Невидимые друзья и враги

Глава 16 ПРИРУЧЕНИЕ МИКРОБОВ

настоящее время известны сотни разных видов бактерий, но, по всей вероятности, их имеется еще гораздо больше. Среди них, наряду с болезнетворными бактериями, носителями инфекционных болезней, существуют совсем безвредные и полезные для человека бактерии, творящие свои добрые дела с давних времен и притом без всякого принуждения.

Только сравнительно недавно человек пришел к сознательному использованию бактерий. И прав был великий Пастер, когда предвидел, что человек научится использовать бактерий во многих областях: в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и санитарном деле.

Дрожжевые микробы были первыми, кого человек приручил. С тех пор человечество превратило в своих помощников множество других микроорганизмов.

Огромную работу проделывают микробы, живущие в почве и усваивающие азот из атмосферы. Естественно, что у агрономов родилась мысль вырастить эти бактерии и использовать их как искусственное удобрение. Были построены заводы бактериальных удобрений. Там крупный розовый клубенек бобового растения, тщательно отмытый от земли, раздавливают и его содержимое высевают на специально подобранную для клубеньковых бактерий питательную среду. Затем размножившиеся, испытанные на доброкачественность бактерии помещают в бутылку, наполненную простерилизованной почвой. В день посева содержимое бутылки тщательно размешивают в одном литре воды и, не дав жидкости отстояться, смачивают ею семена.

На тех же заводах готовят и другие препараты для удобрения почвы.

Ученые умеют теперь не просто выращивать микробы в искусственных условиях, но и воспитывать в них нужные свойства. Для этого выращивают микробы в постепенно меняющихся условиях: в среде, где они живут, постепенно повышается содержимое солей, ядов, антибиотиков. Иногда постепенно повышается или понижается температура. В результате получаются культуры, устойчивые к солям, ядам, температурам.

Если постепенно уменьшать в питательной среде содержание определенного вещества, можно заставить микроорганизмы делать это вещество самостоятельно. Так, например, бактерии легко «отучиваются» от готовых витаминов и начинают сами их вырабатывать. Такие новые свойства передаются по наследству и следующим поколениям бактерий.

Таким образом можно создавать самые различные по своим свойствам расы «одомашненных» микробов.

Применение микробов в сельском хозяйстве и в промышленности основано на деятельности их ферментов. Это особые белковые вещества, которые содержатся в клетках микроорганизмов и обладают способностью ускорять реакции. Благодаря ферментам сравнительно небольшая масса микробов способна разлагать и сбраживать огромное количество сырья.

Чтобы выращивать микробы, надо создавать специальные условия, а это не всегда легко. Поэтому возникла мысль употреблять в промышленности не культуры бактерий, а отдельные ферменты, выделенные из бактерий и из мицелия грибков. Оказалось, что это гораздо выгоднее.

Некоторые ферменты имеются и в клетках у животных, и у растений, и у микробов. И всюду обладают одинаковым действием. Но известны и другие ферменты, которые встречаются только в мире микроорганизмов и, как правило, не вырабатываются клетками животных и растений. Например, корова усваивает клетчатку, содержащуюся в ее корме, только потому, что в ее желудке и кишечнике живут микробы, которые выделяют необходимый для этого фермент. Сама корова этого фермента не выделяет и без невидимых помощников погибла бы от голода.

Микроорганизмы отличаются необычайным богатством и разнообразием ферментов. Например, обыкновенная черная плесень, появляющаяся иногда на хлебе, образует около тридцати различных и уже хорошо изученных ферментов. Бесспорно, что количество, разнообразие и активность ферментов у микробов исключительны. В этом отношении высшие растения и животные не могут сравниться с ними.

Особенностью микроорганизмов является то, что они необычайно быстро и тонко реагируют на изменения внешней среды и, приспосабливаясь к различным условиям, перестраивают свои ферменты.

Использование микробных ферментов очень выгодно в производстве. Во-первых, скорость размножения микроорганизмов настолько высока, что в течение сравнительно короткого срока можно накопить огромные объемы культур определенного вида микробов. Не преувеличивая, можно сказать, что в заводских условиях за год может быть собрано от 100 до 1000 урожаев бактерий или плесневых грибов.

Во-вторых, размножать микробы с нужными ферментами можно на отходах производства или на средах, приготовленных из дешевого сырья.

В наше время ферменты микробов применяются очень широко. Например, фермент, называемый протеазой (фермент грибков и бактерий), употребляют в кожевенной промышленности для удаления волос и щетины с кожевенного сырья. Он ослабляет связь между луковицей волоса и кожей, и после его действия шерсть легко снимается машиной. Этот же фермент употребляется для мягчения кожи. Он заменил собой ранее употреблявшийся и дорого стоящий сок поджелудочной железы, который брали у животных.

Есть ферменты, разлагающие белковые соединения. Их применяют в текстильной промышленности для удаления с поверхности шелковых тканей казеина или желатина и в кинопромышленности для удаления с пленки желатиновой эмульсии.

Еще более широкое применение имеют ферменты амилазы. Они быстро разлагают крахмал, и их широко применяют для удаления крахмала с хлопчатобумажных тканей и тканей из искусственного шелка.

