Сильченко Денис
Ученик 10 класса
МОУ СШ № 17
г. Волжского Волгоградской обл.
Новые технологии и жизнь: Микробиология
В наше время человек стал все чаще преобразовывать многие вещи для большего удобства или для обеспечения охраны здоровья и жизни. Для достижения данных целей создавались различные методы добывания сырья или создания многих веществ и компонентов искусственно. Но человек не способен производить многие соединения, имеющие сложную структуру, без вмешательства в процесс живых организмов. По этой причине люди часто призывают на помощь крохотные организмы нашей планеты – бактерии.
Микроорганизмы благодаря своему разнообразию и многочисленности представляют очень эффективную группу живых существ, производящих сложные соединения. Также с помощью ферментов они способны преобразовать некоторые высокомолекулярные соединения в менее сложные вещества за довольно небольшой срок. Эти их способности используются людьми с древних времен в пищевой промышленности. Однако в те далекие времена человек не догадывался ни о самих бактериях, ни об их действии на исходные продукты. Но и без этого технология применялась довольно успешно. Самыми известными примерами использования этих бактерий являются способы получения спирта, уксусной кислоты и молочнокислых продуктов.
И в наше время существуют новые методы и технологии, позволяющие синтезировать многие продукты искусственным путем. Они получаются с меньшим количеством примесей, но для употребления в чистом виде не подходят. Полученный на основе нефтепродуктов спирт не годится для употребления: «Попытки использовать такой этанол в пищевой промышленности закончились провалом. Водка из нефтепродуктов, полученная экспериментальным путем в 1960-е, отличалась сильным запахом бензина, а затем исследования ученых доказали опасность продукта для здоровья»[i]. Уксусную кислоту необходимо разводить водой, а если приготовить молочнокислые продукты искусственным путем, то их качество и вкус будут намного хуже натуральных.
Несмотря на распространенное мнение о вредоносности бактерий, а также о неблагоприятном влиянии их на человеческий организм, они нашли свое применение и в медицине. В наши дни с их помощью производят белки и гормоны. Эти соединения сложно получить обычными химическими методами: в их составе многократно чередуются разнообразные аминокислоты. Поэтому очень сложно выстроить строго определенную последовательность мономеров при синтезе белка в условиях промышленности. По этим причинам человеку на помощь приходят бактерии, способные синтезировать в своем организме эти высокомолекулярные соединения «Многочисленные опыты доказали, что с помощью генной инженерии можно создавать бактерии, обладающие способностью сверхсинтеза таких нужных веществ, как белки, аминокислоты, ферменты, витамины, гормоны, антибиотики и многое другое»[ii]. Например, инсулин - довольно важный компонент человеческого организма. Его недостаток приводит к сахарному диабету и нарушает обмен веществ в организме. По этой причине гормон некоторым людям необходимо вводить для поддержания здоровья. Однако его структура очень сложна, и производство его химическим методом достаточно затруднительно. Поэтому он производится генетически модифицированной кишечной палочкой: «Известен способ получения генно-инженерного инсулина человека, состоящий в культивировании штамма-продуцента Е. Coli, продуцирующего проинсулин»[iii]. В процессе жизнедеятельности этот организм синтезирует и накапливает в себе белок. Большое количество этих бактерий может развиться из небольшой колонии, чтоудешевляет производство, питательная среда и условия существования организмов тоже не отличаются большими материальными затратами.
Применение окислительных процессов, проводимых бактериями, нашли свое место и в производстве техники. Графен - материал, который получить довольно сложно. Его производство связано с затратами большого количества материалов и образованием отходов. Однако этот материал является важным компонентом, используемым в биосенсорах, транзисторах. Но нашелся способ, который затрачивает меньшее количество ресурсов и к минимуму сводит образование побочных и ненужных продуктов. Графит окисляют, его структура приобретает множество кислородных групп. К полученному оксиду графена добавляют бактерии Shewanella oneidensis, которые удаляют из его состава кислород. На выходе образуется высококачественный материал. «Микробиологически восстановленный графен отличается от crGO улучшенным отношением поверхности к объему (отображаемым через отношение площади поверхности к толщине), лучшей способностью к хранению, сохранением двойных связей углерод-кислород и более устойчивой методологией производства при сопоставимой проводимости»[iv].
