CC BY
277
Анатолий Лобанок
заведующий лабораторией ферментов Института микробиологии НАН Беларуси, академик
Биотехнологии —
признак современности и прогресса
В последнее десятилетие все более интенсивное развитие получает промышленная биотехнология. В широком контексте — это целенаправленное использование биологических систем, в том числе в сельском хозяйстве, лесоводстве, животноводстве. С незапамятных времен люди производили пищу, одежду и многие другие полезные продукты, используя, главным образом, материалы растительного и животного происхождения. А сегодня в производственных условиях стало возможным получение новых веществ или осуществление процессов, которые химическим путем реализовать невозможно. Уже в середине 1980-х гг. биотехнология была признана стратегической технологией.
Современные биологические технологии основаны на новейших достижениях наук о жизни: молекулярной биологии, генетической инженерии, микробиологии, генетики, функциональной геномики, комбинаторной химии и др. Специалисты подразделяют биотехнологию на «белую», «красную», «зеленую» и «голубую» (морскую или водную). «Красная» биотехнология ориентирована на медицину, «зеленая» — на сельское хозяйство, «белая» используется в промышленности. Единого определения промышленной биотехнологии пока еще нет. Одно из наиболее удачных дает Европейская федерация биотехнологии: «Промышленная биотехнология — это интегрированное применение естественных и инженерных наук для технологического применения живых организмов, тканей, отдельных клеток, их органелл, ферментов, а также их молекулярных аналогов в качестве биокатализаторов для создания полезных продуктов и процессов». Таким образом, промышленная биотехнология базируется на ферментации и биокатализе, то есть использовании клеток и ферментов как катализаторов химических реакций. Наиболее широко в качестве биологических агентов используются микроорганизмы. Существенным фактором в промышленной биотехнологии является аппаратурное и инженерное обеспечение процесса.
Промышленная биотехнология создает современные наукоемкие производства, новые рынки сбыта, обеспечивает наиболее совершенные подходы к сохранению и рациональному использованию природных ресурсов, снижению производственных затрат и предотвращению загрязнения окружающей среды. Применение биотехнологии в промышленных процессах позволяет не только существенно усовершенствовать производство традиционных продуктов, но и получить совершенно новые.
Этапы становления
Зарождение промышленной биотехнологии относят к VI тысячелетию до н.э., когда люди стали получать вино путем ферментации виноградного сока и применять дрожжи для приготовления пива и хлеба. Затем в IV тысячелетии до н.э. в Китае возникло производство сыров, уксуса, кисломолочных и других пищевых продуктов. Тогда еще не было известно, что лежит в основе этих процессов. Только в 1675 г. с помощью микроскопа были открыты микроорганизмы, и лишь спустя 200 с лишним лет французский микробиолог Луи Пастер установил, что процессы ферментации обусловлены их деятельностью. В 1916 г. в Англии для обеспечения военных
нужд был разработан крупномасштабный процесс ферментации для получения ацетона, а в 1928 г. английский микробиолог Александр Флеминг получил из плесени вещество с сильным антимикробным действием, которое впоследствии было названо пенициллином. В 40-х гг. ХХ в. начались исследования в области производства пенициллина, и уже после второй мировой войны была разработана современная крупномасштабная промышленная технология получения этого чудо-лекарства путем микробной ферментации. Это стало исходным этапом развития биотехнологических производств.
Далее последовала организация крупномасштабного производства многих ценных продуктов, таких, как белково-витаминные кормовые добавки, органические кислоты, аминокислоты, жиры, спирты, антибиотики, а также разработка технологии выщелачивания металлов, получения биогаза и др. Следует отметить, что в 1950-е и 1970-е гг. особый интерес в мире вызывало производство микробного белка из растительного сырья, очищенных парафинов нефти, спиртов, природного газа. Был разработан целый ряд технологий получения белковых препаратов. Однако в последующем по ряду причин, в основном экономических, это направление не получило развития.
