Размышления о биотехнологии

ВСТУПЛЕНИЕ.

Человеческая мысль не стоит на месте, она постоянно находится под давлением научно-технического прогресса. Наверное, с момента изобретения колеса, цивилизация ступила на путь техногенного развития и развитие это идет по экспоненте.
По оценкам археологов человечество (как Homo sapiens) существует уже порядка 200 тысяч лет, а момент начало техногенного развития, которое можно связать с изобретением колеса, которое произошло примерно 5 тыс. лет до н.э. По другим оценкам начало научно-технического прогресса можно связать с изготовлением орудий труда и охоты из камня (каменный век), бронзы (бронзовый век), железа (железный век). Возможно, что первое колесо было изготовлено из камня или из даже из дерева, будем ждать археологических находок. В качестве временной оценки можно привести следующее: «целом этот период начался около 3 млн. лет назад, начиная с первого гоминида, живущего в Африке, который догадался использовать каменный инструмент для решения бытовых задач». (Википедия).
Медленные темпы развития и низкий уровень научно-технического прогресса вынуждал пользоваться естественными биологическими продуктами для питания, одежды, защиты от условий внешней среды. Охота, рыбная ловля, собирательство, выделка шкур и костей в определенной степени тоже представляют собой технологические процессы, т.е там находятся истоки биотехнологии.

БИОЛОГИЯ.

В определенной степени разделение познания объективной реальности на различные области (физика, математика, химия, биология, астрономия и пр.) может быть оправдано, хотя древние «познаватели», двигатели прогресса (Архимед, Пифагор, Платон, и пр.) и более поздние (Леонардо да Винчи, Ньютон, Ломоносов и др.), все они были разносторонними исследователями, науку воспринимали как естествознание.
Однако, вернемся к биологии, как к области познания «живой» материи. На уровне интуиции вполне понятно, что именно является объектом изучения биологической науки, и объекты эти пока только на Земле, хотя раздел биологии – астробиология уже существует. Для популяции людей знания в области биологии дают дополнительные конкурентные возможности выживания на планете, как бы то не было, но жизнь всех биологических организмов протекает по уже существующим законам природы. Также на «интуитивном уровне» каждый может определиться с понятием что есть «живое», т.е. биологическое, и минимальным объемом можно считать клетку. (Пока вынесем за скобки органические наночастицы, которые находятся на грани «живое – не живое» - вирусы, макромолекулы, белки и пр.).  Одноклеточные организмы имеют сложную внутриклеточную молекулярную структуру, способность хранить и передавать информацию (ДНК), осуществлять синтез органических веществе из неорганических и все это отделено от внешней среды бислойной липидной мембраной (толщина порядка 10 нм), своего рода «самодостаточная» функционирующая система.  Одноклеточный биологический организм способен существовать в рамках определенных значений окружающей среды, размножаться, производить органические вещества из других органических и неорганических веществ. Планетарная биологическая структура реализации материи вполне возможна, уберите человека вы ее получите. Основной принцип определяется законом сохранения энергии (и материи),  для биологии это «Пищевая (трофическая) цепь — ряд взаимоотношений между группами организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов), при которых происходит перенос вещества и энергии путём поедания одних особей другими». (Википедия). Проявление в биологии «Сознания» не совсем вписывается в логику реальности. Согласно результатом археологии, первые органические молекулы, «зародыши» биологической жизни, появились на планете более 3,8 млрд лет назад (Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни). Усложнение органических молекул в процессе биохимической эволюции привело возникновению одноклеточных микроорганизмов. «В древних ископаемых остатках, найденных в Австралии, возраст которых исчисляется 3,46 млрд лет, были обнаружены структуры, которые считают останками цианобактерий – первых фотосинтезирующих микроорганизмов». «Наиболее древними многоклеточными, известными в настоящее время, являются представители Франсвильской биоты - червеобразные организмы длиной до 12 см, обнаруженные в 2010 году в отложениях формации Francevillian B в Габоне. Их возраст оценивается в 2,1 млрд лет». (Википедия).
С появлением первых людей на планете (около 200 тысяч лет назад) уже существовало развитое «биологическое производство» без участия человека, продукция которого позволяла людям выживать и развиваться. Думаю, что именно в те далекие времена зародилась биотехнология, как набор определенных действий над естественными биологическими объектами для получения продуктов с определенными свойствами (выделка шкур, засолка мяса и рыбы, сбраживания фруктов и пр.).
Случайно попалась еще одна фантастическая гипотеза, которая утверждает, что сама планета  «Земля — живой организм, который создал человека», а возраст Земли составляет 4,54 миллиарда лет, именно в те очень-очень древние времена и начались биотехнологические процессы по синтезу органики.
Свойства биологического объекта, который является основным элементом биологических технологий, достаточно не просто поддаются формализации, а для дальнейшего использования требуется глубокое изучение.
«Биология — наука о живых существах и их взаимодействии со средой обитания. Изучает все аспекты жизни, в частности: структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой». (Википедия). Определение, конечно, не самое удачное, но оно характеризует изучение биологии, как субъективный, качественно-описательный подход. Описывать биологические процессы формулами и цифрами весьма сложно и этим занимается «биофизика», «можно сказать, что она изучает особенности действия физических законов на биологическом уровне организации вещества и энергии.» (Википедия). К сожалению, в университете у нас не было курса биофизики и постигать её пришлось самостоятельно. Первым «учебником» была монография  Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945), где рассматривалось несколько важнейших проблем, таких как термодинамические основы жизни, общие структурные особенности живых организмов, соответствие биологических явлений законам квантовой механики и др. (можно сказать, что это истоков биофизики). Основу системного подхода заложили монографии Волькенштейн М. В. Биофизика и Романовский Ю.М. и др. Математическая биофизика. Экспериментальная работа в области биофизики и биохимии имеет много специфических особенностей, которые чаще всего не учитываются. Во-первых, это динамическое изменение биологического объекта («жизнь течет») в ходе эксперимента, в отличии, например, от кристалла, с которым можно экспериментировать длительное время, и он не меняет свойства. Во-вторых, проблемы стандартизации образцов в повторных экспериментах, иногда это решается с помощью «контроля», широко применяемого в биологических исследованиях. В-третьих, основным подходом в экспериментах, на мой взгляд, является метод «черного ящика». И, конечно, проблема количества экспериментального материала на молекулярном уровне, аналогично, обогащению урана.
Тем не менее, систематизация биологических процессов в рамках известных физических закономерностей необходима обществу, спрос есть на конечный положительный результат. Наиболее востребованы два основных направления – продления жизни и здоровья человека, а также проблема питания (ГМО растений и животных). Перспектива развития биофизики весьма радужная, но, увы, финансовые ресурсы уходят в атомную и ядерную физику.
На горизонте уже следующий этап познания биологии - Сознание, уникальный феномен, который проявляется только у человека (хотя это и не факт). Какие-то элементы сознания («рефлексы») проявляются в других биологических объектах (как-то же строят муравейник муравьи и гнезда птицы). Остается открытым вопрос, следует ли отнести сознание к биологии (биофизике) или это самостоятельный феномен и для познания его необходима «физика сознания»?

ТЕХНОЛОГИЯ.

Начало технологического развития цивилизации считается изготовление каменных ножей и топоров и далее с появлением меди, бронзы, железа. На мой взгляд, «контрольной точкой отсчета» для технологии является изобретение колеса (3500—1000 до н. э.), которое не используется в биологических объектах, кроме жгутиковых микроорганизмах.
«Технология включает в себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами». (Википедия). Определение, на мой взгляд, не самое удачное, но дает общие представление о предмете обсуждения. Словарь Ожегова определяют технологию как «совокупность производственных методов и процессов в определенной отрасли производства, а также научное описание способов производства».
Стремительное развитие технологии не только в глубь, но и в ширь наступило в рамках научно-технической революции 40-50-х годов. Именно тогда зародились и получили развитие её главные направления: автоматизация производства, контроль и управление им на базе электроники; создание и применение новых конструкционных материалов и др. Более того у термина технология появились красивые прилагательные - высокие, производственные, химические, агро, био, нано, машиностроительные, акустические, космические, военные, транспортные, телекоммуникационные, социальные, информационные и пр.
Для упрощения сущности «технологии» обратимся к понятию «технологический регламент» - «нормативный документ предприятия для внутреннего пользования, который учреждает методы производства, технические средства, технологические нормативы, условия и детальный порядок осуществления технологического процесса». Это своего рода инструкция, выполняя которую, в «любом месте» (если позволяют условия) можно реализовать производство соответствующей продукции. Мне приходилось участвовать в разработке и составлении «Технологического регламента» для проектирования биохимических заводов, вносить коррекции в уже существующие регламенты – работа «научно-бюрократическая», но необходимая.
Если раньше, при штучном производстве (например, в кузнице) «технология» передавалась устно из поколения в поколение, то в современном мире можно теоретически купить любую технологию (документацию), построить завод и начать выпуск продукции. При этом, продукция (телефоны, автомобили и т.д.) изготовленная по одной технологии в разных странах будет практически одинаковая, соответствующая технологическому регламенту, в котором прописаны параметры готовой продукции.
Ещё одна отличительная черта технической технологии – потенциальная возможность непрерывности, особенно это проявляется с развитием автоматизации и роботизации технологического процесса. Даже наличие обслуживающего персонала не противоречит этой возможности, ибо работу сотрудников можно организовать в три смены и вовремя заменять неисправные детали и устройства.
Совершенно другая картинка технологической цепочки появляется тогда, когда в структуру этой цепочки встраивается биологический объект.
Не думаю, что кто-то целенаправленно пытался создать гибрид биологической и технической технологии, но тем не менее биотехнология имеет место быть.

БИОТЕХНОЛОГИЯ.
Немного личного.

Несмотря на то, что на кафедре «Физики полупроводников и квантовой химии» не было специализации биофизики, профессор В.Витолс пошел мне на встречу и помог написать диплом по биофизической теме. И с распределением тоже помогли – Лаборатория биотехнологии. (Зав.лаб, У.Виестур), Институт микробиологии им.А.Кирхинштейна). С «наставником» просто повезло - Юрис Швинка (МГУ, биофизик от биологии). Переход от квантовой механики и жидкокристаллических полупроводников в микробиологию для меня был «шоком».
И так, биотехнология. Все очень просто – любая технология, в которой содержится биологический объект является биотехнологией.
Исторически термин «биотехнология» скорее всего был продолжением «технической микробиологии» (Впервые термин «биотехнология» применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году.) Для меня биотехнология началась с монографии Перт С.Дж. «Основы культивирования микроорганизмов и клеток», в памяти осталась фраза: - «Биотехнология скорее искусство, чем наука», смысл которой я понял значительно позднее.
«Корни биотехнологии уходят в далёкое прошлое и связаны с хлебопечением, виноделием и другими способами приготовления пищи, известными человеку еще в древности. Например, такой  биотехнологический процесс, как  брожение с участием микроорганизмов, был известен и широко применялся  еще в древнем Вавилоне, о чем  свидетельствует описание приготовления пива, дошедшее до нас виде записи на дощечке, обнаруженной в 1981 г. при раскопках  Вавилона.» Кстати, ещё раньше было выделывание шкур с использованием ферментативных процессов и выращивание полезных растения (агробиотехнология).
«Термин «биотехнология» впервые был применен в 1917 г. венгерским инженером Карлом Эреки для описания процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По определению Эреки, биотехнология — это «все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты».
Становление и развитие биотехнологии происходило в 40-50-е годы при создании производства антибиотиков. В эти же годы были предприняты первые попытки наладить производство кормовых дрожжей, пищевых концентратов, полученных из дрожжей, осуществить контроль ферментации продуктов растительного и животного происхождения и т.д. Мне довелось побывать на многих биохимических (биотехнологических) производствах, в т.ч. и на «военных», и разной производительности от нескольких килограмм до десятка тонн продукции в год. Технологии находятся в постоянном развитии в духе времени автоматизации и роботизации, хотя основные «станки» (биореакторы) конструктивно практически не меняется.
К концу прошлого века биотехнология начала «клонироваться», появилось много новых направлений со своими названиями – биоинженерия, биомедицина, биофармакология, биоинформатика, биоремедиация, бионика и т.д. Кстати, производство вакцин против вирусов тоже относится к биотехнологии.
Не смотря на множество монографий и учебников по биотехнологии общей концепции по «классической биотехнологии», на мой взгляд, пока не сложилось и это проявляется в общении на конференциях и действующих предприятиях. Отсутствует понимание того, что в технологическом процесс участвует биологический объект, который обладает своей, биологической технологии.
Сущность биотехнологии, кроме присутствия биологического объекта, аналогична «технической» технологии: сырье – целенаправленное изменение сырья – создание готового продукта – контроль и сертификация готового продукта – отгрузка заказчику.
Если два завода с «технической» технологией в рамках технологического регламента можно построить в разных точках планеты, и они будут выпускать одинаковый продукт согласно регламенту, то с биотехнологией такое сделать очень сложно. Простой пример биотехнологии - получения молока: сырье (трава, сено) - биологический объект (корова) - готовый продукт (молоко). Конечно, можно написать технологический регламент по всем правилам, но вряд ли можно будет получить продукт определенного качества и в определенном количестве на разных производственных линиях (фермах). Если, например, в технической линии имеется станок (допустим токарный), то продукция, полученная с его помощью, по своим параметрам имеет небольшой разброс, который можно отнести к «человеческому фактору» токаря.
Трудно себе представить технологию написания музыки или стихов с помощью компьютера без человека, который вкладывает в это «свою душу». Конечно, сегодня уже существуют соответствующие программы («искусственный интеллект»), способные написать музыку, книгу и т.д., но следует ли отнести произведения к искусству, вопрос к специалистам.
В определенной степени, биотехнологию тоже можно отнести к «искусству» (Перт С.Дж.), а именно в том месте, где находится биологический объект. Для управления биологическим элементом в биотехнологической «производственной» линии необходим особый склад мышления, я бы сказал, что управление должно проходить на уровне «интуиции» оператора. Простой бытовой пример из жизни. Предположим, что одну и ту же корову обслуживают две доярки по очереди через неделю. Думаю, что надои молока будут тоже разные, у одной доярки всегда больше, у другой меньше. Конечно, все это можно отнести к уровню мастерства, но полагаю, есть ещё «нечто», которое позволяет одной доярке «чувствовать» корову, а другой нет. Такое же иногда говорят о кузнецах, которые «чувствуют» металл, о каменотесах, которые «чувствуют» камни или о знахарках, которые «чувствуют» болезни.
Как бы то не было, могу только на примере собственного сознания описать это состояние «чувствования», например, в области физики. Это «чувство» проявилось в школе, на первых уроках физики, оно больше, чем простое логическое понимание физических процессов. Это «чувство» помогало мне решать любые школьные задачи по физике и смотреть на мир, как на пространство, в котором проявляются законы физики. К сожалению, осознавать и целенаправленно развивать это «чувство» у меня не было «учителя-сэнсэя» и только, собирая «по крупицам» информацию из литературы удалось как-то прояснить ситуацию для себя.
