные, полностью управляемые системы для массового и непрерывного производства разнообразных продуктов. Объединяя и взаимно обогащая изолированные ранее друг от друга биологические и технические науки, бионика стремится на основе современных математических, физических, физико-химических методов исследований микробиологических систем найти оптимальные решения технологических задач, стоящих перед синтетической химией.

Над чем же работают сейчас ученые триумвирата наук - микробиологии, бионики и химии? Как практически они используют добываемые знания о "химической технологии" живой природы? Что обещают и чего может ожидать человечество от исследователей микромира?

Первая проблема - обеспечение людей пищей. Основной компонент пищи человека и корма животных - белок. Он служит организму основным поставщиком азота. В среднем взрослый человек должен получать в сутки около 100 граммов белка или 15 граммов азота. При этом главную часть поступившего белка организм расходует на постройку белков тела, а малую часть в дополнение к углеводам и жирам - на получение необходимой ему энергии. Откуда же человечество должно получить в необходимом количестве белок? Для этого есть ряд путей. Можно повысить продуктивность растениеводства и животноводства, расширить посевные площади, более энергично заняться освоением не используемых ныне морских богатств - все это, по подсчетам специалистов, позволит обеспечить существование 90 миллиардов человек. Но не будем фантазировать, что произойдет через сотни лет, когда численность человечества перевалит за упомянутый предел. Рассмотрим, возможно более короткие пути интенсификации производства пищевых средств - пути, которые пока еще мало учитываются в социологических исследованиях. Речь пойдет об организации в больших масштабах производства белков, углеводов, жиров и других питательных веществ не в природных условиях, а на заводах, на комбинатах биологического синтеза.

Из числа живых существ, способных к наиболее интенсивному синтезу белка, пальма первенства принадлежит микроорганизмам. Скорость их размножения и роста поразительна. При благоприятных условиях число клеток (биомасса) некоторых, например дрожжевых, организмов может удваиваться менее чем за час. Таким образом, микроорганизмы могут стать мощным источником белка.