В. Морозов - История инженерной деятельности
Х. Г. Коран в лекции, прочитанной в Стокгольме в 1968 г., наметил путь дальнейшего развития науки о жизни – «научиться встраивать и вырезать гены… коренным образом изменить всю нашу биологию».
Со временем ученые овладели способом выращивания клеток в стеклянных чашках и пробирках, т.е. культурой ткани. Но метод культуры не мог получить широкого распространения до появления антибиотиков, которые предотвращали развитие болезненных микроорганизмов. Первые успехи на этом пути относятся к 1896 г., когда был выделен первый антибиотик (открыватель Б. Гозио). В 1918 г. К. Алсберг выделил пенициллиновую кислоту, а несколько позднее этой проблемой довольно успешно занимается Александр Флеминг. Он создает пенициллин, который спас сотни тысяч раненых в годы Второй мировой войны. Не случайно, что именно он вместе с другим ученым (П. Д, Флори) стал лауреатом Нобелевской премии. Следует заметить, что в годы Великой Отечественной войны и профессор З. В. Ермольева (СССР) создала свой собственный пенициллин, который оказался лучше английского (это признавали ученые многих зарубежных стран).
Выделение генов и создание способов их введения в клетки открыло перед биологами путь к началу современной биотехнологии, то есть технологии прямого манипулирования генами и их белковыми продуктами в промышленном масштабе.
Огромным достижением ученых являются работы в области выделения инсулина. Инсулин представляет собой один из важнейших гормонов человека, участвующих в сахарном обмене, недостаток которого приводит к гормональному заболеванию под названием «диабет». Только за открытие его роли канадскому исследователю Ф. Баншингу в 1923 г. присудили Нобелевскую премию. В 1976 г. к решению проблемы выделения гена человека одновременно подошли сразу три группы исследователей: Гилберрта в Гарварде, исследователи в Калифорнийском университете и сравнительно молодая, основанная в южном пригороде Сан-Франциско, биотехнологическая компания «Джинейтек», название которой переводится как «ген-технология».
Так была открыта возможность решения глобальной задачи получения инсулина с генетического продукта человека. Ранее диабетиков лечили и в настоящее время лечат введением им свиного или бычьего инсулина, добываемого на бойнях из поджелудочной железы забитых животных. Инсулин обоих животных слегка отличается по аминокислотной последовательности от человеческого, но для его получения нужно огромное количество животных. За расшифровку последовательности получение инсулина с генетического продукта англичанин Ф. Сэнджер из Кембриджа получил премию в 1958 году. Используя генноинженерную технологию можно получить такое количество инсулина которое нужно для лечения огромного количества больных.
В 1973 г. У. Гилберт создал метод чтения нуклеонидных последовательностей или генов. Сейчас уже не перечесть всех биотехнологических продуктов, которые появились на рынках развитых стран мира. Это инсулин и интерферон, интерлейкины и опухоленекронизирующий фактор, с помощью которых пытаются лечить рак, активатор тканевого плазминогена, хорошо помогающий при инфарктах. Достаточно сказать, что в настоящее время картировано, то есть точно определено их положение в хромосомах более шестисот генов.
Биотехнологии получают распространение на предприятиях пищевой промышленности (получение белков, аминокислот, витаминов, ферментов, дрожжей и др.); в фармацевтической промышленности (синтез гормонов, антибиотиков, ферментов, витаминов и др.); в химической промышленности (синтез полимеров, удобрений, сырья для текстильной промышленности и др.); в энергетике (получение метанола, этанола, биогаза, водорода и др.); в биометаллургии – извлечение металлов (золота, серебра, меди, олова и др.).
Успешное выделение и «прочтение» генов, получение биотехнологическим способом кодируемых им белков, картирование генов привело в конечном итоге к рождению одного из грандиозных проектов конца ХХ века – совокупности всех генов «Геном человека»! Для этой цели была создана специальная Организация по расшифровке человеческого генома. Английская аббревиатура его названия пишется и звучит как имя знаменитого французского писателя Гюго (1986 г.). На конец 1989 г. уже было «прочитано» более 30 млн нуклеотидов или «букв» генетических текстов. Расшифрована также последовательность, примерно, полутысячи генов, кодирующих конкретные белки. Некоторые из них уже производятся биотехнологически и продаются в аптеках. 30 млн, конечно, мало по сравнению с тремя миллиардами, содержащихся в нашем полном «тексте». Это огромная цифра и равняется она практически 300-м энциклопедическим томам.
