Помимо постоянного усовершенствования процессов, о которых речь шла ранее, в последние сорок лет был разработан ряд новых; некоторые из них перечислены в табл. 1.2. Мы обратим­ся к этим процессам в последующих главах книги, но четыре наиболее интересных — производство аминокислот, белка одно­клеточных организмов (БОО), превращение стероидов и культи­вирование клеток животных и растений — мы вкратце рассмот­рим в этом разделе.

Таблица 1.2. Некоторые новые направления, развивающиеся на основе биотехнологии, и продукты, получаемые с ее помощью

За последние тридцать лет производство аминокислот в аэробных микробиологических процессах получило все более широкое распространение. В наибольшем количестве выраба­тывались два продукта — глутамат натрия (ежегодное производ­ство в мире — около 150 000 т), который служит усилителем вкуса, и лизин (ежегодное производство в мире— 15 000 т), который используют как пищевую добавку. В мире за год про­дается аминокислот на сумму 1 млрд, фунтов стерлингов, при­чем большую часть поставляют японские фирмы. Особую роль Японии в некоторых областях биотехнологии мы обсудим в этой главе в разделе «Экономические и коммерческие аспекты био­технологии».

Микроорганизмы могут превращать растительную биомассу с низким содержанием белка в пищевые продукты с высоким его содержанием. В крупных промышленных масштабах этот процесс использовался в Германии: там в ходе первой мировой войны выращивали дрожжи Saccharomyces Cerevisiae, которые добавляли главным образом в колбасу и супы. Таким путем удавалось компенсировать около 60% довоенного импорта пи­щевых продуктов. Сходные процессы на основе пищевых дрож­жей Candida arborea и Candida utilis использовались и во вре­мя второй мировой войны. В 60-х годах ряд нефтяных и химиче­ских компаний начали исследования и разработки по созданию новых процессов получения БОО, предназначенного для до­бавления в пищу людям и животным (гл. 3). В какой-то мере это было связано с недостатком белковой пищи в мире. В ка­честве субстратов использовали нефть, метан, метанол и крах­мал; большинство продуктов вырабатывали для добавления в корм животным. В целом процессы на основе метанола и крах­мала оказались наиболее конкурентоспособными. В западных странах самый крупный завод был построен компанией ICI: там в одном ферментере при участии метанолпотребляющей бак­терии Methylophilus methylotrophus получают из метанола около 70 000 т белка прутина (Pruteen) в год. При помощи технологии рекомбинантных ДНК были модифицированы механизмы асси­миляции азота этими бактериями, что привело к увеличению выхода продукта. Это было одним из первых доказательств практической значимости и потенциальных возможностей гене­тической инженерии (гл. 7). В СССР ежегодно производится более 1 млн. т БОО, в основном из углеводородов и отходов растениеводства. Один из немногих высококачественных продук­тов из БОО, пригодный для человека, поставляется для проб­ной продажи в Англии фирмой Rank Hovis McDougall. Его вы­рабатывают из гриба, выращиваемого на содержащем углево­ды сырье (гл. 3).

Хотя в наше время, и особенно в последние двадцать лет, интерес к использованию ферментов в промышленности все бо­лее возрастает, их внедрение в производство происходит мед­ленно. Набор используемых сегодня ферментов весьма невелик и применяются они в основном в пищевой промышленности. Правда, за последние несколько лет значительно возросло чис­ло ферментов, применяемых в медицине (главным образом для диагностики). И все же в целом рынок ферментов остается сравнительно небольшим, порядка 250 млн. фунтов стерлингов в год. Основные причины такого относительно медленного раз­вития — нестабильность ферментов, сложность выделения про­дуктов переработки и проблемы, связанные с добавлением или заменой кофакторов. Однако в некоторых случаях эти сложно­сти удается обойти путем использования интактных клеток мик­роорганизмов. Такой способ стал играть особенно важную роль в 50-х годах при крупномасштабном производстве лекарствен­ных препаратов стероидной природы. Было установлено, что многие микроорганизмы способны строго направленно и стерео­специфически гидроксилировать сложные молекулы стероидов. Уже на ранних этапах этого метода было сделано важное на­блюдение: оказалось, что плесневый гриб Rhizopus arrhizus способен стереоспецифически, по 11-му положению гидроксили­ровать женский половой гормон прогестерон. Это существенно упростило производство кортизона, который применяют для ле­чения артрита. До внедрения нового метода это соединение по­лучали с помощью химического синтеза, включавшего 37 ста­дий, с выходом 0,02%, и поэтому стоимость 1 г его составляла 200 долларов. Благодаря внедрению в этот процесс этапа, ос­нованного на биотрансформации и существенно упрощающего синтез, цена упала до 68 центов за 1 г. Впоследствии был выде­лен еще ряд микроорганизмов, способных специфически гидро­ксилировать другие углеродные атомы кольца, а недавно мик­робные системы начали использовать для превращения фитосте­роидов в С-19-стероидные гормоны с менее громоздкими моле­кулами. Они находят широкое применение, в частности как пе­роральные противозачаточные средства.

Химическая промышленность, особенно в США и Японии, проявляет постоянный интерес к разработке аналогичных про­цессов получения других дешевых продуктов на основе микро­биологического окислительного катализа. Считается, что таким путем удается осуществлять более экономичные процессы, чем их нынешние аналоги в химической промышленности (гл. 4).

Ряд производств, например получение вакцин, стал гораздо эффективнее после освоения методов культивирования расти­тельных и животных клеток в большом объеме. Был разрабо­тан также метод слияния клеток различных линий, что позво­лило, в частности, ученым фирмы Unilever получить новые кло­ны масличных пальм, как более урожайных, так и дающих продукцию более высокого качества.