Микроорганизмы как мини-фабрики
Многочисленные бактерии, дрожжи и грибы, широко распространенные в природе, редко находят оптимальные условия для роста и образования тех или иных продуктов в среде их естественного обитания. Но в условиях искусственного культивирования, например в ферментере или биореакторе, можно создавать оптимальную среду для их выращивания и образования целевых продуктов. Благодаря огромному биосинтетическому потенциалу, всеядности, высокой скорости роста микроорганизмы оказались очень эффективными и во многих случаях незаменимыми «рабочими лошадками» в различных секторах производства. В промышленной биотехнологии они используются как своего рода химические «нанофабрики» для получения различных целевых продуктов. Эти миниатюрные организмы размером всего несколько микрон оказывают существенное влияние на экономику и качество нашей жизни. Рекомбинантные ДНК-технологии позволяют осуществлять направленные изменения микробных ДНК с целью улучшения работы «клеточной фабрики». В качестве примера метаболической инженерии можно привести пекарские дрожжи, которые сегодня превратились в многоцелевую клеточную фабрику, производящую целый ряд продуктов — от вина до лекарств. Так, половина мирового производства инсулина обеспечивается генетически модифицированными дрожжами, которые являются также мощными продуцентами топливного этанола. Важным преимуществом применения генетически модифицированных микроорганизмов в промышленности является то, что они работают в строго контролируемых условиях биореактора, не попадают в окружающую среду и поэтому не вызывают экологических проблем. Продукты микробного синтеза не перестают удивлять разнообразием, новизной и сложностью строения молекул. В крупнейших фармацевтических
(Пища
Лекарства
Химикаты
Ферменты
Топливо
Промышленная биотехнология: микроорганизмы как «клеточные фабрики»
компаниях типичные коммерческие коллекции микроорганизмов, например актиномицетов, которые считаются главным источником получения биоактивных соединений, могут состоять из десятков тысяч культур.
Промышленная биотехнология используется для крупномасштабного получения различных химических веществ и энергии в результате применения экологически чистых, ресурсо- и энергосберегающих процессов с минимальным образованием отходов. Она вносит основной вклад в так называемую зеленую химию, в которой возобновляемые источники сырья и энергии, такие как сахара или растительные масла, превращаются в различные химические соединения, в том числе в лекарственные вещества, красители, растворители, детергенты, пластики, витамины, пищевые добавки, этанол и дизельное топливо. Вместо ископаемых источников энергии, таких как газ и нефть, в основном используется сельскохозяйственное сырье и растительные отходы. Эти технологии не оказывают отрицательного влияния на окружающую среду, эмиссию газов в атмосферу и одновременно стимулируют развитие сельскохозяйственного сектора. Наблюдается мировая тенденция роста цен на ископаемые виды сырья и одновременное их снижение на растительное, которое производит сельское и лесное хозяйство, что политически и экономически мотивирует развитие биотехнологии. Все это определяет ее особое место в контексте проблемы устойчивого развития экономики, которая представляет своего рода баланс между экономическим ростом, сохранением экосистемы и улучшением качества жизни. Таким образом, именно биотехнология позволяет решать актуальные проблемы настоящего, не лишая ресурсного потенциала будущие поколения. Если в последние 80—100 лет большинство химикалий производилось химической промышленностью из нефтепродуктов, то в последние годы произошел крен в сторону использования биологических систем. И сегодня мы становимся свидетелями создания новой инфраструктуры, основанной на биотехнологии.
