Химическая промышленность и биотехнология

Предвосхищая грядущий расцвет биотехнологии еще в 1929 г Дж. Холдейн говорил: "Зачем брать на себя труд изготовления хи- мических соединений, если микроб может сделать это за нас?" Не случайно современные биотехнологи, употребляя микроорганизмы для трансформации органических соединений, то есть, уподобляя их хими- ческим реагентам, называют иммобилизованные биообъекты "закован- ными в цепи рабами".

Многие органические растворители, широко применяемые в хи- мической промышленности, получают путем брожения - биохимиче- ского процесса протекающего в анаэробных условиях. Химизм основ- ных видов брожений был представлен выше. В каждом случае процес- сы инициируются специфичной микробной культурой и проводятся при определенных условиях.

Химическая промышленность органических соединений бази- руется сегодня в значительной мере на нефти, а большинство про- изводимых ею продуктов переработки нефти получают путем частич- ного окисления сырья. Достичь специфического контролируемого и частичного окисления при помощи существующих катализаторов до- вольно сложно, а микроорганизмы осуществляют эти типы реакций ма- стерски, без труда. По этой причине особая роль в решении поставлен- ных задач отводится биокатализу. За последние годы значительно возросло производство ферментов.

Ферменты во многих отношениях превосходят искусственные катализаторы, и в первую очередь - по силе действия. Тысячи химиче- ских реакций протекают в живых организмах при участии ферментов в мягких условиях (температура и давление атмосферные). Скорость этих реакций в миллиарды раз быстрее, чем в присутствии лучших хи- мических катализаторов. От искусственных катализаторов они отлича- ются рациональностью своих действий, строго направленных и макси- мально эффективных.

До сих пор химикам не удалось создать катализаторы, превосхо- дящие по своей эффективности и специфичности биологические ката- лизаторы.

Несмотря на широкое использование биокатализаторов в про- мышленности, все же в целом рынок ферментов оставался сравнитель- но небольшим до появления иммобилизованных ферментов.

Основные причины такого относительно медленного развития - нестабильность ферментов, сложность выделения продуктов перера- ботки из гомогенных растворов, содержащих ферменты.

Получение иммобилизованных ферментов существенно расши-

рило спектр их применения наряду с традиционными областями.

Как известно, иммобилизация ферментов обнаруживает ряд со-

лидных преимуществ в сопоставлении с обычным ферментом. Она позволяет остановить реакцию на любой стадии, повторно ис- пользовать катализатор, получать продукт незагрязненный фер- ментом, гетерогенный процесс можно вести непрерывно и регу- лировать скорость реакции. Существует множество способов иммо- билизации ферментов, основные из которых были представлены выше. Производство химических веществ на основе биокатализа

Имеет следующие преимущества: специфичность, легкость кон- троля, работа при низких температурах, совместимость с окру- жающей средой и простота.

Существует три главных способа синтеза химических соеди-

нений на основе биокатализа:

- путем использования культур клеток растений или животных,

образующих дорогостоящие вещества;

- путем использования микроорганизмов, при необходимости из- мененных методами генетической инженерии, для биосинтеза или мо- дификации химических веществ;

- 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 химиче- ские соединения.

Многие материалы химической технологии, используемые для строительства инженерных сооружений, аппаратов, трубопроводов подвержены биоповреждениям.

Разработка новых стойких к биоповреждениям веществ - актуаль-

ная задача химической технологии, которая может быть решена мето- дами биотехнологии. Новые материалы должны быть устойчивыми к биоповреждениям, также как и к механическим, химическим и другим воздействиям.