Сейчас расшифрован геном вируса СПИДа длиной около десяти тысяч нуклеотидов, почти прочитан геном кишечной палочки в 4,5 млн. букв. Геном же человека составляет 3,5 млрд. букв. Он практически расшифрован на 95–98 процентов. Идет дальнейшая плодотворная работа в биологических лабораториях передовых стран мира. Гюго знакомит нас с новой биологией, биологией ХХI века, даст возможность получить массу важной информации.
Биотехнологии занимают все больше место в системе экономики многих развитых стран мира. Биотехнологическим способом, как уже отмечалось, производят генно-инженерные белки (интерфероны, инсулин, вакцины против гепатита и т.п.), ферменты для фармацевтической промышленности, диагностические средства для клинических исследований (тест-системы на наркотики, лекарства, гормоны и т.п.), витамины, биоразлагаемые пластмассы, антибиотики, биосовместимые материалы. Ферментные препараты находят широкое применение в производстве пива, спирта, стиральных порошков, в текстильной и кожевенной промышленности. Особая роль отводится сельскохозяйственной технологии. Это создание и культивация трансгенных растений, микробиологический синтез средств защиты растений, производство кормов и ферментов для кормопроизводства. Для Украины, России и других стран СНГ особенно актуальны такие направления, как ресурсная биология – использование биосистем для разработки полезных ископаемых и биотехнологическая (с использованием бактериальных штаммов) переработка промышленных и бытовых отходов, очистка сточных вод, обеззараживание воздуха. Налицо актуальность тезиса: «биотехнология – направление приоритетное». И это не случайно. По прогнозам, к 2010 г. численность населения составит 11 млрд. человек. Человечество неумолимо идет к истощению энергетических, минеральных и земельных ресурсов. Старые испытанные технологии уже не в силах справиться с этими глобальными проблемами. Поэтому на недавней встрече министров науки «большой восьмерки» 40 % времени было отведено обсуждению именно биотехнологии, 30 % – информационных технологий и лишь оставшиеся 30 % были посвящены другим проблемам науки и наукоемких технологий. Эти цифры говорят сами за себя. К сожалению, в странах СНГ традиционно недооценивают биологию. И это в то время, как цивилизация переходит в новую эру – эру биологических технологий. От современной биотехнологии зависит дальнейшее развитие сельского хозяйства, пищевой и медицинской промышленности. Человечество в конце второго тысячелетия научилось менять наследственность животных и растений. Когда человек меняет по своему усмотрению свою собственную генетическую программу, это называется генной терапией. С ее помощью можно будет обойтись без хирургического вмешательства, лечить не только наследственные, но любые другие болезни. Наверное, и клонирование живых организмов может очень скоро перейти из раздела научных разработок в разряд биотехнологии. У нас пока все это в зачаточном состоянии, в том числе и экологические технологии – восстановление «испорченной» среды обитания с помощью бактерий и микроорганизмов.
Ожидаемый биотехнологический взрыв неизбежен и он будет соизмерим с информационным. Многие слышали о том, что уже сегодня пытаются сделать компьютеры на «генах». На полном серьезе идет речь о «встраивании» компьютерных наносхем в человеческий организм. Недалек тот час, когда эти два направления сольются и кардинально повлияют на дальнейшее развитие цивилизации.
В современной биологии и биотехнологии превосходство принадлежит США. В области фундаментальных биологических исследований достижения американской науки составляют около 80 % общемировых. В промышленной биотехнологии они также сохраняют лидерство, однако не в таком впечатляющем соотношении. В бывшем СССР, несмотря на недооценку биологии и долгие годы упорной борьбы государства с генетикой, к концу 80-х годов все же был создан значительный научный и технологический потенциал. Но перемены, связанные с распадом СССР, к середине 90-х годов привели к тому, что микробные и ферментные производства, в связи с потеряли конкурентноспособность, стали нерентабельны и практически свернуты. Значительная часть научных разработок так и не воплотилась в производство, произошел значительный отток научных кадров за рубеж. Все идет к тому, что отечественные научные биотехнологические разработки будут использоваться исключительно за рубежом из-за крайне низкого технологического уровня оставшихся в СНГ предприятий.