Биотехнология и экология
С момента своего становления промышленная биотехнология ориентируется не только на создание новых процессов, но и на охрану природных и производственных сфер. В качестве одного из таких примеров можно привести решение в 70-х гг. прошлого века проблемы загрязнения водоемов фосфатами, содержащимися в
стиральных порошках. На основе микробного синтеза было организовано крупнотоннажное производство таких ферментов, как липазы, протеиназы и амилазы, которые эффективно удаляют большинство загрязняющих одежду пятен. В результате вывода из стиральных порошков фосфатов и введения ферментов улучшилось их качество и, как следствие, прекратился избыточный рост водорослей на поверхности водоемов. При этом выиграл и потребитель, получив качество товара и экономию энергии за счет снижения температуры воды при стирке. Компания «Доу Кемикл» совместила процесс очистки отходов производства, содержащих нежелательный побочный продукт 1,2,3-трихлорпропан, с его биотрансформацией в эпихлорогидрин, обладающий коммерческой ценностью. Использование биотехнологии в процессах для отбеливания бумажной пульпы позволяет уменьшить применение хлорсодержащих химикатов до 15% и снизить затраты энергии до 40%. В США ежегодно расходуют миллиарды долларов на технологии, направленные на переработку промышленных отходов, уменьшение их количества и очистку выбросов.
Микроорганизмы и химический синтез
Недавно компания «Биохимия» в Австрии привела данные о биоконверсии цефалоспорина С в 7-аминоцефалоспориновую кислоту — очень важный промежуточный продукт синтеза полусинтетических цефалоспориновых антибиотиков. Ранее в обычном многостадийном химическом процессе использовались токсические реагенты, в частности хлорсодержащие растворители. Поэтому большая часть ядовитых отходов сжигалась. Кроме того, химический процесс надо было вести при очень низких температурах, что требовало больших затрат энергоресурсов. В 1995 г. эта компания заменила химический синтез биотехнологическим с применением микробных ферментов. Теперь процесс проходит при комнатной температуре, токсичные растворители практически исключены, а содержание опасных продуктов в отходах уменьшилось почти в 100 раз. Жидкая фаза отходов производства поступает на биологическую очистку, а микробную биомассу используют как удобрение.
Химико-ферментативные технологии лекарственных препаратов (разработчики — Институт биоорганической химии и Институт микробиологии НАН Беларуси)
Компания «ДСМ-Хемферм» в Голландии представила сходные данные о производстве 7-аминодеацетоксицефалоспориновой кислоты — промежуточного продукта синтеза полусинтетического антибиотика цефалексина. С 1975 по 1985 г. цефалексин производили путем 10-ступенчатого химического синтеза. После ряда попыток усовершенствовать этот трудоемкий химический процесс компания перешла на использование микробного биокатализа, что позволило уменьшить количество этапов получения цефалексина с 10 до 4 и снизить выброс углекислоты в атмосферу, потребление электроэнергии и воды в среднем на 50%. В результате метаболической инженерии микроорганизма-продуцента получение предшественника цефалексина стало еще более эффективным, а количество отходов сведено до минимума.
Аминокислоты, биопестициды и биокрасители
Микробный синтез обеспечивает получение и многих других биоактивных продуктов. Аминокислоты являются важной составной частью белков и все больше применяются как кормовые и пищевые добавки. В настоящий момент почти 20 естественных L-аминокис-лот производят путем ферментации или с помощью технологий с использованием ферментов. Мировое производство L-глутамино-вой кислоты составляет более 1 млн т в год (что по объему сравнимо со многими продуктами нефтехимии). Глутаминовая кислота в виде глутамата натрия применяется для улучшения вкуса множества пищевых продуктов. L-лизин производят путем ферментации в количестве 35 тыс. т в год и используют главным образом как пищевую и кормовую добавки. Искусственный подсластитель аспартам выпускают в количестве 15 тыс. т в год. Первоначально синтез вели химическим путем, теперь основные компоненты аспартама — фенилаланин и аспарагиновую кислоту получают путем ферментации и биокатализа, а затем синтезируют аспартам с применением бактериального фермента термолизина.
