1. Биотехнологии и оружие
И биотехнологии в этом отношении не являются исключением. В 1915 году в Англии была запущена первая установка по производству ацетона с помощью микробиологического брожения. Производство ацетона было необходимо для того, чтобы получать кордит. Кордит — это бездымный порох, который являлся основой всех артиллерийских снарядов и стоял на вооружении британской армии. В то время Британия воевала с Германией и находилась на осадном положении. Кордит — это изобретение английских ученых Абеля и Дьюара. Данный состав включает в себя нитроцеллюлозу и нитроглицерин, а для желатинизации использовался ацетон. Кордит по составу несколько отличался от баллистита, который изобрел известный взрывотехник, сэр Альфред Нобель, и был гораздо более безопасен в изготовлении. Нобель пытался оспорить патент Абеля и Дьюара и несколько лет судился с ними в палате лордов, но в конце концов палата лордов отказала Нобелю в праве на этот патент, и кордит был взят на вооружение британской армии.
2. Механизм получения ацетона
Ацетон получали из ацетата калия, который в то время импортировали из Германии. Во время войны все эти поставки прекратились, поэтому нужно было искать другой источник. Как оказалось, в это время в Манчестере над созданием искусственного каучука работал выходец из Белоруссии, из Пинска, Хаим Вейцман. Он использовал Clostridium acetobutylicum — микроорганизм для производства ацетона. Этот микроорганизм способен из крахмала продуцировать органические растворители: ацетон, бутанол и этанол. Это очень сложный и прихотливый процесс, потому что Clostridium acetobutylicum — анаэробный организм и его нужно культивировать в специальных условиях, но Вейцман научился это делать, о чем узнал Уинстон Черчилль. Он был тогда первым лордом Адмиралтейства и отвечал за боеприпасы британской армии. Черчилль пригласил Вейцмана и настоятельно попросил его освоить эту технологию в промышленных масштабах. И в 1915 году был запущен первый завод, пилотная установка по производству ацетона, а в 1916 году по всей Англии работало уже шесть таких фабрик. Говорят, что после войны Вейцман использовал свое влияние в британском правительстве для организации британского протектората над Палестиной, что способствовало созданию еврейского государства.
3. Производство антибиотиков
После окончания Первой мировой войны эти фабрики не простаивали. Ацетон и бутанол стали использоваться для получения различных растворителей и пластификаторов (для производства различных пластмасс). Но в Первую мировую войну огромное количество людей погибало не только от ранений, вызываемых этим смертоносным оружием, но и от различных инфекций. Тогда еще не были изобретены антибиотики, и огромное количество раненых погибало просто от сепсиса и гангрены. Антибиотики были изобретены в 1948 году. В 1928 году Флеминг открыл пенициллин, и во время Второй мировой войны было налажено его промышленное производство. Основная заслуга ученых в том, что они путем кропотливых усилий вывели штаммы-продуценты антибиотиков пенициллина и цефалоспорина, которые в тысячу раз эффективнее своих диких предков. Это позволило создать производство антибиотиков с пенициллиновой основой, сделать их достаточно дешевыми и общедоступными. Сейчас это огромный многомиллиардный бизнес, рынок антибиотиков составляет десятки тысяч тонн во всем мире, и объем производства занимает около десятка миллиардов долларов в год. И на нем по-прежнему доминируют бета-лактамные антибиотики, к которым относились пенициллин и цефалоспорин.
4. Метиониновая загадка
Ресурсы для дальнейшего повышения эффективности штаммов практически исчерпаны, и теперь для того, чтобы поднять продуктивность различных штаммов-продуцентов антибиотиков, используются методы генетической инженерии. Наша группа тоже пытается этим заниматься, и мы хотим разгадать так называемую «метиониновую загадку». Это до сих пор необъяснимый феномен, который заключается в стимулирующем влиянии метионина на синтез антибиотика у грибов Penicillium chrysogenum и Acremonium chrysogenum. Много лет назад люди считали, что метионин является предшественником самих антибиотиков, потому что нужен для получения цистеина, а цистеин — это аминокислота, из которой получаются пенициллин и цефалоспорин. Этот метионин в огромных количествах сливали в среды ферментации, при этом там образовывались очень неприятно пахнущие летучие соединения. В результате вокруг этих заводов и производств стояло густое облако дурнопахнущих газов. В итоге завод крупной итальянской компании около Турина пришлось закрыть по экологическим соображениям.
5. Регуляция структуры хроматина
После этого оказалось, что метионин тут вовсе ни при чем, а дело в каких-то других механизмах, и теперь становится понятным, что, скорее всего, метионин является только посредником в этих процессах и что все это было следствием довольно интересной эпигенетической регуляции, связанной со структурой хроматина. Оказывается, есть такой универсальный белок, который избирательно регулирует структуры хроматина в локусах биосинтеза вторичных метаболитов, к которым относятся в том числе и антибиотики. Различные ученые интенсивно исследуют эти гены, для того чтобы расширить метаболические способности грибов и заставить «заговорить» молчащие кластеры генов биосинтеза вторичных метаболитов, которые зашифрованы в геномах очень многих грибов. Это создает очень интересные перспективы для развития биотехнологий в плане получения новых биологически активных веществ, обладающих антибиотической активностью и другими биологически активными свойствами.
