Одна из привлекательных возможностей, предоставляемых технологией «солнечной энергетики», заключается в использовании целых организмов как биологических катализаторов при производстве аммиака и водорода за счет солнечной энергии. Опыты с цианобактериями (сине-зелеными водорослями) и зелеными водорослями показали, что они способны образовывать водород и кислород путем прямого фотолиза воды. Лежащий в основе этого явления процесс фотосинтеза сформировался в результате генно-инженерной деятельности Природы. Фотосинтезирующие бактерии неспособны разлагать воду, но могут на свету образовывать большие количества водорода (без примесей кислорода) или аммиака. Для этого им нужны только простые органические и неорганические субстраты. Такие вещества содержатся в промышленных отходах, и поэтому превращение солнечной энергии фотосинтезирующими бактериями вполне может быть сопряжено с переработкой отходов.
В ряде лабораторий ведутся на молекулярном уровне исследования различных процессов образования водорода, а также механизмов реакции расщепления воды. В образовании водорода принимают участие гидрогеназа и нитрогеназа. Сегодня •активно изучаются свойства этих ферментов из разных организмов, в частности механизмы регуляции их синтеза и активности, а также стабильность в присутствии кислорода. Предметом важных исследований является также образование восстановительных эквивалентов и поток электронов к этим ферментам, которые при определенных условиях служат факторами, лимитирующими активность. Эти опыты позволят понять суть указанных процессов и попытаться оптимизировать выделение водорода имеющимися в нашем распоряжении генетически охарактеризованными организмами. Ряд исследователей-генетиков •занят отбором мутантов с повышенной способностью к образованию водорода или аммиака. Примерами удачного применения методов генетической инженерии для создания ферментов с желаемыми свойствами может быть получение устойчивой к кислороду гидрогеназы. Удалось повысить содержание гидрогеназ в клетках и получить микроорганизмы, способные выделять фиксированный ими азот в окружающую среду в форме аммиака.
В ходе первых .исследований была отчасти выяснена физиологическая и биохимическая основа процессов образования H2 и NH3 у фотосинтезирующих организмов, определены условия, необходимые для максимального проявления этой способности. В будущем на основе результатов опытов с целыми клетками мы сможем подобрать условия для максимального и долговременного образования H2 и NH3, оценить техническую возможность создания лабораторных реакторов с иммобилизованными клетками фотосинтезирующих организмов.