Биотехнология: что это такое? - Вакула Владимир Леонтьевич

«Большинство микроорганизмов, — пишет журнал,— несет отрицательный электрический заряд, так как в составе их мембран и клеточных стенок, есть множество отрицательно заряженных атомных группировок или лигандов... Именно благодаря им положительно заряженные ионы металлов адсорбируются из растворов. Обычно адсорбция происходит быстро. Этот процесс обратим и не зависит от температуры и энергетического обмена клеток... Ионы, необходимые для жизнедеятельности, бактерии поглощают из окружающей среды. Работа клеточных систем, ответственных за перенос ионов, требует энергии и зависит от температуры. Таким путем в клетки микроорганизмов поступают ионы кальция, магния, натрия и сульфата. Хотя механизмы поглощения ионов из среды высоко специфичны, и они иногда могут ошибаться. Так, система переноса сульфата может «по ошибке» перенести в микробные клетки отрицательно заряженные ионы хромата, селената, ванадата, вольфрамата и молибдата. ...С инженерной точки зрения, микробиологические процессы, применяемые в горной промышленности, весьма просты, но на их эффективности сказываются и время года, и резкие изменения в химическом составе обрабатываемого продукта.

...И поглощение металлов клетками микроорганизмов, и поверхностная сорбция по сути своей процессы мало специфические: любые положительно заряженные ионы раствора могут взаимодействовать с отрицательными группировками атомов на поверхности микробных клеток... К числу наиболее изученных металлосвязывающих веществ принадлежит белок металлотионеин...

...У морской синезеленой водоросли (следует латинское название. — Авт.) молекулы металлотионеина отнссительно невелики, но каждая из них может связать в среднем 1,28 атома кадмия. Идентификация гена (или генов) металлотионеина у этого или какого-то другого организма позволит генетикам выделить этот ген и передать путем клонирования другим микроорганизмам. Клетки с такими клонированными генами можно заставить синтезировать большое количество металлотионеина, специфически связывающего определенный металл».

И, наконец, вывод, сделанный авторами статьи:

«Изучение природных процессов, результаты лабораторных исследований и опыт промышленного использования убеждают в том, что микроорганизмы в будущем принесут немало пользы людям. Они сделают доступными скрытые сегодня толщей земли минеральные богатства, позволят освоить бедные залежи полезных ископаемых, разрабатывать которые сегодня мы не беремся по экономическим соображениям. Эти крошечные слуги человека помогут ему в борьбе за чистый воздух и воду, позволят восстановить запасы ценных металлов».

Обнадеживающе, верно? Лично я очень верю в свершение таких надежд. И, честно говоря, будучи по долгу службы причастным к некоторым проблемам микробиологии и потому зная о невероятных, иногда прямо-таки фантастических ее проявлениях несколько больше людей непосвященных, нисколько не сомневаюсь, что настоящие-то чудеса нас еще ждут впереди.

А пока выполняю свое обещание. Помните, я посулил вам рассказать, как добывают медь из отвальных руд в США? Так вот, пришла пора сдержать свое слово.

Львиная доля добычи меди микробиологическим способом приходится в Соединенных Штатах Америки на западную часть страны, а точнее — на окрестности Солт-Лейк-Сити.

Добыча руды осуществляется здесь открытым способом. Представьте себе такую картину: в огромном, как кратер вулкана, карьере непрерывно ползают друг за другом тяжело груженные самосвалы (одна такая машина вывозит за рейс по 170 тонн руды). Они доставляют только что добытую в карьере руду в... отвал, расположенный в непосредственной близости от места разработки.

Как же так? — возможно, удивятся читатели. Добыть, чтобы тут же отвезти на свалку? Какая же необходимость заставляет горняков заниматься столь никчемной работой?

В том-то и дело, что отнюдь не никчемной, потому что именно в отвале и происходит процесс утилизации меди из бедных местных руд.

