7.2.2. Биотехнология и проблемы biopolicy
.7.2.2. Биотехнология и проблемы biopolicy
. Биотехнологические разработки, направленные на ликвидацию поллютантов – пестицидов, отходов химических производств -- могут быть проиллюстрированы на примере обевреживания отравляющего вещества иприта («горчичного газа»). Этот отход химических предприятий загрязняет почву и водоемы[99]. Проблему предполагают решать, разлагая иприт с помощью выделенных из почвы штаммов бактерий Pseudomonas sp. 8-2 и Micrococcus sp. 6-2. Другой пример biopolicy на биотехнологической базе – ликвидация радиоактивных отходов. Так, ионнообменные смолы, с помощью которых очищают радиоактивную воду в ядерных реакторах и которые сами приобретают радиоактивность, могут быть ликвидированы путем их микробного расщепления. Бактерия Thiobacillus ferooxidans эффективно расщепляет, например, ионнообменную смолу катионит КУ-2-8[100].
Остановимся на вкладе биотехнологии в ликвидацию накапливающихся в почвах и водоемах пестицидов. В последние десятилетия в распоряжении биотехнологов есть штаммы микроорганизмов, способные их обезвреживать. Еще в 80-е годы методами генетической инженерии создан штамм Pseudomonas ceparia, разрушающий пестицид 2,4,5-трихлорфеноксиацетат. Выше кратко отмечено, что биотехнология предлагает и разработки, позволяющие в ряде случаев обойтись без пестицидов и других продуктов химической индустрии или по крайней мере снизить их необходимое количество.
Во-первых, применение ядохимикатов становится излишним, если на полях растут устойчивые к насекомым, нематодам, другим патогенам растения – продукты генноинженерных разработок. Такие растения, например, хлопок, которому не страшны насекомые-вредители, занимают все большие посевные площади в мире. Широко используются в сельском хозяйстве, правда, и растения, устойчивые к самим пестицидам, в частности, такими свойствами обладают более 40% рапса, выращиваемого в Канаде. Понятно, что пестицид-устойчивые растения скорее ухудшают, чем улучшают экологическую обстановку, ибо подстегивают земледельцев безнаказанно (с точки зрения возделываемой ими культуры) увеличивать вносимые в почву количества ядохимикатов. Так мы сталкиваемся с биотехнологической разработкой, чье биополитическое значение может оказаться негативным. Распространение генноинженерных растений вызывает также ряд биополитических вопросов, адресованных генетической инженерии в целом (см. 7.3.).
Во-вторых, средства защиты растений, а также удобрения, могут быть получены не химическим синтезом, а биотехнологическим путем. Так, многие виды насекомых восприимчивы к заболеванию, вызываемому грибом Beauveria bussiana. Препарат боверин из высушенных конидий гриба способен вызывать болезнь в течение года после обработки почвы или растений. К биотехнологическим средствам защиты растений относят и естественные информационные вещества насекомых, например, антиовипозитанты, воспринимаемые насекомыми как категорический приказ: «Здесь откладывать яйца нельзя!». Нарастает перечень биотехнологических препаратов, которые могут использоваться для защиты растений от патогенных микроорганизмов. Помимо готовых биотехнологических препаратов, речь в последние годы идет также о методе смешанного культивирования нескольких видов растений. Один из видов выделяет вещества, подавляющие развитие вредителей, к которым был бы беззащитен другой вид культурных растений. Так, перец вырабатывает защитное вещество (фитоалексин), помогающее предохранить картофель и другие виды сельскохозяйственных культур от заражения грибом фитофтора (Остроумов, 1986).
На стыке чисто практических разработок (в рамках biopolicy) и философски-ценностных идей находится разработанная в биотехнологии концепция интегральных систем экологической защиты. В противоположность распространенному мнению, что насекомых, сорняки и др. следует «уничтожать без жалости», данная концепция планирует отказ от тактики тотального уничтожения вредителей пестицидами в пользу балансировки и ограничения их численности мягкими биотехнологическими методами (включая, в случае насекомых, упомянутые анитовипозитанты и иные молекулы-сигналы). Концепция интегральных систем экологической защиты предполагает осознание того, что и в масштабах локальной экосистемы, и в рамках планетарного биоса «вредные» с человеческой точки зрения организмы, тем не менее являются неотъемлемой частью био-разнообразия, представляют абсолютную ценность, как и предполагает философская биоцентрическая установка (см. раздел 2). Мы еще вернемся к философским граням биотехнологии.
