Биологическая наука /9.Биофизика

Нобатова О. А., Дарьина Е.С., Лушкина К.А., Парада В.С.,

Зерний А.Н.,  Россихин В.В.

Национальный технический университет «ХПИ», г. Харьков

ЭМИ КВЧ-ДИАПАЗОНА В БИОТЕХНОЛОГИИ

Область практического применения ЭМИ ММ - волн является достаточно новой, хотя и имеет богатую предысторию. Как известно, под биотехнологией обычно понимают "производство с помощью живых существ, или технологию живого". В настоящее время биотехнология относится к одному из трех наиболее перспективных научных направлений, которые определят развитие мировой экономики в 21 веке (к их числу относятся еще нанотехнология и электроника).  

Истоки биотехнологии лежат в глубокой древности, когда человек стал возделывать растения, приручать животных и, позднее, научился варить пиво из ячменя. Именно пиво представляет большой интерес с точки зрения зарождения биотехнологии, так как пиво можно приготовить, если только используется биотехнологический процесс, с применением микроорганизмов, переводящих сахар в спирт.   Человек издревле научился для выпечки хлеба готовить дрожжевое тесто, этот процесс происходит с участием микроорганизмов - дрожжей. Столь же давно человек столкнулся  с проблемой скисания вина, пока не стало понятным, что виновником этого досадного биотехнологического процесса являются винные микроорганизмы (винные дрожжи, перерабатывающие спирт в уксусную кислоту), с которым легко можно справиться с помощью хорошо известного процесса - пастеризации.

Как видно из приведенных выше примеров, в основе биотехнологичесих процессов лежит использование биохимической активности микроорганизмов. Из живых существ микроорганизмы являются основным объектом биотехнологии.

Большая и разнообразная коллекция микроорганизмов представляет собой своеобразный банк генов, банк природного генофонда, и от умения его использования зависит будущее.  Большие перспективы открываются при применении  электромагнитных полей и волн в различных биотехнологических процессах. Уже в первых работах в этом направлении было показано, что под действием ММ - волн изменяется характер жизнедеятельности микроорганизмов: они влияют на клеточное деление, синтез ферментов, изменение скорости роста и выхода биомассы, могут привести к морфологическим изменениям и изменению биологических свойств микроорганизмов. Таким образом, под действием ММ - волн могут изменяться параметры жизнедеятельности микроорганизмов, регуляция физиологической активности, происходит мобилизация резервных возможностей. На пример, воздействуя на суспензию в воде спорового гриба аспергилла, можно повысить его фибринолитическую активность в 2.5 - 3 раза; воздействуя на дрожжеподобный гриб эндомикопсис, используемый в качестве продуцента амилолитических ферментов, можно добиться увеличения амилолитической активности культуры на 50 %. Воздействие на патогенные микроорганизмы приводит к изменению чувствительности к антибиотикам штампов стафилококка различного происхождения, а также к изменению иммунобиологической активности полученных из них антигенных субстанций.

Первая солидная попытка использования ММ - волн в биотехнологических процессах была предпринята в пивоваренной промышленности с применением пивных дрожжей. Работа выполнялась как лабораторных, так и производственных условиях на Московском экспериментальном пивоваренном заводе, ВНИИ безалкогольной промышленности и продуктов брожения совместно с биофаком МГУ им. М.В. Ломоносова и НПО "Исток" (в настоящее время - ФГУП  "НПО "Исток", г. Фрязино) в конец семидесятых - начале восьмидесятых годов прошлого века. Целью проведенных исследований было изучение возможности использования низко интенсивных ММ - волн для воздействия на клетки дрожжей с целю интенсификации процесса пивоварения и улучшения качества получаемого продукта. В качестве объекта исследования использовались промышленно ценные пивоваренные дрожжи Saccharom carlsb., штамм S - Львовская.

Результаты экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, свидетельствуют о том, что облучение инокулята ММ - волнами приводит к интенсификации производственного процесса, улучшению вкусовых качеств и питательности пива при облучении на длине волн - 6,036 мм при частотной модуляции на промышленной частоте: при этом сокращается длительность брожения, увеличивается флокуляционная способность, снижается количество диацетила и альдегидов, увеличивается содержание гликогенов, то есть повышаются питательные свойства пива. Экспериментально было обнаружено еще два важных свойства ММ - волн: ослабление действия факторов, отрицательно влияющих на функции клеток, а также восстановление репрессированных различными способами биосинтетической активности дрожжевых культур.   В настоящее время микроводоросли (фото-синтезирующие организмы) являются одним из важных объектов биотехнологии (фотобиотехнологии) и можно предположить, что они станут одним из основных объектов промышленного фотосинтеза (эта идея была высказана в свое время К.А. Тимирязевым). Фотосинтезирующие организмы в своей жизнедеятельности обходятся очень дешевыми естественными источниками энергии, поэтому они имеют большие преимущества перед традиционными в современной биотехнологии объектами - гетеротрофными микроорганизмами, использующими для своего питания готовые органические вещества (некоторые бактерии, грибы и др.).

Многочисленные эксперименты, проведенные на биофаке МГУ совместно с ИРЭ РАН на протяжении последних 15 лет, показали, что низкоинтенсивные ММ - волны по отношению к микроводорослям обладают большими стимулирующими свойствами: в частности, обнаружен эффект существенной интенсификации фотосинтетических процессов, сохраняющийся при последующих пассажах. Например, в экспериментах со спирулиной (Spirulina platensis) при оптимальном подборе биотропных параметров ММ - излучения увеличение выхода биомассы по сравнению с контролем достигало порядка 250 %. Тогда как при обычных (химических) методах стимуляции приращение биомассы составляет 25-30 %. Для зеленой микроводоросли platymonas viridis  наибольший прирост биомассы при оптимальных условиях облучения составлял примерно 170 %. Как и в случаях спирулины, прирост биомассы сопровождался увеличением реакционной способности культуральной среды.

В работе (Петрова И.Ю. и др.) приводятся результаты экспериментов с семенами разных  с/х культур. Эти эксперименты проводились на базе ВСХА  им. Тимирязева К.А. совместно с ХИРЭ  (1989) . Обнаружен стимулирующий эффект при воздействии ММ - волн на семена салата (по сравнению с контролем всхожесть увеличилась на 38 %, биомасса - на 36-41 %), томатов(всхожесть - на 38 %), укропа (всхожесть - на 35 %, биомасса - на 43 %).

Краткий обзор работ по традиционным методам биотехнологии дает основание сделать оптимистический вывод о том, что для электромагнитной биотехнологии имеется обширное поле деятельности. Накопленный к настоящему моменту богатый экспериментальный материал по использованию ММ - волн в различных биотехнологических процессах с применением микроорганизмов может и должен быть востребован.