Биотехнология: что это такое? - Вакула Владимир Леонтьевич

Столь бурная деятельность по подготовке специалистов в области биотехнологии завершилась весьма неожиданно: в стране оказалось их больше, чем того требовалось. Выпускники центров, школ, курсов не могли найти себе работы и в большей части «пристраивались» в пищевой промышленности.

Правда, очень скоро такое ненормальное положение было исправлено и баланс между потребностями биотехнологических предприятий и числом специалистов, выпускаемых широко разветвленной сетью учебных заведений, восстановился. Более того, в процессе отлаживания гибкой кадровой системы был проведен любопытный эксперимент, осуществленный университетом в Компьене. Суть его заключалась в прохождении обучающимися полугодовой практики, предшествующей выдаче диплома, на промышленном предприятии.

В свою очередь, производство, застрахованное теперь от того, что ожидаемые им кадры окажутся «котом в мешке» и их придется еще некоторое время переучивать, теперь финансировало университету расходы на покупку самого дорогого исследовательского оборудования. Делалось это посредством заключения между учебными заведениями и фирмами контрактов (только в 1981 году их сумма составила два миллиона долларов).

Установившаяся форма сотрудничества «университет — промышленности, промышленность — университету» постоянно развивалась и совершенствовалась. И очень скоро обе заинтересованные стороны пришли к выводу о необходимости создания специализированного института, а позже — и информационного банка.

Деловые контакты, установившиеся между высшим учебным заведением и промышленными предприятиями, порождали новые формы взаимозаинтересованного сотрудничества, основы которого зиждились на общности экономических интересов, так что очень скоро третья часть всех преподавателей отделения биологической инженерии университета стала работать по контрактам и на биотехнологических предприятиях, отчего выиграли опять же обе стороны, ведь практика таким преподавателям была известна не понаслышке.

Потребности новой отрасли диктовали высшим учебным заведениям свои условия и темпы подготовки специалистов, стимулируя открытие все новых заведений и отделений при университетах. В ФРГ, например, и до биотехнологического бума существовала довольно разветвленная сеть лабораторий по проблемам общей и прикладной микробиологии, однако уже в начале 1974 года здесь начинают функционировать новые институты и отделения при университетах, специализирующихся по проблемам новой биотехнологии. В крупнейших городах страны — Брауншвейге, Мюнстере, Дортмунде, Ганновере и т. д. — открываются специализированные центры, в которых проходит обучение практически весь научный и технический состав биотехнологической науки и индустрии ФРГ.

Но сколь ни специфично решается в каждом государстве проблема подготовки нужных кадров, задача системы, ее обслуживающей, неизменно сводится к обучению биотехнологов мгновенному приспособлению к меняющейся обстановке, проявлению пластичности в полном соответствии с меняющейся конъюнктурой.

На мой взгляд, это бесценное для становления любого приоритетного направления НТП свойство в большей степени присуще Японии, в которой разнообразие сфер деятельности давно стало главным условием экономической стабильности биотехнологических фирм.

Или взять те же самые США. Глубокая биологизация знаний, получаемых в этой стране выпускником университета или колледжа, открывает ему широкий выбор будущей деятельности. После прохождения основного курса ему оказывается достаточно небольшой специализации — и он может успешно работать в медицине или в ферментационной промышленности.

Сколь мудра такая система подготовки, можно судить по тому положению, которое наблюдается в современной химии, 85 процентов всех промышленных процессов которой основано на катализе.

Каталитические процессы (а на их долю приходится 70 процентов всей выпускаемой химической продукции), как известно, отличаются величайшей селективностью (избирательностью), они высокопроизводительны, экономичны и к тому же малоэнергоемки. Совершенствование их сулит величайшие перспективы. Но, пожалуй, самое большое будущее принадлежит тем из них, которые основываются на использовании биологических катализаторов или, иначе, биокатализаторов — ферментов. Почему? Да потому, что они обладают самой высокой среди всех прочих катализаторов избирательностью действия и не требуют никаких «сверхусловий», протекая при обычных температурах и давлениях.

Правда, до последнего времени их развитие и промышленное использование сдерживалось низкой стойкостью и слишком непродолжительным временем действия. Но сейчас эти «препоны» сняты. Заслуга в этом принадлежит знакомому принципу иммобилизации.

Перспективы использования иммобилизованных ферментов для получения самых разнообразных химических веществ, в химическом анализе, в иммунологии, в микроэнергетике (в частности, в топливных элементах) чрезвычайно заманчивы. Остается, однако, еще одно серьезное препятствие в их «завоевании» важнейших химических процессов — высокая стоимость ферментов. Можно лишь надеяться, что развитие современной биотехнологии, и, в частности, методов генетической и белковой инженерии, разрешит и эту проблему, сделав ферменты вполне доступными по цене для решения практических нужд производства. Вот тогда метод иммобилизации ферментов станет основным элементом химической технологии будущего, тем «переходным мостиком», через который и произойдет дальнейшее слияние биологической технологии с чисто химической.

А за решением этой проблемы просматривается целый комплекс иных, и весьма перспективных. Если сегодня, например, великое множество необходимых нам продуктов мы получаем с помощью только химических процессов, то в не столь уж отдаленном будущем их производство будет основываться преимущественно на использовании ферментов, микроорганизмов и других биологических агентов.

Или взять другую, не менее серьезную проблему — химическую энергетику. Главная задача, над которой работают ученые всех стран мира, специализирующихся в этой области, сводится к разработке принципов, позволяющих выделяющуюся в одной реакции энергию использовать для проведения другой, более энергоемкой.

И здесь химикам тоже есть что позаимствовать у своих ближайших коллег — биохимиков. Тот же, например, известный синтез знаменитой АТФ — своеобразного аккумулятора внутриклеточной энергии. Или не менее известный, и не менее любопытный с точки зрения познания процесс сопряженных биохимических реакций, осуществляемых при дыхании клеток. Создание; работающих на таком принципе химических систем (подобных молекулярным энергетическим машинам) было б крупным достижением как химической технологии и химической энергетики, так и биотехнологии.

Но при всей схожести процессов, протекающих во время химических и биохимических реакций, между ними существует все же значительная разница. О чем забывать нельзя.

Так, в обычных химических реакциях, используемых как в лабораторной, так и в промышленной практике, для получения разнообразных химических веществ атомы, молекулы, ионы, радикалы взаимодействуют между собой случайно. И потому для их реализации не требуется пространственно-временная (молекулярная, а тем более надмолекулярная) организация.

И совершенно по-иному протекают биохимические реакции, в частности, осуществляемые при помощи ферментов в ферментативном катализе. Молекулярная и надмолекулярная организация является здесь непременным требованием. Ферменты осуществляют соединение (связывание) и ориентацию реагирующих веществ, способствуют протеканию (организуют протекание) элементарных химических актов, обеспечивая высокую стереоселективность (пространственную избирательность), селективность к реагенту и к самому типу реакции.

Более того, в биохимических реакциях подобная организованность распространяется не только на элементарные (единичные) химические акты, но и на целые каскады реакций. Ярким примером тому может быть процесс фоторецепции (восприятия света глазом), когда каждый поглощаемый сетчаткой глаза световой квант вызывает огромное множество следующих друг за другом химических реакций, приводящих к возникновению мембранного электрического потенциала. А он в конечном счете и регистрируется мозгом как свидетельство светового восприятия.