По мнению известного советского биолога, академика И. Имшенецкого, самый оригинальный и наиболее перспективный микробиологический метод получения белка - культивирование водородных бактерий. Эти микроорганизмы окисляют водород и образующуюся при реакции окисления энергию используют на усвоение углекислоты атмосферы. Источником азота может быть дешевая мочевина или сульфат аммония. Бактерии могут выращиваться и там, где водород образуется как отход химического производства. Правда, в этом случае он часто содержит примесь ядовитой окиси углерода. Но в Институте микробиологии АН СССР выделена культура бактерий, способных окислять окись углерода до углекислоты. Если выращивать их вместе с водородными, то последние получат дополнительное количество потребной им для жизнедеятельности углекислоты.
Таким образом, для получения кормового белка в необходимых количествах современная микробиологическая наука располагает рядом уже апробированных методов. Теперь дело за микробиологической промышленностью. Рациональное кормление животных, основанное на использовании продуктов микробиологического синтеза, открывает широкие перспективы к быстрому повышению продуктивности и рентабельности животноводства.
Следует, однако, не забывать, что значительное количество съеденных питательных веществ только разлагается в организме животного и выбрасывается, а не усваивается им, превращаясь в мясо, яйца, молоко. Выход животноводческой продукции по отношению к затраченным кормам не превышает 20-30% у молодых, быстро растущих животных и всего 5-10% у взрослых. Возникает вопрос! так ли уж необходимо посредничество животных? Нельзя ли затрачиваемые на них питательные вещества сразу передавать человеку? Разумеется, речь идет не о том, чтобы кормить людей тем же самым, чем кормят скот. Вопрос стоит о более разумном использовании белков, углеводов, витаминов и других ценных питательных веществ, содержащихся в кормовом сырье. При этом они, конечно, должны поступать в организм человека в надлежащей, хорошо усвояемой форме, отвечающей его привычным вкусам и потребностям. Иными словами, вопрос стоит о соответствующей переработке кормового сырья в полноценные, привычные для человека пищевые продукты, об организации промышленного производства синтетической пищи.
Как же дрожжевой белок, предназначенный для животноводства, может быть использован непосредственно для приготовления пищи человека, не только полноценной, но и вполне вкусной? Для этого, как указывает академик А. Н. Несмеянов, пока разведаны два пути. Первый - ферментативный гидролиз дрожжей, который дает необходимую сумму аминокислот, содержащихся в дрожжевом белке. Этот гидролизат легко очищается на ионообменнике от всего постороннего, чист и может служить основой для кулинарии. Другой путь использования белка дрожжей - механическое или химическое разрушение оболочки клетки и отделение всего белка. Получается белый безвкусный порошок, который можно хранить неограниченное время.
Эти два вида белкового продукта можно перерабатывать в привычные, вкусные, ароматные блюда. Для этого нужно к белковому препарату добавить соответствующие вкусовые и ароматические вещества и, придав ему надлежащую консистенцию и форму, получить соответствующий пищевой продукт, весьма схожий с натуральным и по внешнему виду, и по химическому составу. В мире уже есть патенты на препараты, имитирующие специфический запах вареного мяса или рыбы, создающие цвет и вкус тех или иных продуктов. Такого рода вещества вызывают аппетит, воздействуя на секреторную деятельность желудочных желез, а кроме того, повышают пищевую ценность продуктов.
Прежде чем организовать массовое производство концентрированных белковых продуктов с синтетическими добавками, ученым предстоит провести еще немало исследований, экспериментов, решить ряд сложных технологических задач. Но успешное начало изготовлению искусственной синтетической пищи уже положено. Так, например, за несколько лет напряженного труда академику А. Н. Несмеянову, его сотрудникам и другим ученым, привлеченным к решению этой проблемы, удалось заложить теоретические и практические основы получения богатых белком искусственных продуктов, по вкусу и виду подобных мясу, черной икре и т. д. Полученные белки оказались вполне пригодными для создания гранулированных пищевых продуктов типа зернистой икры. Последняя была получена синтетическим путем в 1964 году. В США с помощью микробов изготовляют искусственную "курятину" из соевого белка. В последние годы жителей Центральной Америки, особенно детей, приучают к потреблению "инкапарины" - продукта, обогащенного белками из смеси кукурузы, семян хлопчатника, сухих дрожжей, синтетических витаминов и других добавок. К этому продукту приходится именно приучать: что поделаешь, долголетние привычки делают людей консервативными в выборе пищи. Дети же едят "инкапарину" (она приготовлена в виде вкусной каши) с большим удовольствием...
Организация производств, основанных на микробиологическом синтезе, необычайно расширяет сырьевые ресурсы для получения пищевых продуктов. Производство белка сразу же увеличивается в пять раз. Весьма ценным преимуществом микробного синтеза является то, что он осуществляется в заводских условиях. Такие стихийные бедствия, как нехватка кормов в неурожайные годы, распространение заразных заболеваний и пр., которые всегда могут обрушиться на животноводство, не страшны для микробиологического синтеза. Он протекает в специальной аппаратуре и поддается точному автоматическому управлению. Специальные электронные устройства следят за микробиологическим синтезом и в случае каких-либо отклонений от нормы подают сигналы исполнительным механизмам.
