C момента возникновения цивилизованного общества перед ним все время стояла проблема охраны окружающей среды. Из-за промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятель­ности человека постоянно происходили изменения физических, химических и биологических свойств окружающей среды, при­чем многие из этих изменений были весьма неблагоприятны. Мы ожидаем, что биотехнология будет оказывать многообраз­ное и все возрастающее влияние на способы контроля за ок­ружающей средой и на ее состояние. Хорошим примером та­кого рода служит внедрение новых, более совершенных методов переработки отходов, однако этим применение биотехнологии в данной сфере отнюдь не ограничивается. Она будет играть все большую роль в химической промышленности и сельском хозяйстве и поможет хотя бы отчасти решить многие из су­ществующих здесь проблем.

В этой главе мы рассмотрим проблему переработки отхо­дов как в исторической перспективе, так и в плане той роли, которую биотехнология уже играет и будет играть в этой сфе­ре. Мы остановимся также на применении биотехнологии в борьбе против недавно возникшей для окружающей среды угрозы — распространения ксенобиотиков и нефтяных загряз­нений.

Сегодня быстро развиваются разнообразные отрасли про­мышленности, в которых процессы жизнедеятельности микроор­ганизмов используются для создания замкнутых систем, для контроля за загрязнением сточных вод, для использования альтернативных энергоресурсов и химического сырья в про­мышленности; эти процессы широко используются и в сельском хозяйстве. В развивающихся странах подобная деятельность, известная под названием «целенаправленная технология», могла бы привести к значительному повышению жизненного уровня и — что еще более важно — повышению качества жиз­ни многих миллионов людей. Масштабы некоторых из этих но­вых биотехнологических процессов и их применение для реше­ния задач охраны окружающей среды могут быть совершенно ошеломляющими. Так, для переработки отходов уже построены огромные биореакторы емкостью 4000—5000 м³. Поскольку концентрация бактерий в таком реакторе может быть порядка IO⁸—IO⁹ клеток в 1 мл, биотехнологи получают в свое распоря­жение достаточно мощный источник «биологической энергии».

Биологическая переработка отходов опирается на целый ,ряд дисциплин — биохимию, генетику, химию, микробиологию, химическую технологию и вычислительную технику. Усилия всех этих дисциплин концентрируются на трех основных на­правлениях: 1) деградация органических и неорганических ток­сичных отходов; 2) возобновление ресурсов для возврата в круговорот веществ углерода, азота, фосфора и серы; 3) по­лучение ценных видов органического топлива.