В будущем, благодаря расширению сферы своего применения, биотехнология сделает весомый вклад в повышение уровня жизни.
В целях крупномасштабного производства были клонированы гены многих белков человека, необходимых для диагностики или для лечения. К числу активно разрабатываемых, но не вышедших еще из "детского возраста" сфер применения биотехнологии, которые окажут, наверное, наибольшее влияние на развитие медицины и промышленности, относятся биоэлектроника и биоэлектрохимия, в которых используется взаимодействие биологических, электрических и электронных систем. Создан целый ряд чувствительных датчиков, например, контролирующих содержание глюкозы (для применения в медицине) или же нервных газов (в военных целях). Что касается возможного вклада биотехнологии в решение проблем энергообеспечения, то здесь, в отличие от других областей ее применения, предсказать что-либо гораздо сложнее. В последние годы немало говорилось об "энергетическом кризисе": запасы ископаемого топлива ограничены, а население растет, и потребление энергии все увеличивается. В этом контексте обсуждаются и перспективы использования ядерной энергии. Наиболее важным является здесь то обстоятельство, что около 99,4 %, или 1,7·1023 калорий в год, доступной нам неядерной энергии мы получаем от Солнца, и часть ее аккумулируется в биомассе, хотя и с малой эффективностью, порядка 1–2 %.
Биомасса (от греч. биос – жизнь + лат. масса – ком, кусок) – выраженное в единицах массы (веса) или энергии количество живого вещества тех или иных организмов (популяций, видов, группы видов, отдельных живых экологических компонентов, сообществ в целом), приходящееся на единицу площади или объема. В единицах массы биомасса относится к сырому или сухому состоянию живого вещества. Определяют биомассу консументов, продуцентов и редуцентов. Биомасса растений называется фитомассой, животных – зоомассой. Прирост биомассы за определенный период времени называется продукцией.
По этой причине биомасса представляет собой постоянно возобновляемый источник химической энергии. Ее можно сжигать или довольно простыми способами превращать при помощи микроорганизмов в жидкое или газообразное топливо (метан, этиловый спирт или водород). Однако биомасса используется и для других целей: она служит пищей для людей и дает ряд ценных видов сырья. Со временем биомасса, видимо, будет все более распространенным исходным продуктом при производстве сырья для химической промышленности на основе биотехнологических процессов. В самом ближайшем будущем биотехнология станет играть все возрастающую роль и при добыче нефти. Поскольку цены на нефть растут, добыча ее из сложных в эксплуатации залежей становится все более экономически выгодной. Здесь могут оказаться полезными микроорганизмы.
Во-первых, некоторые образуемые ими полимеры, особенно производные ксантана, можно использовать в качестве компонентов закачиваемых в пласт растворов, обладающих нужными реологическими характеристиками, для добычи остаточной нефти.
Во-вторых, в нефтяной промышленности используются поверхностно-активные вещества микробного происхождения. С экономической точки зрения производство таких веществ будет особенно выгодным, если их удастся получать путем микробиологической переработки отходов, содержащих нефть. Как правило, экономические характеристики биотехнологических процессов улучшаются, если удается совместить переработку отходов с производством полезного продукта.
Традиционные способы использования микроорганизмов при производстве различных сортов пива, вина и сброженных продуктов совершенствовались тысячелетиями, и все же до недавнего времени в них было больше искусства, чем технологии. Только с развитием микробиологии мы получили возможность контролировать качество продуктов, добились большей надежности и воспроизводимости процессов ферментации и научились получать новые типы продукции (например, вкусовые добавки). Наиболее яркий пример – производство лимонной кислоты. Сегодня ее получают, главным образом, микробиологическим методом, а не из цитрусовых. Намечается также рост использования микробных белков в питании человека. Новые возможности открываются и в развитии нетрадиционных способов выработки пищевых продуктов. Так, в Японии говядина стоит дорого и производится в недостаточном количестве. Эта страна представляет собой потенциально очень емкий рынок для сбыта хороших заменителей говядины, изготовленных на основе других белковых продуктов.
По мере того как увеличивается население Земли и развивается промышленность, все более серьезной становится проблема охраны окружающей среды. В решении такого рода задач биотехнология будет играть все возрастающую роль, в частности, в том, что касается разработки новых или усовершенствования существующих способов переработки отходов. Новейшие процессы переработки необычных отходов будут основаны на использовании микроорганизмов, обладающих новыми, неизвестными ранее или искусственно созданными катаболическими способностями.
Понятно, что проблемы защиты окружающей среды неразрывно связаны с сельским хозяйством. Точки соприкосновения биотехнологии и сельского хозяйства весьма многообразны. Продукция сельского хозяйства может использоваться в промышленности, например, для производства этилового спирта из излишков низкокачественного вина. Такой подход получил дальнейшее развитие: для выработки спирта сельскохозяйственные культуры начали выращивать специально. Большая часть продукции современного сельского хозяйства служит сырьем для развитой пищевой промышленности. В качестве сырья могут использоваться и отходы сельского хозяйства: в частности, большое внимание уделяется возможности получения топливного газа из навоза с сохранением его ценности как удобрения. Для усовершенствования процессов в этой отрасли необходимо иметь более четкое представление о скорости разложения различных субстратов и роли микроорганизмов, в них участвующих. В ветеринарии биотехнология используется для получения вакцин и сывороток. Для увеличения выхода мяса могут использоваться гормоны роста. Современная биотехнология дает нам и корм для скота, например белково-витаминный концентрат. По общему мнению, наибольший вклад биотехнологии в сельское хозяйство следует ожидать за счет улучшения свойств самих растений путем использования методов рекомбинантных ДНК и протопластов растений. Применительно к бобовым и злакам метод регенерации целых растений из отдельных клеток не дал пока сколько-нибудь значительных результатов. Таким образом, биотехнология (в широком смысле этого термина) уже сегодня имеет большое экономическое и социальное значение.