Биотехнология представляет собой передовую промышленную технологию, основанную на использовании живых систем — микроорганизмов, водорослей, клеточных культур — и биологических процессов для создания продуктов, имеющих высокую ценность для различных отраслей народного хозяйства. Эта наука объединяет методы микробиологического синтеза и находится в тесной взаимосвязи с генетической инженерией, которая занимается целенаправленным конструированием новых генетических комбинаций для управления наследственностью и изменчивостью организмов.
Исторические корни и традиционное применение
Интересно, что основы биотехнологии были заложены ещё в глубокой древности, хотя сам термин появился значительно позже. Люди столетиями бессознательно использовали биологические процессы, такие как брожение, для получения привычных продуктов питания: хлеба, сыра, вина и уксуса. Все эти продукты являются результатом деятельности микроорганизмов или их ферментов, расщепляющих сложные органические вещества, преимущественно углеводы.
Современные достижения в промышленности и медицине
Современная биотехнология шагнула далеко вперёд благодаря достижениям генетической инженерии. Учёные создают специальные штаммы бактерий и других микроорганизмов с заданными свойствами, которые служат «живыми фабриками» для производства разнообразной продукции. В пищевой промышленности это, например, кормовые дрожжи и водоросль хлорелла, обогащающие корма белком. В медицине революционным стало промышленное производство человеческого инсулина с помощью бактерий, что спасает жизни миллионов людей с сахарным диабетом. Также биотехнологическими методами получают такие важные вещества, как интерферон (универсальный противовирусный препарат) и витамины, включая витамин B12, синтез которого обеспечивают пропионовокислые бактерии.
Биотехнология в добывающей промышленности и экологии
Сфера применения биотехнологии не ограничивается медициной и питанием. В металлургии специально выведенные микроорганизмы используются для так называемого бактериального выщелачивания, позволяющего извлекать цветные металлы (медь, марганец, хром) из бедных руд, что является экономичным и перспективным методом обогащения. В будущем подобные технологии могут быть применены для концентрации даже таких рассеянных элементов, как уран и золото.
Особенно важна роль биотехнологии в решении экологических проблем. Созданы бактериальные штаммы, способные поглощать и накапливать тяжёлые металлы из промышленных сточных вод. Это не только повышает эффективность очистки, но и даёт шанс на восстановление водоёмов, ранее считавшихся безнадёжно загрязнёнными. Активно ведутся работы по снижению уровня взрывоопасного метана в шахтах с помощью бактерий, окисляющих этот газ до безопасных соединений.
Перспективы в энергетике и нефтедобыче
Учёные исследуют возможности применения биотехнологии в геологии и энергетике. Один из перспективных проектов связан с увеличением нефтеотдачи пластов. Идея заключается в активизации специфических микроорганизмов в нефтяной залежи, которые, окисляя углеводороды, будут вырабатывать метан и жирные кислоты. Это может снизить вязкость нефти и повысить давление в пласте, что позволит извлечь больше сырья. Кроме того, биотехнология рассматривается как путь к получению экологически чистого водородного топлива и электроэнергии с использованием процессов, аналогичных фотосинтезу.
Биотехнология и информационные технологии будущего
Одно из самых футуристических направлений биотехнологии связано с созданием принципиально новых носителей информации. Учёные обратили внимание на бактериородопсин — светочувствительный белок, аналогичный родопсину в сетчатке нашего глаза, который содержится у некоторых бактерий. Его уникальное свойство менять структуру и цвет под воздействием света открывает потрясающие перспективы.
Если нанести слой этого белка на специальную подложку, можно создать сверхвысокоплотный фотоматериал. Размеры светочувствительных элементов бактериородопсина в тысячи раз меньше, чем у частиц серебра в обычной фотоплёнке. Это означает, что на такой же площади можно записать колоссально больше данных. Эксперименты показывают, что на диск размером с виниловую пластинку, покрытый бактериородопсином, можно поместить содержимое целой библиотеки. Причём информацию можно многократно стирать и записывать заново.
Именно эти качества — огромная ёмкость, долговечность и возможность перезаписи — делают бактериородопсин идеальным кандидатом для создания памяти будущих поколений электронных вычислительных машин. В отличие от дефицитного серебра, этот белок легко воспроизводится в биореакторах. Таким образом, в обозримом будущем в компьютерах могут появиться высокоэффективные блоки белковой памяти, совершив настоящую революцию в хранении и обработке информации.