Изот Литинецкий - На пути к бионике

Над чем же работают сейчас ученые триумвирата наук - микробиологии, бионики и химии? Как практически они используют добываемые знания о "химической технологии" живой природы? Что обещают и чего может ожидать человечество от исследователей микромира?

Первая проблема - обеспечение людей пищей. Основной компонент пищи человека и корма животных - белок. Он служит организму основным поставщиком азота. В среднем взрослый человек должен получать в сутки около 100 граммов белка или 15 граммов азота. При этом главную часть поступившего белка организм расходует на постройку белков тела, а малую часть в дополнение к углеводам и жирам - на получение необходимой ему энергии. Откуда же человечество должно получить в необходимом количестве белок? Для этого есть ряд путей. Можно повысить продуктивность растениеводства и животноводства, расширить посевные площади, более энергично заняться освоением не используемых ныне морских богатств - все это, по подсчетам специалистов, позволит обеспечить существование 90 миллиардов человек. Но не будем фантазировать, что произойдет через сотни лет, когда численность человечества перевалит за упомянутый предел. Рассмотрим, возможно более короткие пути интенсификации производства пищевых средств - пути, которые пока еще мало учитываются в социологических исследованиях. Речь пойдет об организации в больших масштабах производства белков, углеводов, жиров и других питательных веществ не в природных условиях, а на заводах, на комбинатах биологического синтеза.

Из числа живых существ, способных к наиболее интенсивному синтезу белка, пальма первенства принадлежит микроорганизмам. Скорость их размножения и роста поразительна. При благоприятных условиях число клеток (биомасса) некоторых, например дрожжевых, организмов может удваиваться менее чем за час. Таким образом, микроорганизмы могут стать мощным источником белка.

Использование микроорганизмов в качестве кормовых и пищевых продуктов не должно казаться чем-то совсем неожиданным. В естественном круговороте веществ на нашей планете микробы всегда выполняли роль посредников в питании животных и растений. Используя солнечную энергию, зеленые растения синтезируют органическое вещество из углекислого газа и минеральных солей. Органические вещества растений служат пищей для животного мира в прямой или же опосредствованной форме (последнее относится к хищным животным). Тела погибших животных и растений, равно как их прижизненные отбросы, разлагаются микроорганизмами снова до углекислого газа и минеральных солей, усваиваемых растениями. Таким образом, круговорот веществ замыкается. Кроме того, микроорганизмы принимают и более прямое участие в питании человека и животных. Кишечный тракт населен определенной микрофлорой, снабжающей организм некоторыми важными витаминами. Особенно большое значение имеет микрофлора рубца жвачных животных: разлагая клетчатку и другие неудобоваримые вещества, она способствует их усвоению организмом и тем самым повышает питательность грубых кормов. В настоящее время в корма жвачных животных добавляют мочевину (карбамид), которая перерабатывается микробами рубца в белковые вещества. Хотя микрофлора кишечного тракта и поставляет белки и витамины для организма животного, но покрыть полностью его потребности не может. Основная масса белков поступает в организм в виде кормов. Вот ученые и решили привлечь микроорганизмы для выработки белков в достаточном количестве.

Несмотря на некоторый опыт, накопленный биологами, до самого последнего времени проблема получения такого белка оставалась нерешенной. Дело в том, что вначале микробов разводили на ценных пищевых и кормовых продуктах (пивное сусло, меласса, сахар и т. д.) либо на сырье, получение которого было сопряжено со многими технологическими трудностями. Затем ученые занялись поиском дешевого сырья, источники которого были бы неограниченными, методы получения простыми. В процессе поисков возникла мысль использовать для выращивания микроорганизмов углеводороды нефти. Идея представлялась крайне привлекательной: если бы удалось подобрать микроорганизмы, способные расти на нефти или каких-то ее фракциях так же интенсивно, как они растут на углеводах, то можно было бы организовать многотоннажное производство "искусственного" белка для кормовых целей в заводских условиях, то есть в условиях, не зависящих от природных, климатических и метеорологических факторов.

Заманчивая идея увлекла многих ученых. Исследования начали развертываться как у нас в стране, так и за рубежом. Объем работ был очень велик: необходимо было найти соответствующие микроорганизмы, подобрать легко используемые этими организмами дешевые и доступные фракции нефти, при помощи селекции вывести культуры микроорганизмов, обеспечивающие достаточно высокий выход белка из сырья, изучить биохимические и физиологические особенности обмена веществ этих микроорганизмов при их росте на углеводородах нефти и на этой основе разработать методы выращивания отобранных микроорганизмов. Затем надо было всесторонне исследовать получаемый продукт: изучить методику его использования в кормовом рационе различных сельскохозяйственных животных, его безвредность и полноценность как источника питания, провести медико-биологические исследования продуктов животноводства, полученных от скота и птиц, в рационы которых входит дрожжевой белок, разработать методы контроля процессов производства биомассы и ее качества.

И вся эта грандиозная работа была проведена. Каковы же результаты?

Прежде всего, ученые установили, что способностью к росту иа углеводородах обладают не отдельные уникальные формы, а многие представители самых различных групп микроорганизмов и что их можно найти в почвах (особенно нефтеносных районов), илах, воде и т. д. Селекционно-генетическими методами удалось получить такие штаммы дрожжей, которые хорошо растут на углеводородах нефти и пригодны для производства кормового белка. Их стали выращивать на парафинах. Ученые разработали методы использования получаемого белка в кормовом рационе, исследовали сельскохозяйственные продукты, получаемые от животных и птиц, в рацион которых включаются дрожжи, выращенные на парафинах, и установили их высокое качество. В итоге уже работают первые в мире заводы, выпускающие ценный кормовой продукт, получаемый из парафиновой фракции нефти.

Он нашел широкое применение на многочисленных птицефабриках страны. Многие животноводческие совхозы используют для скота корм, содержащий 15 и более процентов микробного белка (от общего количества белка в корме). Это оказалось настолько выгодным, что в ближайшее время в нашей стране будет построен ряд новых специализированных заводов мощностью до 240 тысяч тонн кормовых дрожжей в год.