Если взглянуть сверху, с большой высоты, на такой отвал, то пейзаж откроется поистине неземной. Огромные штабеля руды, как жилища невиданных существ, тесно соседствуют друг с другом. И, как ни странно, то действительно жилища... для бактерий. Стоит такой штабель оросить подкисленной водой, которая начнет медленно просачиваться в глубь рудного «небоскреба», к бактерии, обитающие в сульфидсодержащих породах, получат свой излюбленный «допинг». А в ответ ускорят утилизацию меди. Образующаяся как продукт разрушения бактериями сульфидных минералов сернокислая медь хорошо растворима и потому легко вымывается из штабеля, тотчас попадая в бассейн-ловушку. А из него один... путь — на переработку.

Что ж, подведем черту?

Но не рано ли — могут возразить мне истинные знатоки геобиотехнологических проблем, ведь еще ничего не сказано о роли бактерий в образовании самих полезных ископаемых. И тех, которые сегодня разрабатываются на всех континентах мира, и тех, что ждут своего часа на дне Мирового океана. Возьмите, например, железомарганцевые конкреции. Их залежи по внешнему гиду весьма напоминают булыжную мостовую. А «мостили» ими океанское дно опять же бактерии...

Что ж, согласен, сказано здесь о бактериях-горняках, способных добывать металл, перерабатывать тысячи, миллионы тонн породы, пропуская сквозь мембраны собственных клеток невероятное количество рабочего раствора, далеко не все. Но ведь я и не стремился объять необъятное. Просто мне хотелось обратить внимание читателя на уникальность разнообразных возможностей биологических методов, все решительней вторгающихся в одну отрасль промышленности за другой. И если мне хоть в самой малой мере это удалось сделать, буду считать, что с задачей справился.

А напоследок — еще один пример использования биотехнологии. На сей раз — в угольной промышленности.

Полвека назад известный советский ученый А. 3. Юровский выдвинул оригинальную идею использования метанокислящих бактерий для снижения концентрации этого чрезвычайно взрывоопасного газа в выработанных пространствах угольных шахт. Однако практическая ее реализация отодвинулась еще на три десятилетия. И только в конце 60-х — начале 70-х годов ученые Московского горного института, академического института биохимии и физиологии микроорганизмов в Пущине и биотехнологи института синтеза белковых веществ (ВНИИсинтезбелок) тогдашнего Главного управления микробиологической промышленности при Совете-Министров СССР смогли предложить горнодобывающей индустрии страны не только высокорезультативную технологию использования микроорганизмов для снижения метанообильности угольных пластов (до начала добычи), но и технологию, поддающуюся регулированию.

Объяснить столь большой разрыв между рождением идеи и ее практическим внедрением несложно: жизненной необходимостью она стала только с появлением глубоких и сверхглубоких шахт, в которых взрывоопасность значительно повышена. Была и вторая причина, по которой внедрение шло крайне медленно. Академик М. В. Иванов, чей доклад «Микробиологические методы борьбы с метаном в угольных шахтах» был заслушан в прошлом году на президиуме АН СССР, объясняет ее так: «...когда мы только начинали работу с метанокисляющими бактериями, особенности их физиологии были известны несравненно хуже, чем сегодня. Поэтому исследования проводились сразу в нескольких направлениях. В то время в нашей стране не только отсутствовали чистые культуры этих бактерий, без которых принципиально невозможно изучать фундаментальные вопросы физиологии микроорганизмов, но и бытовало мнение, что чистые культуры метанокисляющих бактерий невозможно получить. Считалось, что процесс микробного метанокисления может проходить только в смешанных популяциях микроорганизмов. Практически ничего не было известно о распространении микроорганизмов в угольных шахтах и о влиянии вещественного и химического состава разных углей на микроорганизмы».

Сегодня многие из этих серьезнейших проблем уже решены. Многие, но, к сожалению, не все. И хотя обработка угольных пластов и выработанных пространств суспензией с метанокисляющими бактериями в состоянии вдвое снизить загазованность в шахтах, этот метод борьбы с внезапными выбросами угля, газа и породы никак нельзя считать панацеей от подобного рода бедствий.