Первые в истории человечества искусственные постройки были
сооружены, конечно же, из природных материалов - глины, древесины,
камней. Сегодня строители располагают поистине необъятным ассортиментом
искусственных материалов - от бетона и стали до пластмасс и стекла.
Столь широкий выбор стройматериалов и связанные с ними новые
возможности предопределили и изменения в архитектуре сооружений.
Похоже, сходные метаморфозы ждут нас и в биологии.
Новые задачи требуют новых белков
Природа создала практически все живые организмы - от бактерии до
человека - по одному рецепту: наследственная информация, закодированная
в генах, определяет состав и последовательность синтеза белков в
клетках. Именно белки, собственно, и являются основой жизни - по
крайней мере, в той форме, в которой она существует на Земле. Белки же
представляют собой высокомолекулярные органические вещества, состоящие
преимущественно из аминокислот. Набор аминокислот, образующих белки,
невелик: их всего 20, так что все гигантское многообразие свойств
белковых молекул определяется лишь различными комбинациями этих
аминокислот.
Так задумала природа. Однако эти рамки представляются некоторым
исследователям слишком узкими. В их числе и Недилько Будиша (Nediljko
Budiša), хорватский ученый, работающий в Германии, в Институте биохимии
Общества Макса Планка в Мартинсриде близ Мюнхена: "Все живые организмы
используют эти 20 основных кирпичиков для синтеза белков, - поясняет
ученый. - Но природа не могла предусмотреть, что мы поставим перед
собой какие-то новые цели и начнем развивать биотехнологии".
Это и побудило исследователя взяться за создание новых аминокислот -
с тем, чтобы использовать их в качестве составных элементов новых
белков. Он начал с того, что сконструировал две не существующие в
природе аминокислоты, а затем ему удалось заставить бактерии
производить белки, в состав которых вошли и эти самые искусственные
субстанции. Сегодня ученый уже владеет богатым ассортиментом приемов, с
помощью которых он может заставить бактерии встраивать в синтезируемые
ими белки самые разные химические элементы, природой там отнюдь не
предусмотренные.
Фторопласты, липазы и катализаторы
"Фтор - это элемент, который природа практически никогда не
использовала, или использовала крайне редко, - говорит Недилько Будиша.
- Так, в организме человека фтор содержится разве что в зубной эмали.
Это связано, прежде всего, с тем, что фториды - кристаллические
соединения, в форме которых фтор встречается в природе, - нерастворимы
в воде. Между тем, за последние годы и десятилетия в мире
сформировалось целое направление органической химии, занимающееся
фторсодержащими соединениями. Это чрезвычайно перспективное
направление, здесь уже имеются весьма значительные достижения. Если мы
искусственно создадим фторсодержащую аминокислоту и встроим ее в белок,
то такой белок может и в органических растворителях быть таким же
активным, как в воде".
Химической промышленности такие фторсодержащие белки будут как
нельзя более кстати. Ведь сегодня фторопласты, то есть полимеры,
содержащие атомы фтора и обладающие поэтому высокой химической
стойкостью, получают чисто химическим путем, используя метод
электролиза. Между тем, в биореакторах синтез фторопластов был бы более
экологичным и обходился бы дешевле, - уверен Недилько Будиша.
Еще один пример - это липазы, водорастворимые ферменты, помогающие
расщеплять жиры. Они широко применяются в моющих средствах и стиральных
порошках. Путем внедрения в состав этих ферментов целого ряда
специальных, не существовавших ранее в природе, аминокислот
исследователю удалось существенно повысить эффективность моющих
средств.
"Если говорить о важных в промышленном отношении ферментах, то их
эффективность - как, например, в случае с этими липазами, - можно
повысить ни много ни мало в 10 раз, - подчеркивает Недилько Будиша. -
Ну, скажем, в 10 раз уменьшить расход катализаторов, необходимых для
поддержания технологических процессов. Ведь эти катализаторы
чрезвычайно дороги, и вот появляется возможность повысить их
эффективность в 10 раз".
То, что поначалу выглядело - а возможно, и было, - забавой, сегодня
стало уже серьезной инновацией. Казалось бы, промышленность должна
двумя руками ухватиться за эту разработку. Но не тут-то было, - сетует
Недилько Будиша: "Сравнивая свою ситуацию с ситуацией моих американских
коллег, я должен сказать, что немецкая промышленность не проявляет
особого интереса к новым технологиям. Она берет только то, что
полностью готово к внедрению и не требует никаких дополнительных
капиталовложений".
Впрочем, 20-ти аминокислотам потребовалось 3,5 миллиарда лет на то,
чтобы прочно занять свое место в составе белков. Ясно, что новичкам
приходится туго.
Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева
