Разделить угарный газ (СО) и водород тоже непросто, но и с этим технологи справились. В конце концов синтез аммиака из азота и водорода был реализован. Теперь читатель представляет некоторые сложности химической технологии. Ну а есть ли другие подходы?

Есть – это то, что нам подсказывает природа. Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот и многих других веществ, обеспечивающих жизненные функции организмов. Спрашивается, каким образом он из воздуха попадает в организм? Ответ очень прост. За счет исключительно высокой активности природных катализаторов – ферментов.

Реакцию, аналогичную той, которую мы рассмотрели ранее, ферменты осуществляют в обычных условиях. Источником молекулярного азота служит тот же воздух, причем в этом случае нет необходимости убирать кислород. Источником водорода служит также вода, восстановление которой до водорода происходит под действием солнечного света. В целом схема природного синтеза аммиака выглядит примерно следующим образом:

(далее…)

Катализ в химии и биохимии имеет исключительное значение. Рассмотрим самый простой процесс – превращение молекулярного азота в аммиак. Как это делают химики? По очень простой схеме:

Однако схема простая, а технология сложная. Во-первых, нужно получить исходные газы высокой степени чистоты, поскольку катализатор «отравляется» даже ничтожными количествами примесей. Во-вторых, необходимо, чтобы азот и водород были дешевы. В-третьих, процессы их получения должны минимально загрязнять окружающую среду. При этом надо получать ежегодно десятки миллионов тонн аммиака, который нужен как удобрение.

(далее…)

Два других направления биотехнологии – генная инженерия и клеточная инженерия – самые молодые, но очень перспективные области биологии. Первое состоит в Искусственном конструировании молекул ДНК, несущих всю генетическую информацию о данном организме, т. е. заключающих в себе всю программу его роста и развития. Таким образом, можно направленно влиять на наследственность и получать новые виды с необходимыми свойствами. В основе клеточной инженерии лежит культивирование клеток и тканей высших организмов – растений и животных.

Все эти направления тесно связаны. Так, методами генной инженерии можно создавать специальные виды микроорганизмов, содержащих повышенные количества тех или иных ферментов, необходимых для целей инженерной энзимологии. Последняя, в свою очередь, может использовать в качестве катализаторов не только выделенные ферменты, но и непосредственно клетки микроорганизмов.

Кажется, что в таких случаях мы имеем дело уже с микробиологией. Однако к микробиологическим процессам, как правило, относят превращения веществ, идущие в результате жизнедеятельности микроорганизмов, а объекты инженерной энзимологии – это более простые процессы, идущие под действием одного фермента или ферментного комплекса. Так, превращение парафинов в кормовой белок – микробиологический процесс, а селективное окисление тех же парафинов в спирты под действием клеток бактерий, содержащих окислительные ферменты, – энзимологический.

(далее…)

Полагаясь на формальные методы мышления, мы можем сделать заключение, что биотехнология есть Наука или совокупность сведений о различных биологических способах обработки (или переработки) сырья, полуфабрикатов, изделий. Сырье, полуфабрикаты, изделия – неважно, какого происхождения, главное – биологические методы. Если посмотреть на это в плане историческом, то все существование человечества базировалось на биотехнологии. Скажем, сырье – трава, механизм переработки – корова, продукты – мясо и молоко. Другой пример, сырье – молоко, механизм переработки – микроорганизмы, продукты – кефир, творог, сыр. Однако эти и многие другие процессы мы биотехнологией не называем. Это животноводство, производство молочных продуктов, и многое другое.

Термин «биотехнология» возник в последние десятилетия, и им обозначают преимущественно новые промышленно важные пути биотрансформации различных веществ, а также живых организмов.

Что понимают под этим термином? Можно выделить по крайней мере четыре направления, объединенных этим понятием. Прежде всего это наиболее «старая» область – микробиология. На настоящем этапе именно микробиологические процессы в наибольшей степени развиты до уровня промышленного использования. Следует упомянуть крупнотоннажное производство микробной биомассы, антибиотиков и других лекарственных веществ, аминокислот.

(далее…)