20. ПРИРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ПОЛИМЕРЫ

Биотехнология: фантастика и реальность

Биотехнология - это область науки и техники, простирающаяся от удовлетворения бытовых нужд человека до самых дерзких вымыслов научной фантастики: от сыроделия до исследований клонирования людей Она знавала и счастливые находки (открытие пенициллина), и трагические уроки деятельности таких организаций, как Центр микробиологических исследований в Портон-Дауне где проводились эксперименты, способные привести к возникновению опасности, сравнимой с чумой в Европе середины XIV в., но уже в масштабах жизни XX века.

Новое понятие «биотехнология» относится к области знаний, которой пользовались еще древние шумеры, умевшие за три тысячи лет до нашей эры готовить 19 разных сортов пива, и которая обещает стать для 1980-х гг. тем, чем стали для 1970-х кремниевые полупроводниковые интегральные схемы ,- большой светлой надеждой для нашего технического будущего. Исполнится ли эта надежда, мы сможем узнать не раньше 1990-х гг., но речь идет об отрасли экономики, в которую крупные нефтехимические и фармацевтические компании вкладывают все большие капиталовложения на новые разработки, поскольку они уже не желают пренебрегать открывающимися возможностями.

Биотехнология включает генную инженерию манипулирование с молекулами ДНК, или генной системой кодирования, в клетках живых организмов с целью получения новых клеток, обладающих заданными свойствами.

Она охватывает также применение ферментативных катализаторов для повышения скорости химических реакций. В этой области недавнее открытие методик применения «ограничительных ферментов» позволило ученым контролировать сращивание ДНК с намного большей точностью, чем прежде. Это значительно уменьшило опасность появления патогенных микроорганизмов с неожиданными свойствами, как случалось в Портон-Дауне.

Кроме того, биотехнология включает изучение и практическое применение таких процессов с клеточными культурами и ферментацией, которые уже давно используются в производстве шампанских вин, пива или пенициллина, но которые только теперь открывают большие возможности в экономике.

Некоторые проекты, например постройка в ближайшие 20 лет заводов бактериального выращивания биомассы, расположенных в пустынях и работающих на солнечной энергии, могут показаться слишком смелыми. Но по крайней мере в области здравоохранения биотехнология уже совершила прорыв с экономически ощутимыми результатами.

В пяти британских госпиталях проходит испытание инсулин, полученный методами генной инженерии, а две крупнейшие фармацевтические фирмы датская Novo Industri и американская Eli Lilly (последняя с продукцией генной инженерии) - включились в конкуренцию за поставки на европейские и американские рынки

многих тысяч тонн инсулина, что сулит приносить им доход бола 100 млн. фунтов стерлингов в год.

Интерферон, на который возлагаются большие надежды при лечении онкологических заболеваний, уже производится в промышленных масштабах методами биотехнологии, а тем временем генная инженерия разработала гормон, который

излечивает карликовую болезнь (торможение роста). Эксперименты по клонированию антител обещают покончить с гепатитом.

В этой области генной инженерии США с присущей им тесной связью между университетами и промышленными компаниями находятся далеко впереди остальных стран.

В других применениях биотехнологии, помимо здравоохранения, тоже просматриваются определенные перспективы получения экономических результатов. В ближайшие 10 15 лет они могут начать приносить экономическую выгоду в следующих трех областях: энергетике, химической промышленности и сельском хозяйстве (растениеводстве).

В химической промышленности предстоит еще преодолеть такую важную проблему (не говоря уже о сравнительной себестоимости обычных и биотехнологических методов производства), как нередкое отравление биокатализаторов химическими продуктами, получаемыми с их помощью.

В области агрохимии биотехнология Великобритании далеко опережает остальной мир благодаря правительственному финансированию Совета сельскохозяйственных исследований. Усилия исследователей в этой области сконцентрировались на повышении урожайности сельскохозяйственных культур, и, хотя не существует гена, кодирующего урожайность, имеются другие гены, кодирующие сопротивляемость заболеваниям. Есть надежда, что вскоре удастся создать растения, устойчивые к ослабляющим их заболеваниям, и тем самым повысить урожайность.