Работа основного «станка» (биологического объекта) в биотехнологической производственной линии имеет свои «особенности», в первую очередь это «динамичность и конечность во времени» биологического элемента в технологической цепочке. Трудно представить себе токарный станок, который изменяет свои технические параметры в процессе работы и по неизвестным закономерностям, а вот биологический объект изменяется во времени, он «живет»! Другими словами, создать биотехнологическую линию, работающую в непрерывном режиме (кроме отдельных условных исключений) практически невозможно, потому что каждый биологический объект имеет свое «время жизни», более того, имеет свое время наиболее «эффективной работоспособности». Самый простой пример биологического объекта - Homo sapiens (человек разумный или «обычный») – рождение, детство, юность, взрослость, старость и конец. Длительность жизни (без несчастных случаев) сугубо индивидуально, 70-150 лет, зависит от генетики, системы питания и окружающих внешних условий, все тоже самое, что и у всех других биологических объектов. Можно включить в технологическую цепочку людей разного возраста, обязать выполнять их определенную операцию в строго в рамках регламента, и очевидно, что результат будет разный не только у разных исполнителей, но каждый исполнитель будет выдавать разные результаты в течение времени. Естественно, что в регламенте заложены параметры конечного продукта и допуска их разброса, а всё, что выходит за эти допуски – это брак. Так вот, достигать и контролировать приемлемую стандартизации продукции в биотехнологии значительно сложнее, чем в технической технологии. Вопрос приобретает особую актуальность при биотехнологическом производстве лекарственных препаратов (настоек и экстракты из растений, антибиотиков, антивирусных вакцин и пр.) и остается только надеяться на «высокую культуру» производства, да строгую систему контроля.
Наверное, к области биотехнологии или к биоинженерии следовало бы отнести медицину.
Медицина  — «лечебное искусство», «искусство исцеления», и имеет тот же корень, что и глагол medeor, «исцеляю») — система научных знаний и практической деятельности, целями которой являются укрепление и сохранение здоровья, продление жизни, предупреждение и лечение болезней человека и животных (ветеринарная медицина), а также облегчения страданий от физических и психических недугов».
С позиции техногенной цивилизации, медицину следовало бы отнести к сфере сервисного обслуживания биологического организма, по типу автосервиса, который ремонтировать автомобили, существуют и автомеханики, которые обладают «искусством ремонта». У любого человека самый вдумчивый и ответственный выбор концентрируется на выборе доктора и автомеханика.
Современный уровень медицины, несмотря на длительное обучение и накопленный опыт, не слишком далеко ушел от деревенских целителей, кроме хирургии быть может. На бытовом уровне посещение семейного доктора выглядит весьма странно: ваши жалобы, измерение пульса и давления (5 мин.) и написание всяких бумаг, направлений на анализы, рецептов и пр. (25 мин.). А вот недавнее посещение удивило даже меня – доктор открыл какую-то медицинскую программу, провел опрос моих симптомов согласно этой программе (в течении 15-20 мин.) и … прочитал диагноз, который высветился на экране!, более того выписал рецепт на парацетамол. С одной стороны, применение вычислительной техники (вплоть до нанороботов) в медицине следует только приветствовать, с другой, как отмечалось выше, желательно «интуитивное» восприятие доктором («лечителем») отклонение организма от нормы и динамики его лечения. Главной задачей доктора («биотехника» или «биослесаря», типа автослесаря) остается излечение («ремонтирование») организма человека, в идеальном варианте эту задачу будет решать «медицинская капсула», управляемая искусственным интеллектом и уже описанная в фантастических романах.

ВЕКТОРЫ РАЗВИТИЯ.

Цивилизация, вставшая на путь техногенного развития, уже не может остановиться или свернуть в сторону, например, перейти на биологический путь, скорее всего это будет биотехнологическое или технобиологическое направление.
В сознании людей уже существуют образы продления жизни, медицинские капсулы, нанороботы для лечения всех болезней, наконец, генная инженерия, которая значительно ускорит биологическую эволюцию человека.
Не берусь предсказывать технологические направления, где будет наблюдаться более ускоренное развитие, это может решить одно единственное открытие (как случайное открытие графена активизировало поток финансов в нанотехнологию), но в области биотехнологии и биофизики могу сделать попытку логического экстраполирования.
Начнем с крупнотоннажных производств – это три направления: производство пищевой органики (в т.ч. и для человека), утилизация отходов и синтез биогаза, а также биодеградация пластика. В определенной степени все это уже существует, но себестоимость производства ещё достаточно высокая, а производительность низкая.
