CC BY
146
А. Г. Воржецов
МОДЕРНИЗАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ БИОТЕХНОЛОГИИ
Ключевые слова: промышленная биотехнология, экономическая модернизация.
В статье сделана попытка раскрыть роль биотехнологии в экономической модернизации России, обосновать необходимость выделения отдельного приоритетного направления экономических преобразований - развитие биотехнологий.
Tags: industrial biotechnology, economy modernization.
In this case was made an attempt to reveal role of biotechnologies in economic modernization in Russia and toprove necessity of allocation of a separate priority direction of economic transformations - biotechnologies development.
Промышленная биотехнология имеет важное значение для экономической модернизации в России, для развития различных отраслей промышленности. Биотехнология в состоянии внести большой вклад в решение проблем энергетики посредством производства достаточно дешёвого биосинтетического этанола, который, кроме того, является и важным сырьём для микробиологической промышленности при получении пищевых и кормовых белков, а также белково-липидных кормовых препаратов. В Бразилии производится два вида этилового спирта: негидрированный - используется в качестве добавки к бензину в пропорции 20 - 24% и не требует изменений в двигателе, а также гидрированный, который используется в качестве топлива и требует специального двигателя, работающего на спирте. Стратегическую роль в бразильской экономике спирт приобрёл в середине 70-х годов XX века (после мирового нефтяного кризиса 1970-х гг.). Источником углеводородов могут служить водоросли, обитающие в пресной и солоноватой воде умеренных и тропических зон. Удельный вес углеводородов может составить до 75% сухой массы. Они накапливаются в водорослях, в которых их много. После сбора водорослей эти углеводороды легко отделить каким-нибудь растворителем или методом деструктивной отгонки. Таким путём может быть получено вещество, аналогичное дизельному топливу и керосину [1].
Развитие промышленности ведёт к образованию большого количества отходов. Методами биотехнологии эти отходы могут быть переработаны в полезные или безвредные продукты. Сточные воды сахарных, крахмальных, пивных и дрожжевых заводов, мясокомбинатов содержат в больших количествах углеводы, белки и жиры, которые являются источниками питательных веществ и энергии. А стоки химических и металлургических производств могут содержать значительное количество токсических и даже взрывчатых веществ. Серьёзное загрязнение возникает при попадании в окружающую среду соединений тяжёлых металлов (железо, медь, олово и др.). Целью очистки сточных вод является удаление растворимых и нерастворимых
компонентов таким образом, чтобы эти компоненты стоков не вредили человеку и не загрязняли водоёмы.
Биотехнология делает возможным создание устройств, в которых белки являются основой молекул, действующих как полупроводники. Для индикации загрязнений различного происхождения используются в настоящее время не химические реагенты, а биосенсоры - ферментные электроды, а также иммобилизованные клетки микроорганизмов. Появился новый тип полупроводников, проводящую функцию в которых осуществляют молекулы белков. Такие ферментные системы работают с большей скоростью, чем кремниевые полупроводники. Биочипы имеют небольшие размеры, надёжны и способны к самосборке.
Трудно переоценить роль биотехнологии в пищевой промышленности. Спектр продуктов питания, получаемых при помощи
микроорганизмов, обширен. Это продукты, получаемые в результате брожения - хлеб, сыр, вино, пиво, творог и т. д. До недавнего времени биотехнология использовалась в пищевой промышленности с целью более умелого применения микроорганизмов. Однако будущее в этом плане принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд и внедрению новых методов в технологии брожения.
Этиловый спирт используется для технических нужд - для производства каучука, как растворитель, для синтеза других веществ, а также на изготовление напитков и медицинские нужды. Спиртовое брожение вызывают чаще всего дрожжи, реже некоторые бактерии и плесневые грибы. Некоторые дрожжи и бактерии способны продуцировать бутанол, а также 2,3 - бутандиол. Эти продукты обычно синтезируют из нефти, однако микробное получение этанола и других спиртов вызывает всё больший интерес. В России большая часть этанола получается
микробиологическим путём из растительного сырья. А сырьём могут быть гидролизаты древесины, крахмал, молочная сыворотка. Отходы производства этанола содержат белки, углеводы и др. витамины.
Поэтому могут использоваться как кормовая добавка [2].
Получение ферментов с помощью микроорганизмов более выгодно, чем из растительных и животных источников. Микробные клетки продуцируют более 2 тысяч ферментов, катализирующих биохимические реакции, связанные с ростом, дыханием и образованием продуктов. Многие из этих ферментов могут быть выделены и проявляют свою активность независимо от клетки. Промышленным способом производят такие ферменты, как амилаза, пектиназа, глюкоамилаза, протеаза, инвертаза и др. Амилазы и протеазы используют в текстильной, хлебопекарной и кожевенной промышленности. Микробные ферменты активно используют в клинической диагностике при определении уровня холестерина в крови и мочевой кислоте. Ферменты используются также для очистки канализационных и водопроводных труб и т. д.