Ферменты гриба аспергилла повышают вкусовые и питательные качества хлеба. Отходы нефтеочистительных заводов, например, содержат феноловые соединения, которые придают воде запах и вкус карболовой кислоты и убивают рыбу. Поэтому нефтяные предприятия сейчас начали обрабатывать свои отходы бактериями, пожирающими фенол, и воды стекают в озера или реки совершенно очищенными.

По-видимому, с помощью бактерий можно будет разрешить и более трудную проблему: очищать воду от ядовитых цианистых отходов, которые получаются после ряда процессов металлообработки и уничтожают не только рыбу, но и полезных бактерий в канализационной системе.

Недавно в США (штат Пенсильвания) ученые стали терпеливо подкармливать культуру бактерий, «работающих» по очистке канализационных труб, небольшими количествами цианистого калия. Постепенно увеличивая дозировку, они сумели приучить бактерии к необычной диете. Такие «натренированные» бактерии могут полностью ликвидировать проблему очистки цианистых отходов.

Другие исследования показали, что применение бактерий возможно и в борьбе с неприятными запахами, исходящими из дымовых труб заводов и электростанций. Дело в том, что при сгорании угля содержащаяся в нем сера образует двуокись, которая обладает неприятным резким запахом и загрязняет воздух. Найдены бактерии, которые могут «пожирать» серу в угле. Несложная обработка этими бактериями угля перед сгоранием позволит избавиться от большей части серы в каких-нибудь три дня.

Во многих отраслях промышленности бактерии по праву считаются ценными тружениками. Наряду с такими микроорганизмами, как грибы, дрожжи и плесени, они играют также важную роль в химии ферментов и помогают получить ценные продукты, необходимые в изготовлении красок, пластмасс, косметических средств, составов для снятия накипи и ржавчины в радиаторах и даже для приготовления конфет.

В настоящее время с помощью бактериальных ферментов производятся антибиотики, гормоны и витамины. Ученые предполагают, что бактериям, как и другим микроорганизмам, вырабатывающим ферменты, уготована в будущем решающая роль в производстве новых лечебных средств, которые по качеству превзойдут своих предшественников, полученных лабораторным путем.

Некоторые ученые занимаются проблемой производства целлюлозы (и, следовательно, бумаги) с помощью микроорганизмов. Другие — проблемой использования бактерий для переработки нефти и получения из нее различных веществ. Уже есть возможность с помощью определенных видов бактерий получать из природного газа органические кислоты и спирт.

Для нефтеобрабатывающей промышленности бактерии представляют особый интерес. Там, где обычный способ добычи нефти неосуществим, на помощь, возможно, смогут прийти бактерии. В Америке уже запатентован способ введения микроорганизмов в известняки в районах, где есть нефть. При этом выделяемые бактериями кислоты будут разъедать известняки, открывая и расширяя таким образом каналы, по которым потечет нефть. Более того, не исключена возможность, что образуемый микроорганизмами углекислый газ поднимет давление в каналах, а это, в свою очередь, усилит поток нефти.

Ученые пытаются также вывести новый вид бактерий, с помощью которых станет возможной добыча нефти из сланцевых залежей. Некоторые бактерии, по крайней мере в лабораторных условиях, разъедают сланец и не трогают нефти.

В 1963 году в печати промелькнуло сообщение о новом источнике энергии — «биологических батареях», в которых электрический ток вырабатывается микроорганизмами. Такие «электростанции» были сделаны одновременно несколькими учеными, работавшими независимо друг от друга. Соответствующие бактерии помещались в сосуд с морской водой, с сахаром, картофелем или просто сточной водой, где они вызывают химическую реакцию, в результате которой возникает электрический ток.

Преимущества таких электроэлементов очевидны: батареи легки и долговременны, потому что туда надо лишь подбавлять пищу бактериям, а они уж не подведут, будут без конца размножаться и вырабатывать электрический ток.

То, что некоторые виды бактерий выделяют электрический ток, впервые заметил вашингтонский ученый Фредерик Сислер. Он поместил бактерии в три пробирки с морской водой и питательной средой. Затем вставил туда электроды, после чего началось незначительное, но все же измеримое выделение электрической энергии. Получив всего лишь один грамм сахара, бактерии целых два месяца, а то и больше, выделяют электрический ток напряжением в два вольта. Этой энергии достаточно для миниатюрного радиоприемника и лампочки.

Доктор Роберт Сарбахтер пошел еще дальше: он покрыл слоем бактерий и самые электроды, повысив таким образом интенсивность тока в несколько раз. В процессе выделения энергии микробы питаются находящимися в воде отходами. Не исключена возможность, что бумажная фабрика сможет получать часть нужной ей энергии, используя собственные отходы, а это, в свою очередь, будет способствовать разрешению проблемы очистки вод при производстве бумаги.

В настоящее время усилия ученых направлены на создание более мощных батарей на микробах. Быть может, недалек тот день, когда огромные электроды установят в богатых «электробактериями» водах Черного моря и используют энергию для электрификации приморских районов.

«Биологическая батарея» — лишь один пример неограниченных возможностей использования бактерий, которые, хотя большей частью и слывут врагами человечества, однако при умелом подходе могут превратиться в надежных друзей.