Среднетоннажные производства реализованы более успешно и работают с прибылью, т.е. экономически обоснованы, например, производство хлебопекарных дрожжей, производство антибиотиков, производство некоторых средств защиты растений.
Производство небольших партий возможно на лабораторном оборудовании и, как правило, эта продукция предназначена для научных исследований.
Параллельно с развитием биотехнологии идет процесс разработки аппаратуры для биотехнологических линий. Основным «станком» в таких линиях является биореактор, устройство, в котором «работает» биологический объект данной конкретной биотехнологии. Исторически сложилось так, что первые биореакторы (или ферментеры) создавались для культивирования дрожжевых и бактериальных культур (получение этанола, производство пива, вин и пр.) и представляли они собой металлические бочки с некоторыми приспособлениями. Один из первых патентов на биореактор получил М.Д.Утенков, приоритет от 16 мая 1928 года.В свое время, под руководством академика У.Виестура, я принимал участие в модернизации биореакторов, были даже планы разработки биореактора для космической станции, но, увы, не судьба. В настоящее время можно приобрести биореактор на любой вкус и с высокой степенью автоматизации. Единственный нюанс, в разработке новых моделей участвуют люди с «инженерно-техническим» мышлением и не всегда учитываются многие биологические закономерности. Наиболее оптимальную техническую аппаратуру для биологических технологий разрабатывают обычно биологи с техническим мышлением, яркий тому пример, фирма Biosan и ее основатель В.Банковский.
Прогнозируя развитие биотехнологии на ближайшее время, можно обозначить несколько направлений.
Генная (генетическая) инженерия — «совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология».
К сожалению, моих познаний в этой области недостаточно, чтобы объективно оценить возможности и перспективы генной инженерии. Знания, полученные только из доступной литературы и не проверенные «собственными руками», не дают проведения системного анализа. Однако, популярность генной инженерии и определенные успехи, дают основания предполагать об ускоренном ее развитии.
Молекулярно-клеточная биотехнология. «Молекулярная биотехнология как наука возникла в начале сороковых годов и получила ускоренное развитие с 1953 г., после открытия Джеймса Уотсона и Френсиса Крика о химической структуре и пространственной организации двойной спирали ДНК».
Сюда можно отнести создание новых макромолекул (РНК, ДНК, белков и пр.) как целевой продукт для генетических изменений биологических объектов, так и создание новых комбинированных «биологических нанороботов», нацеленных на выполнение определенных задач, например, противовирусные вакцины, в т.ч. и против Сovid19. Важным направлением является также разработка антираковых препаратов на основе органических наночастиц, можно даже осторожно говорить о некоторых успехов в этом направлении, речь идет о лечении А.Заворотнюк экспериментальным препаратом на основе органических наночастиц типа вирусов.
Клеточная биотехнология. Следующая ступень развития современной биологической технологии, когда ы качестве «биологического» станка в производственной линии используются целые клетки. На первоначальном этапе уже реализованы технологии с иммобилизованными клетками, например, получения этанола. Более интересное направление – «конструирование» искусственных клеток, «по образу и подобию». Ещё в 80-е годы интенсивно работали над созданием искусственных бактерий, т.е заключить в липидную везикулу необходимой набор макромолекул и достигнуть размножение этой «конструкции», получены даже некоторые положительные результаты. Наиболее модным направлением клеточной биотехнологии является получение стволовых клеток (Синъя Яманака, 2006г) и на это возлагаются большие надежды. Во-первых, это производство мяса без выращивания животных, а сингапурский ресторан впервые в 2020 году стал предлагать экзотические блюда из искусственного «куриного мяса». Во-вторых, методы на основе стволовых клеток дают надежду на замену и восстановление некоторых тканей организма человека, например, для восстановления кожного покрова при ожогах или даже стимулирование роста новых зубов. Как бы фантастически не звучали перспективы развития молекулярно-клеточной биотехнологии, процесс уже запущен и результаты стали появляться.
