У всех высших растений на нашей планете оболочки клеток состоят
главным образом из целлюлозы. В химическом отношении целлюлоза, она же
клетчатка, представляет собой биополимер, высокомолекулярный углевод,
полисахарид, молекулы которого образованы длинными, соединенными друг с
другом множеством водородных связей линейными цепочками из сотен или
даже тысяч остатков глюкозы. Целлюлоза буквально напрашивается в
качестве сырья для биотоплива, поскольку сельскохозяйственное
производство дает из года в год сотни тысяч, а то и миллионы тонн
растительных отходов, которые состоят практически из чистой клетчатки.
Проблема лишь в том, что целлюлоза плохо поддается расщеплению.
Вильфрид Вебер (Wilfried Weber), профессор Центра по изучению
биологических сигнальных процессов (BIOSS) при Фрайбургском
университете, говорит: "Если вы собираетесь производить биотопливо не из
продовольственного сырья вроде кукурузы, пальмового масла и так далее,
то оптимальной альтернативой представляются трава и солома как отход
сельского хозяйства, а также древесина. Но с этими видами сырья связана
одна проблема: главный энергоноситель в них - целлюлоза. А переработать
целлюлозу в жидкое топливо, пригодное, скажем, для заправки автомобиля,
очень непросто".
Термиты как альтернатива дрожжам
Во всяком случае, дрожжи, легко осуществляющие спиртовое брожение
простых сахаров, с целлюлозой не справляются. Поэтому ученые разных
стран активно ищут альтернативные процессы и технологии. Особенно
активно работают в этом направлении американцы и немцы. Американский
микробиолог, профессор Гари Строубел (Gary Strobel) из университета
штата Монтана в Боузмене - изучает обнаруженный в Чили симбиотический
гриб Gliocladium roseum, способный расщеплять целлюлозу с образованием
этана и других летучих углеводородов; другой - профессор Джаред
Ледбеттер (Jared R. Leadbetter) из Калифорнийского технологического
института в Пасадене - исследует кишечную микрофлору обитающих в
Коста-Рике термитов рода Nasutitermes, способных за считанные месяцы
полностью переварить деревянный дом вместе с мебелью.
А специалисты Объединенного института геномных исследований в
Уолнат-Крике, штат Калифорния, обратились к крупному рогатому скоту.
Ведь хотя жвачные животные - так же, как и люди, - не обладают
собственными ферментами, способными расщеплять целлюлозу, они, тем не
менее, прекрасно обходятся в качестве корма травой и сеном, то есть
практически чистой клетчаткой, и умудряются усваивать её так, что она
вполне удовлетворяет их энергетические потребности.
Метагеномный анализ коровьего желудка
Очевидно, все дело тут в микрофлоре пищеварительного тракта. Именно
это и побудило калифорнийских ученых произвести так называемый
метагеномный анализ микроорганизмов, населяющих коровий желудок, то есть
секвенировать все имеющиеся там нуклеиновые кислоты в надежде
обнаружить гены, причастные к расщеплению клетчатки. В общей сложности
исследователи идентифицировали в коровьем желудке почти 30 тысяч
биомолекул. Теперь ученые надеются, что процессы, происходящие в желудке
коровы, удастся воспроизвести в искусственных условиях - сначала в
лаборатории, а потом и в крупных промышленных установках по производству
биоэтанола. Во всяком случае, это отвечало бы представлениям так
называемой синтетической биологии, которая видит свою задачу в том,
чтобы по-новому скомбинировать отдельные природные элементы.
Журналисты любят сравнивать такой подход со сборкой самых разных
изделий и сооружений из стандартных кирпичиков конструктора Lego. Но на
самом деле не все так просто, - говорит Вильфрид Вебер: "До такой
легоподобной биологии нам пока, к сожалению, еще очень далеко. Это
связано с тем, что биологические компоненты гораздо хуже поддаются
стандартизации или переносу из одной среды в другую, чем кирпичики лего
или, скажем, электронные компоненты".
Легоподобные биокомпоненты
Ключевую роль в современной синтетической биологии играет база данных
в Массачусетском технологическом институте в Кеймбридже близ Бостона.
Эта база содержит информацию обо всех имеющихся в наличии
биокомпонентах. Их можно заказать, как книги или одежду по каталогу
посылторга. Впрочем, и тут есть проблемы. Вильфрид Вебер: "На
сегодняшний день этот каталог MIT содержит более 3,5 тысяч биологических
компонентов - в основном генов. Это очень ценный ресурс, позволяющий
получить все необходимые фрагменты ДНК. К сожалению, описание этих
фрагментов часто оставляет желать лучшего. Нам уже не раз доводилось
испытывать разочарование, когда мы заказывали там определенные
компоненты и получали совсем не то, что указывалось в описании. То есть
система контроля качества там пока не на высоте". Но это, конечно, ни в
коей мере не ставит под сомнение перспективы синтетической биологии.
Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман
http://www.dw-world.de/dw/article/0,,14854053,00.html