L-карнитин, витаминоподобное соединение, используется как пищевая и кормовая добавка для стимуляции жирового метаболизма. Первоначально его синтезировали химическим путем, а теперь чистый карнитин получают из возобновляемого сырья путем ферментации. Изоаскорбиновую кислоту, являющуюся аналогом витамина С, также получают путем микробного синтеза. Бактерии превращают глюкозу в 2-кетоглюконовую кислоту, которая уже химическим путем циклизуется в конечный продукт. Изоаскорби-новую кислоту добавляют в пищевые продукты в качестве анти-оксиданта.
Мировой рынок биопестицидов достигает 130 млн евро. Эти агенты биологического контроля по сравнению с химическими препаратами дают меньшую нагрузку на почву и урожай, очень специфичны, не оказывают токсических эффектов и полностью разлагаются. Пестициды на основе бактерий, грибов и вирусов применяются уже давно. Бактерии Bacillus thuringiensis образуют эндотоксины, белки, которые токсичны для насекомых и безвредны для человека. Препараты этих бактерий можно применять как биопестициды для элиминирования вредных насекомых в сель-
ском и лесном хозяйстве, при хранении зерна и т.д. С некоторыми сорняками можно избирательно бороться с помощью определенных штаммов фитопатогенных грибов, так называемых микогерби-цидов. Так, препараты спор определенных грибов применяют для борьбы с сорняками под культуры риса, сои, цитрусовых. После гибели сорняков грибы также отмирают. Разработанный в Японии препарат «Биалафос» (глюфозинат), продукт ферментации Strep-tomyces, используется как гербицид широкого спектра действия. Это трипептидный аналог, который ингибирует синтез глутамина у растений и вызывает их гибель. Препарат широко используется в сельском хозяйстве, а также на железнодорожных путях, дорогах и в скверах.
Биотехнологические подходы все больше применяются при синтезе обычных пестицидов. Тут следует отметить, что стереоспе-цифичность, свойственная многим биомолекулам, существенно влияет на проявление их биологической активности, что особенно важно для медицины и сельского хозяйства, так как одна из оптических форм («левая» или «правая») может оказаться вредной. При химическом катализе невозможно разделить оптические формы соединений, тогда как биокатализ позволяет это сделать. Так, микробиологический синтез S-хлорпропионовой кислоты может служить примером получения промежуточного продукта — очень важного оптически активного гербицида феноксипропионата (2 тыс. т в год). Процесс начинается с рацемической хлорпропи-новой кислоты и заканчивается получением активного гербицида, содержащего только S-форму хлорпропионовой кислоты. В другой технологии глюкоза путем ферментации превращается в D-мо-лочную кислоту, которая затем химическим путем переводится в S-хлорпропионовую кислоту. Таким образом, активные гербициды содержат только одну оптически активную форму действующего вещества. По сравнению с обычными гербицидами, содержащими две формы, в случае применения оптически активного гербицида для достижения той же эффективности требуется вдвое меньшее его количество.
Во все возрастающих объемах производятся биокрасители для пищевой и фармацевтической промышленности и косметики, так как потребитель уже отвергает синтетические субстанции. Наиболее известный краситель бета-каротин получают как путем химического синтеза, экстракции из корней растений, так и с помощью гриба Blakeslea trispora. Оптически активные гидроксикаротинои-ды, такие как зеаксантин и астаксантин, являются важными кормовыми и пищевыми добавками и используются главным образом для добавления в рыбные и животные корма. Розовый пигмент астаксантин применяют при искусственном выращивании лосося для придания мясу красивого розового цвета. В настоящее время стало возможным получать его с помощью дрожжей Xanthophyllo-myces rhodozyma. Голубой пигмент (фикоцианин) производится в Японии с применением цианобактерий рода Spirulina, оранжевый пигмент для пищи и напитков (монаскин) получают с помощью гриба Monascus purpureus.