К сожалению, биотехнология не всегда помогает решать проблемы biopolicy. В некоторых случаях она сама создает их. Выброшенные в атмосферу клетки микроорганизмов угрожают вспышкой бронхиальной астмы и других аллергических заболеваний. В 80-е годы ХХ века вызвало политический резонанс загрязнение атмосферы дрожжевой биомассой в виде аэрозоля на биотехнологическом предприятии в г. Кириши (СССР), пока на нем и на ряде других предприятий по производству кормового белка одноклеточных организмов не установили эффективные пылеуловители и, более того, не добились внедрения бессточной технологии (замкнутого цикла с рециркуляцией отходов, см. ниже об экосистемной биотехнологии)[101].
В современную эпоху человечеству грозит продовольственный и энергетический кризис, которые тесно связаны с ростом населения и усугубляют разделение мира на «богатых» («золотой миллиард») и «бедных». Глобальный дефицит продовольствия и энергоносителей являются проблемами с биополитическим звучанием, и биотехнология может приложить руку к их решению.
Потенциальная роль биотехнологии в борьбе с продовольственным кризисом – в разработке рецептов нетрадиционной (для современной культуры хотдогов и попкорна) и недорогой пищи. Достаточно указать на биотехнологию выращивания цианобактерии Spirulina, чья биомасса съедобна и предупреждает рахит у младенцев. Spirulina служила повседневной пищей для племен в районе озера Чад в Африке и для центральноамериканских индейцев, делавших из нее лепешки. Некоторые разработки основаны на применении биомассы экзотических грибов – вешенки, шиитаке (традиционная пища японцев), фузариума. Биотехнологи стран Запада опираются в своих разработках на традиции, тысячелетиями существовавшие на Востоке. Упомянем также биотехнологические разработки по производству миса и кодзи (японских продуктов питания, получаемых путем ферментации риса и сои), суфу (китайского сыра из сои) и вьетнамского рыбного соуса. «Накормить планету» пытаются также с использованием бактериальной биомассы. По мнению специалистов, бактериальная биомасса имеет свойства, которыми должна обладать новая человеческая пища: не имеет ни запаха, ни цвета, ни структуры, ни вкуса, так что вся надежда на вкусовые, ароматические и структурирующие добавки, которые могут быть созданы также средствами биотехнологии (Егоров и др., 1987).
Достаточно велики перспективы биотехнологии в плане разработки возобновляемых источников энергии – различных видов так называемого биотоплива. Соответствующая область биотехнологии получила название технологической биоэнергетики. Использование биотехнологических продуктов в роли возобновляемого топлива будет способствовать разработке безотходных циклических производственных процессов. Ниже указаны наиболее важные из процессов получения био-топлива:
Производство этанола (этилового, или винного спирта) из сырья, содержащего сахарозу, глюкозу, фруктозу, другие моно- или олигосахариды, крахмал или целлюлозу, с помощью дрожжей или бактерий.. В настоящее время этанол все в большей мере применяется в качестве экологически чистого моторного топлива. Бензин с добавкой 10-20% этанола называется газохолом.
Производство бутанола и ацетона с использованием бактерий-бродильщиков рода Clostridia.
Производство водорода. Данная технология была испытана пока только в масштабе лаборатории.
Производство метана, или биогаза, осуществляемое смешанной микробной культурой - так называемой метаногенной ассоциацией. Она устраняет отходы, угрожающие биосу, и производит ценное газообразное топливо, заменитель природного газа. Предложены различные технологические схемы реализации данного процесса - от простой ямы, наполняемой мусором или навозом, до сложных биореакторов, снабженных сенсорами и функционирующих на основе иммобилизованных клеток.
Производство длинноцепочечных углеводородов (бионефти) из биомассы морских одноклеточных водорослей. Эти водоросли могут быть выращены в биореакторе в виде чистой культуры. Их можно также культивировать в составе природных экосистем в озерах, прудах или лагунах.
Различные методы производства топлива из растительной биомассы, которые, как можно надеяться, постепенно вытеснят грубый метод сжигания древесины, все еще практикуемый в менее развитых странах. Ценное топливо с высокой удельной теплотой сгорания может производиться из растительных масел посредством их этерификации. Помимо этого, природные растительные масла могут использоваться без дальнейшей обработки в качестве моторного топлива. Например, растение Jatropha curcas, растущее на побережье Индийского океана, содержит значительное количество горючего масла в семенах. Это масло не дорого, легко извлекается из семян и его крупномасштабное применение в качестве карбюраторного масла помогло бы избавить население некоторых регионов от проблем, связанных с энергодефицитом.
Прямое производство электроэнергии с помощью живых клеток или их компонентов, в первую очередь, ферментов. Ожидается, что эти системы, называемые биотопливными ячейками, будут сравнимы по эффективности с полупроводниковыми устройствами.