Производство аминокислот относится к одной из наиболее передовых областей биотехнологии. Аминокислоты получают путём химического синтеза или экстракцией из белковых гидролизатов. Незаменимые аминокислоты могут получаться микробиологическим путём более эффективно, чем путём химического синтеза. Это связано с тем, что при биологическом синтезе используемые микроорганизмы образуют аминокислоты в биологически активной Ь-форме. С помощью микроорганизмов можно получить до 60 органических кислот, в том числе уксусную, лимонную, яблочную и др. Микроорганизмы содержат много витаминов, которые чаще всего входят в состав ферментов.
Микроорганизмов, синтезирующих
продукты или осуществляющих продукты или осуществляющих реакции, полезные для человека, насчитывается несколько сотен видов. Биотехнологические функции бактерий
разнообразны. Бактерии используются при производстве: пищевых продуктов, молочнокислых напитков, белка, витаминов, растворителей и органических кислот [3].
Перспективы развития биотехнологии впечатляют. Конструирование нужных генов позволит управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов, а также создавать организмы с новыми свойствами. В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки. Перед биотехнологией может быть поставлена задача регенерации ландшафтов. Ведутся работы над созданием биополимеров, которые будут способны заменить современные пластмассы. Эти биополимеры имеют существенное преимущество перед традиционными материалами, так как они не токсичны и легко разлагаются после их использования, не загрязняя окружающую среду. Важным и перспективным направлением
биотехнологии является разработка способов получения экологически чистой энергии. Имеются принципиально новые экспериментальные подходы в этом направлении. Одним из них является получение фотоводорода. Если из хлоропластов выделить мембраны, содержащие фотосистему 2, то на свету происходит фотолиз - разложение на кислород и водород. Моделирование процессов фотосинтеза, происходящих в хлоропластах, позволило бы запасать энергию Солнца в ценном топливе - водороде.
Большие перспективы имеет биотехнология и в медицине. Ещё в начале 90-х годов XX века появились статьи, в которых рассматривались перспективы использования сапротрофной микрофлоры как продукта биологически активных веществ (БАВ). Предполагалось введение в организм сапрофитных микроорганизмов, которые могли бы жить в условиях симбиоза с нормальной микрофлорой организма. Вещества,
вырабатываемые бактериальными штаммами, включаются в систему биохимических процессов организма. И в случае нарушения нормального биохимического статуса организма они корректируют его, а при патологическом процессе -задерживают его или способствуют прекращению. Такое введение получило название «микробиологическая подсадка».
С помощью новой биомолекулярной медицины возможна победа над многими заболеваниями и даже значительное продление дееспособной жизни. Как заявил эксперт П. Хоффман, «мир должен быть готов к появлению технологий, направленных на значительное продление жизни... Продолжительность жизни увеличится втрое, и вопрос, который сейчас обсуждают учёные, состоит лишь в том, как скоро это произойдёт» [4]. Следует отметить, что на исследования в сфере информационно -коммуникативных технологий (ИКТ) и
биотехнологии приходится более половины расходов на науку предпринимательского сектора США. Причём семь из двадцати крупнейших компаний мира по расходам на исследования и разработки специализируются в фармацевтике, пять - в сфере информационно-коммуникативных технологий. А наиболее динамичный рост отличает рынки высокотехнологических товаров, или фармацевтические препараты и медикаменты - в среднем более 20% в год. В 2007 году расходы 1400 крупнейших мировых компаний на исследования и разработки в области фармацевтики и биотехнологии выросли по отношению к предыдущему году на 15,7%, превысив 70 млрд. евро. И при сохранении таких темпов к 2020 г. сектор биотехнологии может достичь по объёмам рынков уровня ИКТ [5]. Однако среди пяти приоритетных направлений экономического развития России не оказалось биотехнологии. На наш взгляд, вполне реально в качестве основных направлений экономической модернизации в стране можно включить не только развитие
нефтегазохимического комплекса [6], но и развитие биотехнологии.
Литература
1. Кузьмина Н.А. Биотехнология. [Электронный ресурс].
Режим доступа:
http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt1_1.htm, свободный.
2. Кузьмина Н.А. Биотехнология. [Электронный ресурс].
Режим доступа:
http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt1_1.htm, свободный.
3. Кузьмина Н.А. Биотехнология. [Электронный ресурс].
Режим доступа:
http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt1_1.htm,
свободный.
4.ШЬ: http://www.vz.rU/society/2010/2/3/452170.html.
5. Тузиков А.Р. Идеология инновационного развития: борьба за смыслы // Регионы России: инновационное развитие и модернизация системы социального развития: монография. - Казань: Изд-во КГТУ, 2011. - с. 13.
6. Воржецов А.Г. Развитие нефтегазохимического комплекса как приоритетного направления экономической модернизации в России // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 24. - С. 104.
© А. Г. Воржецов - д-р филос. наук, проф. каф. государственного, муниципального управления и социологии КНИТУ, vag41@list.ru.