Многие приправы и ароматические соединения также производят путем ферментаций или энзимных технологий. Германская компания BASF недавно приступила к микробному синтезу 4-
Этанол (C2H5OH) как биотопливо. Смешивается с бензином (0—100%)
декалактона, обусловливающему персиковый аромат. В процессе ферментации с применением дрожжей Yrrowia lipolytica, 12-ОН-19-октадеценовая кислота выделяется из рицинового масла и метаболизируется в 4-декалактон. Компания Unilever в Англии производит R-d-додеканолид, обусловливающий аромат масла, из 5-кетододекановой кислоты с помощью пекарских дрожжей. Масляную кислоту и ее этиловые эфиры уже давно получают с помощью ферментации и используют для придания аромата сыру и фруктам.
Наиболее важный «зеленый» растворитель этанол сегодня производят из сахара или глюкозы с помощью дрожжей. Источниками сахаров могут быть различные виды сырья, такие как сахарная свекла, сахарный тростник, пшеница, кукуруза или органические отходы. Интенсивные исследования ведутся в направлении получения спирта из лигноцеллюлозных субстратов, отходов сельского хозяйства и промышленности или бытовых отходов. Много средств вкладывается в исследования по получению дешевых целлюло-литических ферментов с улучшенными свойствами. Генетическая модификация микроорганизмов-продуцентов позволяет использовать для получения спирта такие субстраты, как пентоза и целлюлоза. Новые «суперпродуценты» могут превращать в этанол такие сложные субстраты, как багассу, солому и бумагу. В США осуществлена попытка промышленной реализации технологии получения этанола из целлюлозных субстратов. Мировое производство этанола в 2002 г. составило 26 млн т (400 евро за тонну), в том числе 1,6 млн т в Европе, из которых 63% было употреблено как биотопливо. Разрабатываются биотехнологические подходы получения дизельного биотоплива из жиров и растительных масел, в том числе с применением микробного фермента липазы. В области энзиматической конверсии наметились новые подходы. Так, фирма «Новозайм» разработала очень термостабильную липазу из дрожжей Candida antarctica, эффективную для осуществления специфической эстерификации в органических растворителях. Этот фермент сегодня широко употребляется в различных секторах химической промышленности. Новый эффективный растворитель этиллактат производят из этанола и молочной кислоты, которые получают путем ферментации из глюкозы или сахара.
Биогаз обычно является продуктом метановой ферментации растительной биомассы и содержит около 70% метана. Получение биогаза считается эффективным и экономически целесообразным. Разрабатываются методы использования бактерий для получения водорода и электроэнергии.
Биопластики
Недавно на рынке появилось много новых пластических материалов, в получении которых промышленная биотехнология играет значительную роль. Микробный синтез обычно обеспечивает изготовление мономерных компонентов новых пластических материалов, которые затем полимеризуются химическим путем. Так, компания Mitsubishi Rayon создала производство акриламида из акрилонитрила с помощью иммобилизованного бактериального фермента нитрилгидратазы, после чего акриламид полимеризует-ся в полиакриламид. Высокое качество продукта явилось основным аргументом внедрения этой энергосберегающей технологии, по которой производят около 100 тыс. т акриламида в год.
Sorona 3GT — новое полиэфирное синтетическое волокно для текстильной промышленности производится фирмой «Дюпон». Один из мономеров этого полимера — 1,3-пропанедиол получают не из нефтехимических продуктов, как раньше, а путем ферментации возобновляемого сырья, например кукурузы. В ходе совместного проекта фирмы «Гененкор» и «Дюпон» в кишечную палочку было перенесено 4 гена из других микроорганизмов. В результате рекомбинантный штамм приобрел способность превращать глюкозу в 1,3-пропанедиол, что является удачным примером «метаболической инженерии». Новый биопластик на основе полилактата с 2002 г. производят в США в количестве 140 тыс. тонн в год также из глюкозы, полученной из кукурузы. На первом этапе глюкоза путем ферментации превращается в молочную кислоту, которая затем полимеризуется в полилактат, обладающий свойствами обычных полимеров. В этом случае имеет место идеальная ситуация, когда пластик производится из возобновляемого сырья и полностью разлагается при компостировании вместе с другими органическими отходами. Биопластики могут применяться для производства многих продуктов — от одежды и посуды до деталей машин, которые будут биодеградабельными. При широком применении новых материалов содержание обычных полимеров в отходах может уменьшиться на 80%, а потребление нефти для их производства — на 90%. Таким образом, биотехнология позволяет создавать из возобновляемого сырья конкурентоспособные новые материалы и продукты, например такие известные детергенты, как алкилполиглюкозиды.
