Ближайшие российские конференции:
 
 
Сервис предоставлен Конференции.ru ©

Микробы на экспорт

№ 1-2(124-125), 26.02.2016 г.
«Последнее слово будет за микробами»,  — сказал в свое время Луи Пастер, чему неутомимый исследователь и автор данной статьи Юрий Петрович Воронов поверил на все 100.
Как-то меня впечатлил рассказ одного знакомого энтузиаста, выращивавшего на продажу дождевых червей, что в земле под  стадом  коров в 200 раз большая биомасса червей, протеины которых лучше, чем у говядины. Парадокс, конечно. Но сколько раз мне пришлось вспоминать эти слова, когда я стал интересоваться микробиологией. Микроорганизмы, их удивительный мир из грибов, бактерий и вирусов существенно превосходит по массе, многообразию, да и по значимости для развития всего живого мир млекопитающих, к которому относится и человеческое общество.
Микробиологии как науке в новосибирском Академгородке не очень-то повезло. Когда еще строился поселок Кольцово  и никто не полагал, что он станет наукоградом, в центре Академгородка посреди жилых зданий начал работать ВНИИМБ (Всесоюзный НИИ микробиологии). Потом на его основе и было создано НПО «Вектор» — теперь уже   знаменитая наукоградообразующая организация. Микробиологи переехали в Кольцово, а в Академгородке наступила «микробиологическая» пауза. Она бы продолжалась и до сих пор, если бы не героические усилия Института цитологии и генетики СО РАН, воссоздавшего внутри себя это направление в нелегких условиях рубежа веков. Кстати, эти усилия так и не удостоились не только наград, но даже внимания СМИ.

Микробиология как основа промышленности будущего

Микробиологическая промышленность намного более наукоемка, чем, скажем, микроэлектроника. У электрона унылая карма: крутись вокруг атомного ядра, в лучшем случае отпустят погулять по проводам. А вот жизнь почвенного гриба ярка и разнообразна. На каждом микроне каждый миг приносит ему новые неожиданности, к большинству из которых он всегда готов. Вот человек закопал его рядом с помидорным кустом, надеясь, что он поможет помидору не болеть. Первое, что делает гриб, — начинает цепочку превращений. Человек закопал спору, внешне безжизненную настолько, что никто не признает в ней живое. Да не одну ее он закопал: спор этих в одном грамме больше шести миллиардов. Я знаю, что говорю. Принес тут недавно в одну новосибирскую лабораторию раствор почвенного грибка триходермы, попросил сосчитать, сколько там живых спор в одном грамме. Мне сказали: «Миллиардов примерно двадцать. Но ты говори, что шесть».  «Почему?» — спрашиваю. «По нормам  положено», — отвечают. И подумал я тогда: не все ли равно, сколько миллиардов спор в одной капле раствора, все равно это выходит за рамки любого воображения.
Так вот, закопал человек спору рядом с милым ему растением. Через какое-то время оно проснется и начнет превращаться в новые морфологические формы, число которых доходит до восемнадцати. Допустим, хотя это и не обязательно, что из нее вырос мицелий и огромная, метрами измеряемая паутина тонких волокон — гифов. Какой-то из гифов касается помидорного корня. И тут, узнав его (как? — непонятно и ученым), гриб начинает выделять особые ферменты (энзимы), которые должны навредить плохому болезнетворному грибу, если бы он появился. Но потом гриб «понимает» (опять же — как?), что врага пока нет, и перестает вырабатывать свои боевые вещества. Но уж когда противник появляется, тут на него обрушиваются все виды боевых искусств. Гифы гриба-защитника оплетают вражеские и душат, не дают им развиваться. Особые вещества делают химические проколы в стенках клеток врага, а через эти проколы в клетку проникают другие вещества, которые формируют внутри нее вдоль ее стенок хитиновое покрытие. Клетка задыхается и погибает. Одновременно идет поглощение питательных веществ из почвы, которые не должны достаться врагу.  Этакая война за ресурсы.
Описанная батальная сцена — лишь мелкий и далеко не самый изощренный эпизод из жизни биологического микромира, которую следует эффективно использовать. Однако недопустимо представление, что микробиологическая промышленность ограничится лишь биотопливом и лекарствами. Она — будущее  промышленности в целом. Но для начала следует немного приобщиться к терминологии сферы микромира.