Другие области исследований связаны с использованием тканевых культур для выращивания растений из единичных тождественных клеток. Такое клонирование растений еще не достигло промышленной стадии, но компания Unilever уже работает над выращиванием масличной пальмы по этому методу и рассчитывает вскоре достигнуть экономически выгодного уровня применения своих исследований.

Проникновение биотехнологии в европейскую и американскую энергетику сосредоточилось на получении газового и жидкого топлива из угля и на попытках улучшить вязкость воды, закачиваемой в нефтяные скважины, с целью придания ей большей выталкиватсльной способности для выноса нефти на поверхность. Последнее направление может приобрести большое значение в 1990-е гг. при добыче нефти из труднодоступных залежей, находящихся, в частности, в северо-западной Шотландии и в настоящее время считающихся непригодными для эксплуатации.

Вместе с тем перспективы применения спиртового горючего, получаемого из сахарного тростника или древесины, актуальны главным образом для стран третьего мира, хотя английский концерн Aleo Biotechnology (объединяющий пивоваренные компании Allied Breweries и группу John Brown) тоже использует биотехнологию для этой цели и даже построил демонстрационную установку на Филиппинах.

В Бразилии уже эксплуатируется значительное число автомашин, работающих на этаноле, полученном из сахарного тростника, но правительство этой страны сначала снизило цены на этанол, чтобы стимулировать продажу автомашин на спиртовом горючем, а затем уменьшило субсидии на него, так что экономические выгоды от всего этого мероприятия остаются неясными. В период экономической блокады Зимбабве там было разработано тракторное горючее из подсолнечного масла, а в ЮАР разработана программа получения жидких горючих из угля на случай блокады этой страны от других источников энергии.

Развитие биотехнологии в большинстве стран тесно связано с объединенными усилиями правительственных учреждений, университетов и промышленности частного сектора, причем в каждой стране оно направлено на удовлетворение ее специфических потребностей. Например, австралийцы разработали белковый препарат, позволяющий избавиться от дорогостоящей операции стрижки овец, так как он вызывает самопроизвольное сбрасывание овечьей шерсти.

Джейн Маклафлин (The Observer, 1981)

После изучения главы 20 вы сможете:

1) привести названия простейших аминокислот и записать их структурные формулы;

2) объяснить смысл следующих терминов; а) незаменимые аминокислоты,

б) цвиттер-ион, в) изоэлектрическая точка;

3) описать способы разделения аминокислот и их аналитического обнаружения;

4) записать структурную формулу пептидной связи и привести примеры полипептидов;

5) разъяснить различия между понятиями глобулярный белок и фибриллярный белок;

6) объяснить смысл термина простетическая группа и привести пример такой группы;

7) описать способы разделения белков и их обнаружения;

8) провести различие между первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами белков:

9) указать способы синтеза пептидов;

10) провести различие между понятиями моносахариды, дисахариды и полисахариды и привести примеры каждого из них;

11) записать структурные формулы типичных альдоз и кетоз;

12) записать: а) проекции Хеуорса и б) конформации кресла для обоих аномеров -глюкозы;

13) объяснить смысл термина мутаротация и указать способ ее измерения;

14) описать химические спойства углеводов;

15) объяснить смысл термина восстанавливающий сахар и привести пример такого сахара;

16) описать способы аналитического обнаружения и исследования сахаров;

17) объяснить важную роль нуклеиновых кислот в живых организмах;

18) провести различие между терминами нуклеотиды и нуклеозиды;

19) кратко описать редупликацию (репликацию) и биосинтез белков;

20) объяснить смысл термина липид;

21) привести примеры природных жиров и масел;

22) провести различие между терминами насыщенная жирная кислота и ненасыщенная жирная кислота;

23) составить краткие рефераты о а) мылах и детергентах, б) восках,

в) фосфолипидах и гликолипидах, г) витаминах, д) алкалоидах;

24) привести примеры природных полимеров;

25) провести различие между терминами полимеры и пластики;

26) провести различие между термопластами и термореактивными смолами и привести примеры каждого из них;

27) составить краткие рефераты о а) полиприсоединении, б) поликонденсации, в) натуральном каучуке и синтетическом каучуке, г) целлюлозном волокне.