Дмитрий Складнев - Что может биотехнология?

Знак вопроса 1990 № 12

Дмитрий Анатольевич Складнев

Что может биотехнология?

К читателю

Что такое биотехнология и как она связана с проблемами лечения СПИДа, предупреждением развития раковых опухолей, созданием неуязвимых для вредителей полезных растений? В редакцию «Знака вопроса» приходит множество писем с просьбами ответить на эти и многие другие вопросы, связанные с бурно развивающейся особенно в последнее время новой научной дисциплиной — биотехнологией.

Ученые, медики возлагают на нее очень большие надежды, связанные более всего с решением перечисленных выше острейших проблем, стоящих перед человечеством. Сегодня все более оказывается ясным, что многочисленные недуги, терзающие с незапамятных времени человека, имеют генетическую природу, то есть возникают в результате «поломки» того или иного гена. Задача биотехнологии — найти этот дефектный ген, определить характер «поломки». Разумеется, все это полностью относится также к животным и растениям.

Как было бы здорово, введя в клетку соответствующий ген, создать «неболеющих» домашних животных и сорта не поддающейся вредителям пшеницы, ржи, овса или же выращивать хлопок с заданными свойствами волокна, и к тому же не истощающий почву.

В предлагаемой вашему вниманию брошюре автор — профессиональный биотехнолог — делает попытку на простых и доходчивых примерах объяснить суть проблем, с которыми имеет дело его наука, познакомить с ее историей, достижениями, перспективами. Расшифровка генов, получение полезного и нужного белка, создание лекарств и вакцин, которые помогут бороться с различными недугами, разработка новых исследовательских инструментов, без которых просто немыслимы операции на молекулярном уровне — все это биотехнология.

Задача просто рассказать сложном чрезвычайно трудна, поэтому и автор и редакция вполне отдают себе отчет в том, что наверное не все удалось в этой работе, но, тем не менее, мы надеемся, что пытливому и заинтересованному читателю она окажется полезной.

СКЛАДНЕВ Дмитрий Анатольевич — кандидат биологических наук, окончил биологический факультет МГУ, работает во Всесоюзном НИИ генетики промышленных микроорганизмов. В настоящее время занимается вопросами биотехнологии, в частности использования микробиологических культур для получения промышленно полезных продуктов и полуфабрикатов. Активно публикуется в научной периодической печати.

Что может биотехнология?

Вступление

Каждый день мы просыпаемся и радуемся солнцу и свету, началу нового дня, который сулит нам новые открытия и впечатления. Выглянув в окно или выйдя во двор, мы видим зеленую листву деревьев, траву и даже не догадываемся, что вот точка в пространстве, где начинается биотехнологическое таинство, дающее нам мясо и творог, молоко и хлеб. Именно в зеленом листе начинается тот загадочный процесс фотосинтеза, благодаря которому существует все живое на Земле вот уже как минимум три миллиарда лет.

В листе солнечный луч, его энергия преобразуется в энергию химических связей органики, то есть глюкозы, белков и жиров. Растения, их биотехнология — это и подсолнечное масло, и хлеб, и сахар на нашем столе. А потом растения поедают животные, которые дают нам мясо и яйца, молоко и масло сливочное, сыр и творог.

И мы, поедая все это, запускаем в своем организме сложнейшие биотехнологические «конвейеры», на которых белки «разберутся» до аминокислот, жиры — до составляющих их глицерина и жирных кислот, крахмал распадется на глюкозу, а нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. Затем все эти «кирпичики» соберутся по «программам», задаваемым нашими генами, в наши белки, жиры и углеводы, а также нуклеиновые кислоты, чтобы составилась неповторимая генетическая комбинация, которой нет и никогда не будет в мире.

Как доказать, что мы с генетической точки зрения уникальны? А очень просто: если бы этой уникальности не было, то не было бы и трансплантационного иммунитета, то есть реакции отторжения пересаженных органов и тканей. Только однояйцевые близнецы, являющиеся зеркальным отображением друг друга, не имеют барьера несовместимости. Все у них одинаково — и гены, и белки, поэтому пересаженные у них органы и ткани приживаются без иммунодепрессантов, то есть веществ, которые подавляют иммунную реакцию отторжения. Можно сказать, что и биотехнология, молекулярная «машинерия» у них одинакова.