Параллельная цивилизация

Метаболизм, или обмен веществ,  — это биохимические реакции, происходящие на двух уровнях: организма и клетки. Первичными метаболитами называются те химические соединения, что присущи всем живым организмам — от вируса до человека. У каждого вида растения есть свой дополнительный уникальный набор биохимических соединений и цепочек их химических превращений. Вещества, участвующие в нем, названы вторичными метаболитами. Вторичный метаболизм исследован лишь в 10% флоры, да и то весьма поверхностно. Метаболиты делятся на летучие и нелетучие. Режешь лук — глаза слезятся.  Это  летучие метаболиты в деле. Вторичными метаболитами могут быть самые разные вещества, выполняющие к тому же разные функции. По многим наука еще не догадывается об их назначении. Поэтому не всегда ясно, можно ли это химическое соединение отнести к вторичным метаболитам, или оно вообще не включено в обмен веществ. Поэтому используются косвенные критерии. С оговоркой «как правило» их три: это  относительно низкомолекулярные, биологически активные соединения, у которых разнообразие предшественников меньше, чем у них самих. Еще один косвенный признак — большинство относится к трем классам веществ: алкалоиды, изопреноиды (терпеноиды) и фенолы. Но и это — не гарантия.
Из одних вторичных метаболитов  можно получать недостающие вещества первичного (общего) метаболизма. Другие оказываются средствами защиты, скажем, ядами растений, другие — средствами нападения (как лук нападает на глаза). Одни способствуют, другие препятствуют прорастанию семян. Одни привлекают бактерий или насекомых, другие отвращают. Вторичные метаболиты — средство «общения» живого организма с окружающей средой и себе подобными, средство гораздо более древнее, чем речь или жестикуляция. Мы давно встречаемся с этой параллельной цивилизацией и пытаемся не подружиться с ней, а победить ее. 
На этом фоне совершенно жалкими выглядят попытки продолжить реализацию традиционного восприятия окружающей среды как области существования, а не как контакта с пришельцами. Более того, для этих микроорганизмов мы — пришельцы, своими действиями доказавшие  жадность и глупость. И мы трактуем этих живых существ в точности так же, как скот, бессловесно идущий на убой. Но победить этот мир невозможно.

Промышленность «микробиология»

Официально организационная составляющая возрождения современной микробиологической промышленности в России стала формироваться, когда по инициативе ОАО «Ростехнологии» и некоммерческой организации «Топливно-энергетический союз» было создано ОАО «Корпорация биотехнологии». Перед корпорацией поставлена задача интеграции разрозненных усилий по развитию биотехнологий и промышленных комплексов по их применению на качественно новом уровне, значительно опережающем мировой. Но ориентация новой корпорации довольно узка, главной целью является разработка технологий получения биотоплива (конкретно — биобутанола). Многих это впечатляет, но если познакомиться с теми механизмами, какие используют грибы, бактерии и вирусы, понятно, что они более изощренны, более активны и гарантированно непобедимы1. 
До последнего времени технологические процессы в микробиологической промышленности делились на четыре подотрасли. Первая — выращивание микробов, когда они сами по себе служат конечным продуктом. Это направление стало  развиваться с начала ХХ века и долго сосредотачивалось вокруг производства дрожжей, но потом появилась новая цель — получение белка одноклеточных организмов. Он добавлялся в корм животным и выращивался на метаноле. Направление закрыло повышение цен на нефть, добавка стала дороже соевой или рыбной муки. Сейчас идут активные эксперименты по производству грибного белка (микопротеина). Того и гляди в магазинах будут продавать слепленные из него белые грибы, неотличимые от лесных.
Вторую подотрасль можно назвать вуайеристской: исследователи подглядывают, какие вещества вырабатываются микроорганизмами. В начале своего развития микроорганизмы выделяют так называемые первичные метаболиты. Они нужны им самим, но технологи исхитрились вывести такие микроорганизмы, которые производят их в избытке. Но есть и микроорганизмы, синтезирующие не очень нужные им для питания вещества (вспомним лук и слезы). И те, и другие нам уже хорошо знакомы как консерванты, усилители вкуса и, конечно, антибиотики. Без почвенных микроорганизмов мы бы никогда не узнали, что такое пенициллин или стрептомицин. Таким образом, становится очевидным: новая (эффективная) часть фармацевтической промышленности есть часть промышленности микробиологической.
Третья подотрасль стыкуется  с ГМО, с генной инженерией. В генетический аппарат микробов природного происхождения включают гены высших организмов. По замыслу они напрямую, а не через общение подружатся друг с другом уже как родственники. Частное ответвление этой подотрасли — получение с помощью микроорганизмов-мутантов рекомбинантных продуктов, то есть тех же антибиотиков, консервантов  и прочего, что окажется более эффективным, чем природное.
Наконец, четвертая подотрасль микробиологической промышленности занимается  биотрансформацией веществ. Она сейчас хорошо известна в процессах извлечения золота с помощью бактерий. Кстати, не очень понятно, почему бы эти бактерии не продавать за рубеж? Впрочем, преобразование неорганических соединений с помощью бактерий или вирусов — это только начало. Микроорганизмы — незаменимое средство преобразования органики. Тот же гриб триходерма используется и как средство, ускоряющее перегнивание соломы, и как ускоритель процесса получения солода в производстве пива. 
Очевидно, что описанная мною структура микробиологической промышленности из четырех подотраслей противоречит не только структуре министерств и ведомств. Она противоречит и представлениям о структуре промышленности вообще. Но понемногу привыкнут.