На данный момент знания об этих мельчайших организмах стали более обширными и нашли применение в самых разнообразных сферах нашей жизни. Например, тионовые бактерии (Thiobacillus ferrooxidans и Thiobacillus thiooxidans) применяются при бактериальном выщелачивании руд. В составе раствора сульфата железа (III) микроорганизмы окисляют серу и железо, превращая нерастворимые соли, включенные в руду, в растворимые соединения. Плюсом этого метода является и тот факт, что скорость химических реакций увеличивается во много раз: «Тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12 раз, арсенонирита и сфалерита в 7 раз, ковелина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами»[v].
Итак, использование микроорганизмов при производстве дает многие несомненные плюсы: увеличивается скорость химических реакций, их протекание контролируется ферментами бактерий, качество продукта за счет увеличения скорости процесса не падает, а зачастую повышается. Как, например, при выщелачивании: элементы, входящие в состав руды, благодаря бактериальному действию, окисляются в десятки раз быстрее, чем при использовании обычных химических методов.
моему мнению, использование данной технологии в горном деле имеет массу положительных сторон. Во-первых, это достаточно безопасный для экологии способ добычи драгоценных металлов из руд с малым содержанием искомых металлов: в процессе не выделяются газы, и образуется мало отходов производства. Также цикл добычи металлов становится короче. Метод исключает применение трудоемких горных технологий и позволяет автоматизировать процесс. Это очень важно, ведь среди металлов встречаются и довольно опасные для человека, например, уран. Длительное нахождение людей рядом с этим радиоактивным металлом может привести к серьезным заболеваниям.
Я считаю, что бактерии, эти крохотные обитатели нашей планеты, еще найдут много областей применения в нашем развивающемся мире. Возможно, вскоре появятся новые отрасли производства, где необходимы бактерии для быстрого и качественного проведения многих процессов. Кроме того, микроорганизмы способны оградить человека от нежелательного воздействия на организм каких-либо веществ или явлений, которые включает в себя производственный процесс. Их скорость размножения и неприхотливость к климатическим условиям могут использоваться в таких областях, где поддерживать благоприятную, в нашем понимании, среду нецелесообразно. Например, ферментативные способности бактерий могут применяться при производственном процессе, который требует повышенных температур и высокого давления. Возможно, они могли бы заменить катализаторы в органическом синтезе, где довольно нередко встречаютсяреакции окисления.
Применение бактерий даст людям новые возможности при создании разнообразных технологий. Но, думаю, человек должен использовать их только в мирных целях. Производство оружия и военной техники, основанное на использовании бактерий, может привести к нарастанию гонки вооружений. Это может повлечь многомиллионные жертвы. Тем более нельзя допустить использования в качестве оружия самих микроорганизмов. Такое применение может принести к всплеску инфекционных заболеваний среди мирного населения.
Наряду с этим создание ГМО-бактерий должно строго контролироваться. Продукты, образующиеся такими организмами, несомненно, могут быть очень ценны. Однако вшивание генов других живых существв структуру нуклеиновых кислот бактерий может повлечь усиление иммунитета данных микроорганизмов. А ведь не все из них безвредны для человека. В случае увеличения способности болезнетворных бактерий к защите от имеющихся у людей средств борьбы с ними, микроорганизмы могут нанести очень серьезный урон нашему обществу.
Список литературы:
http://genetiku.ru/books/item/f00/s00/z0000010/st016.shtml
http://wiki.laser.ru/index.php/Бактериальное_выщелачивание
https://scienceforum.ru/2016/article/2016023406
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/open.201900186
https://alcofan.com/kak-iz-nefti-delayut-vodku.html
_____________________________________
[i] https://alcofan.com/kak-iz-nefti-delayut-vodku.html
[ii] http://genetiku.ru/books/item/f00/s00/z0000010/st016.shtml
[iii] https://scienceforum.ru/2016/article/2016023406
[iv] http://wiki.laser.ru/index.php/Бактериальное_выщелачивание
[v] https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/open.201900186