Криобиологические сосуды > Что такое биотехнология? > Химические соединения

Химические соединения


Применение биологических систем для производства химических соединений в принципе дает ряд преимуществ, однако сегодня лишь малое их число получают с помощью биотехнологических процессов. К ним относятся сравнительно дешевые, но ис­пользуемые в больших количествах как топливо этиловый спирт и метан, а также ряд ценных и довольно дорогих веществ, при­меняющихся в медицине и для пищевых целей (лимонная кис­лота, итаконовая кислота, аминокислоты, стероиды и антибио­тики) .
В принципе производство химических веществ на основе биокатализа имеет следующие преимущества: специфичность, легкость контроля, работа при низких температурах, совмести­мость с окружающей средой и простота. Особенно важны два первых из них. Так, химическая промышленность органических соединений базируется сегодня в значительной мере на нефти, а большинство производимых ею продуктов переработки нефти получают путем частичного окисления сырья. Достичь специфи­ческого контролируемого и частичного окисления при помощи существующих катализаторов довольно сложно, а микроорга­низмы осуществляют эти типы реакций мастерски, без труда.
По ряду причин биотехнологии еще только предстоит вне­сти свой вклад в развитие химической промышленности, хотя уже сегодня мы многое знаем о потенциально полезных в этом плане биологических системах. Одна из главных проблем заклю­чается в том, что основанные на биотехнологии отрасли хими­ческой промышленности будут использовать нетрадиционную технологию. Реакции, как правило, будут идти при низких тем­пературах и давлении, в водной среде, хотя ряд эксперимен­тальных систем работает и в органической фазе. В некоторых случаях скорость таких процессов невелика, а катализаторы не очень стабильны. Однако важнее всего, видимо, то обстоятель­ство, что наибольшее влияние на развитие химической промыш­ленности по вполне понятным причинам оказывают химики. По сравнению с другими областями технологии разработка мето­дов биотехнологического катализа до недавнего времени велась здесь малыми силами и при скудном финансировании.
Роль биокатализа в химической промышленности сегодня весьма необычна. С одной стороны, появление генетической ин­женерии воскресило к нему интерес, поскольку появилась воз­можность существенно улучшить рабочие характеристики био­катализаторов, особенно интактных микроорганизмов. С другой стороны, на разработку таких новых процессов требуется не­малое время (от десяти до двадцати лет) и это наряду с высо­кой стоимостью изысканий и внедрения приводит при органи­зации производства к крупным расходам (10—25% от общей стоимости осуществления проекта). Новые возможности для более широкого применения биокатализаторов в химической промышленности возникли, когда она столкнулась с рядом эко­номических проблем.
Все эти соображения, а также тот факт, что недавнее внед­рение биопроцессов в многотоннажное производство некоторых химических соединений (например, окиси пропена) привлекли к себе большое внимание, позволяют думать, что скоро мы ста­нем свидетелями использования биокатализа, в первую очередь для синтеза небольших партий веществ с высокой прибавочной стоимостью. Опыт, накопленный при производстве таких ве­ществ, поможет развитию многотоннажного производства хи­мических соединений.
Существуют три главных способа синтеза химических со­единений на основе биокатализа: 1) путем использования куль­тур клеток растений или животных, образующих дорогостоя­щие вещества; 2) путем использования микроорганизмов, при необходимости измененных методами генетической инженерии, для биосинтеза или модификации химических веществ; 3) путем использования измененных методами генетической инженерии микроорганизмов в качестве «устройств» для экспрессии генов растений и животных, что позволяет синтезировать в больших количествах особые, присущие только высшим организмам хи­мические соединения.
Сделаны первые попытки объединить химическую, биологи­ческую и электронную технологии, и здесь, по-видимому, будут достигнуты выдающиеся результаты. Таким путем могут быть созданы специфические датчики для регуляции процессов в хи­мической и пищевой промышленности, для медицинской диаг­ностики, мониторинга и контроля, для наблюдения за состояни­ем окружающей среды. Особенно заманчивой кажется возмож­ность создания полупроводниковых биодатчиков, основанных на микрочипах (micro-chipe). Такие устройства после их усо­вершенствования будут достаточно дешевы в производстве и позволят одновременно контролировать многие параметры при помощи одного крошечного биоэлектронного прибора. Все это может быть выполнено в течение пяти — двадцати лет. Более простые датчики, основанные на использовании полупроводни­ков или технологии тонких слоев, будут разработаны в ближай­шие пять лет.
В следующем разделе мы обсудим перспективы развития производства пластмасс, эмульгаторов и загустителей при учас­тии микроорганизмов.