Биопрепараты

Микроорганизмы мы традиционно связываем в основном с медициной. И в этой сфере у сибирских ученых множество достижений. Но есть еще одно направление, которое открывает для экономики Сибири совершенно новые  впечатляющие перспективы. Это производство биопрепаратов защиты растений.
Много лет утекло с тех пор, когда химизация сельского хозяйства считалась одним из главных направлений развития экономики. Примерно в то время, когда для этого сегмента принимались постановления ЦК КПСС, в большинстве стран мира думали, как от химикатов уйти. И этот процесс замены химических пестицидов, инсектицидов, гербицидов и фунгицидов их биологическими аналогами во многом завершен. 
В нашей же стране на каждую тонну зерна приходится не менее семи килограммов химической отравы, идущей потом в булочки, буханки, пирожные и печенье.  Это отражается на здоровье людей, на затратах системы здравоохранения и много еще на чем. Примером таких препаратов можно считать карбендазим. Этот препарат, попадающий в пищу, вызывает онкологические болезни, мужское бесплодие, генетические заболевания. Карбендазим разрушает иммунную и эндокринную системы млекопитающих. Он очень опасен для рыб и других организмов, обитающих в воде, даже если учитывать санитарную зону более 20 метров шириной. В США карбендазим запрещен с 2001 года. В Евросоюзе он был запрещен в 2009 году с отложенным введением запрета в 2011, а затем еще раз — до 2014 года, когда он был введен окончательно. В России карбендазим разрешен, он импортируется. В  Новосибирске, в частности, его заказывают в Китае: стограммовый пакет сухого препарата стоит 300—400 рублей…
По случаю мне рассказали о грибе, который по всему миру считается основным средством биологической защиты растений и заменой химическим препаратам. Этот гриб, называемый триходерма, оказывается, был всем, кроме меня, известен, и настолько, что некоторые страны даже реализуют специальные общенациональные программы внедрения этого гриба в сельское хозяйство. 
Нужно оговориться, что представляют собой эти грибы, которые сейчас повсеместно защищают вместо химикатов сельскохозяйственные растения. У них нет ни ножки, ни шляпки, да и сами грибы можно увидеть только в микроскоп при увеличении в 30—100 крат. Гриб триходерма имеет 12 морфологических форм и присутствует во всех почвах мира — от тропиков до Полярного круга. Без этого гриба вряд ли росли бы хвойные леса Сибири. Только благодаря ему и другим микроорганизмам, живущим в почве, сосна, пихта или ель способны проснуться весной. Сначала микроорганизмы должны выработать те соединения, которые способны проникнуть в замерзшие сосуды дерева, чтобы потом по ним пошел сок. В особенности зависит от грибов и микобактерий лиственница. Под лесом лиственницы всегда растет грибница, которая вдвое-втрое больше, чем в сумме все кроны деревьев в этом лесу.  Она — смесь грибов и микобактерий, то есть грибных бактерий.
*  *  *
Сибирские микробы представляют собой мощный экспортный потенциал, существенно превышающий все созданное человеком на этой территории. Сейчас мы можем гордиться только мелкими достижениями. Тот же гриб триходерма малыми партиями поставляется в Таиланд. Сибирский гриб позволяет долгое время сохраняться рамбутану — экзотическому фрукту, известному немногим сибирякам. Примером могут служить  также не входящие в микромир поставки микрорачков в африканские болота для сокращения численности малярийного комара.   
Думаю, в экстренном порядке необходимо увеличивать численность студентов, изучающих микробиологию в НГУ и Новосибирском государственном аграрном университете, не пожалев денег на областные стипендии для этих студентов. И позаботиться о том, чтобы для них были рабочие места. А то в еще больших масштабах повторится переселение микробиологов уже не из Академгородка в Кольцово, а из Сибири по всему миру. 
Просмотров: 779