Наука и техника достигли сейчас такого уровня, что уже не за горами то время, когда реальностью станет великое пророчество Д. И. Менделеева: "Как химик, я убежден в возможности получения питательных веществ из сочетания элементов воздуха, воды и земли, помимо обычной культуры, то есть на особых фабриках и заводах..."*
* (Цит. по: А. Н. Несмеянов. Искусственная и синтетическая пища. "Наука и жизнь", 1970, № 6, стр. 32.)
Многие обитатели страны невидимок могут оказать и оказывают большую помощь в повышении урожайности наших полей. Известно, что растениеводство нуждается в огромном количестве азотных удобрений. Наша химическая промышленность из года в год увеличивает их производство. И все же их не хватает. Помочь могут бактерии, способные усваивать азот атмосферы, накапливать его в своем теле и обогащать тем самым почву. Большое значение для обогащения почвы азотом имеют клубеньковые бактерии, которые усваивают азот атмосферы. Из них готовят препарат нитрогин. Им обрабатывают семена бобовых растений перед посевом, что резко повышает урожай этих культур, а также устойчивость растений к различным заболеваниям и неблагоприятным погодным условиям.
В последние годы нашим ученым удалось найти в почве большое число ранее неизвестных, свободно живущих азотфиксирующих бактерий и грибов. Теперь дело за микробиологической промышленностью.
И еще в одном чрезвычайно важном деле могут помочь бактерии сельскому хозяйству. Речь идет о создании новых водоемов. Пруды и озера становятся неотъемлемой частью современного сельского пейзажа. Но не везде можно создавать водоемы. В некоторых местах подстилающий грунт не удерживает воду, она уходит и заболачивает местность. И вот работники Грузинского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации решили создать плотный грунт искусственным путем, воспользовавшись помощью анаэробных бактерий - микробов, способных жить и размножаться без свободного кислорода. Эти бактерии в процессе своей жизнедеятельности способствуют образованию водонепроницаемого слоя на дне болот. Воспроизведение процесса оказалось весьма эффективным и доступным способом удержания воды в прудах и водоемах. Для этого нужно на месте будущего водоема бульдозером снять слой земли, положить на дно солому, сено, стебли кукурузы или другие отходы растениеводства, богатые клетчаткой, и засыпать их землей. Ложе будущего водоема готово. Влага, проникая через земляной покров в слой клетчатки, способствует интенсивному размножению в нем анаэробных бактерий. Они изменяют структуру почвы, образуя грунт, практически не пропускающий воду...
Микроорганизмы совершают громадную работу по созданию одних горных пород и минералов и разрушению других. Первостепенную роль играют микробы в круговороте железа на Земле. Легкорастворимая закись железа выносится с водой на поверхность. Здесь под действием железобактерий она окисляется, превращается в нерастворимую гидроокись и выпадает в осадок. В результате железо перекочевывает из глубин Земли на поверхность и откладывается в виде железной руды. На это еще в 1888 году указывал известный русский микробиолог С. Н. Виноградский.
Все важнейшие мировые месторождения железа, по мнению ряда ученых, имеют бактериальную основу. Член-корреспондент АН СССР А. Г. Вологдин отмечает, что ему приходилось наблюдать под микроскопом остатки древних железобактерий во многих рудах - из Кривого Рога, с Кольского полуострова, из Казахстана, из Сибири, с Дальнего Востока. И на дне Мирового океана океанологи обнаруживают колоссальное количество скоплений железомарганцевых конкреций микробиологического происхождения.
Микробам принадлежит также важная роль в образовании нефтяных залежей, месторождений газа.
А коль эти бесконечно малые организмы ведут такую титаническую геологическую деятельность в масштабах нашей планеты, коль они так могущественны и всесильны, то их, естественно, нужно заставить работать на человека не только в микробиологической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности, в сельском хозяйстве, но и в горнорудной и металлургической промышленности. Здесь для них необъятное поле деятельности.
Хорошо известно, например, что Советский Союз по запасам серы занимает одно из ведущих мест в мире. Однако рост производства, новые отрасли химической промышленности требуют все больше и больше сырья. Крупнейшие же месторождения серы постепенно иссякают, а новые обнаружить все труднее. Выход нашелся совершенно неожиданно. Ученым было известно, что арабы, живущие у озера Айнез-Зауя в Северной Африке, в течение многих лет добывали на его берегах серу. Но и сейчас в водах этого озера совершается таинство сероосаждения; 20-сантиметровый слой серы устилает все дно. Аналогичная картина наблюдается и на озере Серном Куйбышевской области, в котором еще при Петре I добывали серу для производства пороха. Чтобы проникнуть в тайну этого процесса, ученые построили миниатюрную модель африканского озера и поставили ряд опытов: в обычную колбу с водой поместили гипс и сульфат натрия, затем в этот же сосуд поселили сульфатредуцирующие и так называемые пурпурные бактерии. Первые создавали из исходных веществ сероводород, а вторые переводили его в серу. На стенках и дне колбы выпадал осадок серы!