Витамины и ферменты
Ряд витаминов может быть получен только биотехнологическим путем, в их числе такое исключительно сложное соединение, как витамин В12 (25 тыс. евро/кг). Другие, более простые, можно производить как химическим, так и биосинтетическим путем или их
комбинацией. Хорошим примером является синтез витамина В2 (рибофлавин, 4 тыс. т в год). Традиционный процесс включал получение D-рибозы путем ферментации и последующим химическим синтезом рибофлавина. Этот комбинированный синтез проходил в 8 этапов и недавно был заменен микробным синтезом рибофлавина в одну стадию (фирма «Роше» и др.). Продуктивность данного процесса оказалась очень высокой: продукт кристаллизуется уже в процессе ферментации, а производственные затраты снизились на 40%. Совершенствование технологии производства рибофлавина на основе генно-инженерных подходов позволило резко уменьшить выброс углекислого газа и расход воды. В результате доля биотехнологического витамина В2 на рынке увеличилась с 5% в 1990 г. до 75% в 2002 г.
Следующий пример касается процесса получения витамина С из глюкозы, который в традиционном варианте включал одну стадию ферментации и пять химических этапов. В настоящее время удалось большую часть химического синтеза заменить микробным. Ведутся работы над получением витамина С путем одностадийного микробиологического синтеза. Компания «Лонза» разработала биотехнологию получения никотинамида (витамина В3), никотиновой кислоты и 6-гидроксиникотиновой кислоты из 3-цианопи-ридина. Получение конечного продукта с большим выходом осуществляется с помощью фермента нитрилгидратазы из бактерий Rhodococcus или живыми бактериальными клетками.
Постоянно растет производство и применение других микробных метаболитов. Микробный синтез стал неограниченным источником получения чистых ферментов для использования в различных отраслях промышленности. Природные ферменты являются суперактивными биокатализаторами и осуществляют огромный спектр биохимических реакций. Сегодня методы генетической инженерии позволяют буквально «кроить» новые ферменты под заказ.
Ферменты очень эффективны и, в отличие от агрессивных химических веществ, работают при умеренных температурах и нейтральной кислотности среды, образуют минимальное количество побочных продуктов, что делает их применение экономически и экологически перспективным. Ферментные препараты находят широкое применение в производстве вин, соков, пива, спирта, в сельском хозяйстве, медицине и в возрастающем объеме — в химической промышленности для органического синтеза. В то же время некоторые ферменты, в частности продуцируемые морскими бактериями, могут не только функционировать в экстремальных условиях, например при температуре 130 °С, но их активность и термостабильность может даже повышаться при значительном повышении давления. Важной биотехнологической особенностью ряда таких микробных ферментов является устойчивость к растворителям. Низкотемпературные ферменты представляют большой интерес для пищевой, текстильной промышленности и биореме-диации. Перспективно также использование микробных ферментов при получении биотоплива из растительной биомассы.
Традиционно большое количество ферментных препаратов употребляют в промышленности при переработке крахмала. Ключе-
вым является очень термостабильный фермент альфа-амилаза, который гидролизует крахмал при 105 °С. Такие термостабильные ферменты позволяют осуществлять реакции при высоких температурах, что значительно увеличивает их скорость. Превращение глюкозы во фруктозу с помощью глюкозоизомеразы служит хорошим примером стереоспецифической биотрансформации. В иммобилизованной форме в промышленных условиях фермент может сохранять каталитическую активность в течение двух лет. Годовое производство фруктозы для пищевой промышленности превышает 15 млн т.
