Биотехнология: что это такое? - Владимир Вакула

Учитывая большое народнохозяйственное значение применения микробиологического метода выщелачивания цветных и редких металлов из забалансовых и некондиционных руд, микробных биополимеров для ускорения проходки нефтяных и газовых скважин и при вторичной регенерации нефтяных пластов, снижения метаноопасности угольных пластов и т. д., следовало бы, по нашему мнению, с учетом имеющегося опыта разработать совместно с другими заинтересованными министерствами и ведомствами единую комплексную проблему по геохимической деятельности микроорганизмов...»

Двадцать лет разделяют нас во времени с фактами, указанными в этом документе. Двадцать! Подумать только, сколько возможностей упущено, сколько потеряно народных средств за эти годы, сколько сил ушло на преодоление той самой «межведомственной разобщенности», которая и сегодня нередко связывает нас по рукам и ногам.

Но недаром говорится, что дорогу осилит идущий. И потому всегда и во все времена, к нашему с вами счастью, находились в отечественной науке люди, способные видеть зорче и дальше других. И, главное, не отступать, не сдаваться даже под угрозой самых крутых административно-партийных мер. Этим людям мы и обязаны тем, что микробиологический метод нашел-таки свое распространение и в нашем горном деле, и в отечественной металлургии. Он жив, работает, усиленно наверстывает упущенное, с похвальной скоростью сокращая разрыв между собственными, возможностями и их практической реализацией.

А преодолеть его нужно как можно быстрее. И не столько потому, что насильственное замедление роста этой ветви могучего древа биомолекулярной науки, мягко говоря, несколько исказило само развитие научно-технического прогресса, переведя его на «запасной» путь. Но еще и от того, что в самый короткий срок необходимо догнать, сравняться по масштабам осуществляемых с помощью биотехнологических методов работ с теми странами, в которых НТП не отклонялся от курса, предназначенного ему самой научно-технической революцией.

Задача, конечно, не простая. Но, должен сказать, вполне решаемая. Тем более что научных наработок у нас предостаточно, причем некоторые из них явно опережают по своим возможностям зарубежные аналоги. По крайней мере, с позиций сегодняшнего дня наша микробиологическая наука способна «на равных» говорить о перспективах развития биологического метода добычи и разработки полезных ископаемых с любой родственной наукой любой страны. Тем более что объективные трудности, которые приходится преодолевать и советским исследователям и их зарубежным коллегам, практически одинаковы. По крайней мере, к такому выводу невольно приходишь, читая журнал «В мире науки», издаваемый теперь на русском языке и в СССР: «Потребность в эффективном биологическом методе добычи (металла. — Авт.) сегодня очевидна, но технология разработана недостаточно. Дело в том, что процесс бактериального выщелачивания еще недавно интересовал лишь немногих ученых, которые изучали самих бактерий и осуществляемые ими реакции. Никто не задумывался, как можно использовать все выгоды микробиологического процесса и наладить технологию контролируемого выщелачивания...

Хотя перспективы генной инженерии бактерий-выщелачивателей все еще неопределенны, а сфера возможностей бактериального выщелачивания четко не очерчена, нет сомнений, что желаемая технология будет разработана».

Что ж, я уже высказывал несколько выше свое мнение по поводу создания всеприемлемой, «на все случаи жизни» технологии. Думается, что речь все же должна идти несколько об ином: потребность в новых, высокоэкономичных способах получения металла из бедных (по содержанию в них полезных компонентов) руд должна стать мощным стимулятором создания экологически чистых, малоэнергоемких микробиологических методов. Не одного-двух, а многих. Каждый из которых соответствовал бы конкретным задачам конкретного производства. А науке какой страны удастся первой решить эту нелегкую задачу, покажет время.

Пока же очевидно одно: без досконального изучения жизненного цикла микроорганизмов, продуцирующих тот или иной металл, без знания особенностей и секретов крохотного «металлургического завода», каким представляется большинству из нас бактерия-старатель, интенсифицировать естественный процесс металлонакопления, осуществляемый ею, нельзя.

Так что же прежде всего обязан выяснить специалист, поставивший целью «обучить» микробную клетку более быстрой утилизации руды?

Он должен, проанализировав процессы адсорбции, протекающие на ее поверхности, установить, как именно, посредством каких механизмов осуществляется поглощение металлов, какие химические превращения соответствуют им в самой клетке. И сколь ни загадочны процессы, изучить которые предстоит ученому, многие из них уже познаны и рассекречены. Воспользуемся же еще раз одной из публикаций журнала «В мире науки», дабы приобщиться к интимнейшей из тайн природы, расшифрованных человеком.

«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?