Но рождение однояйцевых близнецов — чрезвычайно редкое событие. А как бы было хорошо наладить такое «производство» органов и тканей, которые можно было бы менять в любой момент. При тяжелых заболеваниях не надо было бы искусственного сердца и сложного устройства — диализатора для очистки крови, с чем прекрасно справляются здоровые почки. Просто пошел в больницу и заменил орган, вышедший из строя. Захотел сменить кожу — не нравятся тебе морщины или родимое пятно, — пожалуйста. Когда-нибудь так и будет! Представим себе «Институт биотехнологии органов и тканей», в котором в термостатах будут выращиваться сердца и легкие, печень и почки. Да, славное будет времечко, но пока до него ещё далеко.

Последуем совету мудрого Соломона, и попытаемся понять суть биотехнологии через посредство составляющих это слово частей «биос» и «техне».

Не составляет труда распознать их греческое происхождение. С первой частью, означающей «жизнь», мы встречаемся в таких словах, как «биология» — изучение жизни «биоценоз» — живое сообщество. А о биополе и говорить не приходится.

Греческое «биос» восходит к древнейшему индоевропейскому корню «бэй». В разные времена его начальный звук произносился нашими пращурами по-разному, поэтому этот корень в греческом дал еще слово «зоэ», которое означает жизнь и животное. Отсюда имена Зоя и Зевс, то есть бог, властелин всего сущего, живого на Земле. Вспомните зоологию и названия геологических эр: палеозой, мезозой, кайнозой и т. д.

Один из широко распространенных витаминов назвали «биотин».

Есть организмы аэробы, живущие за счет кислорода воздуха, и анаэробы, для которых воздух с его кислородом смерти подобен, например те же дрожжи или молочнокислые палочки. Амфибии — это «двоякоживущие», или земноводные, обитающие в двух средах: на земле и в воде. Когда организмы живут бок о бок, помогая друг другу, то говорят о симбиозе. На зиму в холодное время года некоторые животные впадают в спячку, называемую анабиозом.

Многие также знают об особых разрастаниях на корнях растений, в которых размножаются симбиотирующие микроорганизмы и, фиксируя атмосферный азот, «подкармливают» растение-хозяин, дающее им приют в своих корнях. Корень на греческом — «ризос», поэтому микроорганизмы, живущие в корневых разрастаниях, получили название «ризобиум».

Ну и последнее: микроб, то есть микроскопическое живое существо, благодаря которому и стала возможна современная биотехнология.

Вторая часть слова «биотехнология» — «техне» — восходит к «текс» — вить, прясть, делать что-то руками. Отсюда слово текстиль, текст, контекст, тектоника, архитектура, технология.

Теперь мы можем перевести слово «биотехнология» — производство с помощью живых существ, или технология живого.

Когда началась биотехнология

Мы не знаем, когда человек начал сам возделывать растения и приручать животных, но, вероятнее всего, это случилось не ранее десяти-двенадцати тысяч лет назад, когда закончилось последнее оледенение.

Современные методы анализа пыльцы растений говорят нам, что уже девять с половиной тысяч лет назад на территории современной Франции люди выращивали чечевицу. Несколько раньше началось земледелие на Ближнем Востоке, который очень многие ученые считают колыбелью цивилизации.

Родившись в долинах полноводных рек, главным образом между реками Тигром и Евфратом, земледелие дало человеку один из первых продуктов биотехнологии — зерно. Мы называем эту область Междуречьем, а по гречески Месопотамия (от слова «потам» — река, для сравнения можно привести название «речной лошади» гиппопотама). В Месопотамии в разное время существовали государства Шумер, Аккад, Ассирия. Именно древние шумеры изобрели клинопись на глиняных табличках, которые через много тысяч лет находят при раскопках археологи. У древних шумеров даже клинописи поначалу не было. Им, подобно египтянам, приходилось все рисовать. Расшифровать такую письменность в большинстве случаев пока не удается, но кое-что ученым узнать удалось.

Они, в частности, узнали, что в шумерских городах были школы, в которых детей учили решать задачи. С одной из таких задач и ее решением ученые столкнулись совсем недавно. На табличке был дан ход решения школьных упражнений по определению количества работников, необходимых для осуществления определенной работы, а также того провианта, который необходим для этих работников. Среди провианта числились меры зерна и кувшины ячменного пива. Нас это пиво интересует в первую очередь, поскольку это одно из древнейших свидетельств использования людьми биотехнологических процессов. Ведь пиво невозможно приготовить без применения микроорганизмов, переводящих сахар в спирт. Но на той табличке ничего не говорилось о выпекании хлебов. Хлеб они, как и библейские герои, по всей видимости ели пресный.