Еще одна важная область применения ферментных препаратов — животноводство. Например, фитаза из гриба Aspergillus niger применяется для высвобождения фосфатов из фитиновой кислоты в кормах. В результате снижается расход фосфатов, что экономически и экологически выгодно. Другие ферменты, такие как цел-люлазы, гемицеллюлазы и глюканазы, существенно улучшают первариваемость и усвояемость. В результате снижается расход фосфатов и грубых кормов.
Препараты для медицины
Биотехнологию успешно используют для получения не только чистых химикатов, но и препаратов для медицины. В целом мировой биотехнологический сектор охватывает разработку и производство более 300 биопрепаратов и вакцин для лечения более 200 заболеваний, включая различные виды рака, болезнь Альц-геймера, заболевания сердца, диабет, множественный склероз, СПИД, артриты и др. На основе биотехнологии разработаны сотни медицинских диагностических тестов, например, для определения уровня глюкозы в крови больных диабетом и ранней диагностики других патологий, что необходимо для их успешного лечения.
Ферментный препарат «Глюкозооксидаза» (разработчик — Институт микробиологии НАН Беларуси)
Тест-системы на наркотики, лекарства, гормоны и экспресс-тесты на беременность также основаны на применении биотехнологических продуктов.
Производство антибиотиков ( 20 млрд евро в год) почти полностью основано на микробном синтезе. Строение антибиотиков настолько сложно, что химический синтез никогда не рассматривался как серьезный вариант их получения. Этапы химической модификации продукта в процессе получения полусинтетических антибиотиков также эффективно вытесняются биотехнологиями. Еще одним примером может служить синтез Каптоприла — препарата для лечения гипертонии. Промежуточные продукты для его синтеза — D-b-гидроксиизомасляную кислоту и L-пролин — получают с помощью дрожжей Candida rugosa и бактерий Corynebacterium sp. При соединении этих блоков химическим путем получают Каптоприл.
Биотехнология — это будущее
Особенно большое внимание развитию промышленной биотехнологии уделяется в США, где затраты на исследования в этой области в 10 раз выше, чем в Европе. Разработана Государственная программа развития промышленной биотехнологии, в рамках которой представители правительственных структур, промышленности, сельского хозяйства и ученые работают вместе над «Проектом-2020», направленным на уменьшение энергетической зависимости страны от импорта. Имеется ряд других программ аналогичной направленности, в частности по микробным ферментам и переработке растительной биомассы. В 2004 г. в США насчитывалось около 1,5 тыс. биотехнологических компаний, прибыль которых в 2003 г. составила 40 млрд долл.
Биотехнология — наиболее наукоемкая отрасль в мире. Учитывая большую экономическую значимость промышленной биотехнологии, даже в исследованиях в этой области происходит жесткая конкуренция. В США в данной отрасли в 2003 г. работало около 200 тыс. человек, и на научные изыскания только в промышленности было израсходовано около 20 млрд долл. Европа также имеет значительные достижения в области промышленной биотехнологии, и 70% мирового производства ферментов сосредоточено именно здесь. Голландские компании, связанные с науками о жизни, имеют годовой оборот до 50 млрд евро и инвестируют до 1 млрд евро в разработки, в которых занято около 260 тыс. человек. Существенная часть исследований в области наук о жизни в Голландии прямо или косвенно направлена на промышленную биотехнологию.
По прогнозам, численность населения земного шара к 2010 г. составит более 11 млрд человек. Энергетические, сырьевые и земельные ресурсы неумолимо истощаются. Старые и испытанные технологии уже не в состоянии справиться с растущими потребностями и проблемами человечества. Сегодня, когда на передний план научно-технического прогресса выходит биологическая наука и биотехнология, очевидно, что только с их помощью можно эффективно решать энергетические, продовольственные и экологические проблемы XXI века.
