2.3.6. Последние достижения биотехнологии и генетической инженерии

Новые источники питания

В последние годы появился новый источник пищи; это так называемый белок одноклеточных, который получают из микроорганизмов. Использование микроорганизмов для этого дает целый ряд преимуществ: не нужно больших площадей для посевов, не нужно помещений для скота; микроорганизмы быстро растут на самых дешевых или побочных продуктах сельского хозяйства или промышленности (например, на нефтепродуктах, метаноле или бумаге). Белок одноклеточных можно использовать на корм скоту вместо продуктов, которые годятся людям. Так, например, в США фермеры скармливают животным очень много зерна, и замена этих кормов на белок одноклеточных поможет сохранить эти продукты сельского хозяйства для людей.

Сырье и ферментная технология

Бактерий можно использовать для создания новых способов получения многих важных для промышленности веществ, в том числе спиртов, кетонов, органических кислот, Сахаров и полимеров. Ферменты, выделенные из бактерий, можно применять для химической трансформации веществ, например для превращения метана в оксид этилена. Громадное преимущество процессов, контролируемых ферментами, заключается в возможности получить при обычных давлении и температуре те же результаты, что и на традиционных химических заводах, но с меньшими затратами и без большого риска, связанного с необходимостью поддерживать очень высокие давление и температуру.

Генетическая инженерия

Наши знания по вопросам генетики и молекулярной биологии растут с каждым днем. Это связано прежде всего с работами на микроорганизмах, и особенно на таких, как бактерия Escherichia coli. Термин "генетическая инженерия" вполне можно отнести и к такому издавна известному приему, как селекция, однако возник этот термин только в связи с появлением возможности проводить прямые манипуляции с индивидуальными генами. Стандартная процедура схематически представлена на рис. 2.12. Следует, правда, заметить, что эту схему можно понять, лишь имея некоторое представление и о ДНК, и о генетике (гл. 22 и 23).

Рис. 2.12. Схема опыта по генетической инженерии (в самых общих чертах). Вектором может быть не только плазмида, но и вирус, но в этом случае на конечных этапах происходит 'трансдукция', а не 'трансформация'

Одно из достижений генетической инженерии - это перенос генов, кодирующих синтез инсулина у человека, в клетки бактерий. С тех самых пор, как выяснилось, что причиной сахарного диабета является нехватка гормона инсулина, всем больным диабетом стали давать инсулин, который получали из поджелудочной железы после забоя животных. Инсулин - это белок, и поэтому было много споров о том, можно ли встроить гены этого белка в клетку бактерий и можно ли выращивать такие бактерии в промышленных масштабах, чтобы использовать их как намного более дешевый и более удобный источник гормона. Даже при удачном переносе генов существует одна скрытая трудность, которая связана с возможными различиями в механизмах регуляции синтеза белка у эукариот и прокариот. В настоящее время удалось успешно перенести гены человеческого инсулина и уже началось промышленное получение этого гормона.

Другим важным для человека белком является интерферон, который обычно образуется в ответ на вирусную инфекцию. Ген интерферона удалось перенести в клетки бактерий, и, заглядывая в будущее, можно, по-видимому, сказать, что бактерии будут широко применяться как "фабрики" для производства целого ряда таких продуктов эукариотических клеток, как гормоны, антибиотики, ферменты и вещества, необходимые в сельском хозяйстве. Возможно, что вместо бактерий можно использовать и дрожжи (эукариоты). Не исключено, что полезные гены прокариот удастся включить в клетки эукариот, например ввести гены азотфиксирующих бактерий в клетки полезных сельскохозяйственных растений. Это имело бы чрезвычайно большое значение для производства сельскохозяйственной продукции, так как позволило бы резко уменьшить или даже совсем обойтись без внесения в почву нитратных удобрений, на которые расходуются баснословные суммы денег и которыми загрязняются близлежащие реки и озера.