Можно вспомнить аналогичную ситуацию в области полупроводников. Первый транзистор был создан в лаборатории Bell Labs (У.Шокли, Д.Бардин, У.Браттейн, 1947г.) на базе  p-n-перехода. а же в 60-х в радиотехническом кружке мы собирали работающие транзисторные радиоприемники. В общих чертах я представляю технологии производства различных полупроводниковых устройств, вплоть до микропроцессоров и различных чипов, но современные компьютеры, планшеты, телефоны поражают даже мое воображение. И все же полупроводники, это материя в кристаллической форме и «поддается» стандартизации в отличие от биоорганической материи, которая склонна к «индивидуализации».
По моему твердому убеждению, для дальнейшего развития молекулярно-клеточной биотехнологии необходим прорыв в развитии бионанофизики. Биологические процессы на микро и нано уровне протекают в рамках объективных закономерностей и не зависят от названия разделов науки (биология, биохимия, биофизика, коллоидная и органическая химия), просто необходимо интегрировать получаемые знания в общую концепцию бионанофизики. На первом этапе даже не требуется больших ресурсов, важнее сформировать определенное миропредставление. Начинать можно с осмысления закономерностей на уровне «органических наночастиц» - устойчивых молекулярных образований, обладающих различными свойствами. Сейчас известные знания об органических макромолекулах и кластеров из разных молекул, которые, по сути, представляют собой органические наночастицы, разбросаны по разным областям познания (биохимия, коллоидная химия, биофизика, нанотехнология и пр.) и требуют объединения на общем фундаменте. Как обычно, такое объединение на стыке различных наук, проходит весьма «болезненно» вследствие действия «человеческого фактора». Для этой цели необходимо новое поколение исследователей.
Еще одно важное направление биотехнологии недалекого будущего – создание симбиозов биологических объектов и технических устройств, которые представляют собой «киборгов» («кибербиологические организмы»?), так хорошо известных по фантастической литературе и фильмам. Протезирование (создание технических аналогов) различных частей давно известно и сегодня широко применяется (металлические аналоги гостей, электрические гидродвигатели для крови, имплантаты зубов и пр.). Здесь потребуются как «технические технологии» для массового производства различных протезов, так и решение проблемы биосовмещения, т.е. соединение органики и неорганики с учетом индивидуальности каждого организма, другими ловами – «ручная работа», которую сложно поставить на конвейер.
Ещё сложнее представляется задача коммуникации мозговой деятельности с электронными устройствами, то, что у фантастов обозначено термином «нейросети», другими словами, это задача совмещения и достижения работоспособности системы «сознание – программа искусственного интеллекта».
Менее вероятным представляется развитие биотехнологии в противоположном направлении, когда в технические устройства добавляют «биологические протезы». Основная проблема здесь в том, что если техническая часть такого симбионта достаточно стабильна во времени, то биологический элемент находится в постоянном динамическом изменении, меняет свои параметры. Трудно привести пример действующего технобиологического устройства, хотя и были некоторые сообщения об использовании в качестве покрытия поверхности подводных лодок кожей акул или китов. Очень условно к вышеупомянутым устройством можно отнести гигрометр, принцип работы которого основан на изменении длины волоса человека в зависимости от влажности окружающего воздуха. В данном случае волос не совсем живой биологический объект, а лишь продукт биологического объекта.
Наивысшим достижением «технобиологической» системы, как предлагают фантасты, может быть использование мыслительного феномена мозга человека для управления технической частью композитного устройства (вспомните А.Беляева «Голова профессора Доуэля», а современные фантасты пытаются заменить искусственный интеллект для управления космическим кораблем мозгом хорошего пилота).
С другой стороны, если «встроить» биологический объект в техническую систему или устройство сложно, то можно сделать попытку «скопировать» биологическое решение и реализовать его в техническом исполнении. Этим направлением занимается бионика, можно сказать, что Икар был первым, кто пошел в этом направлении, правда, не совсем удачно. Его последователь Отто Лилиенталь тоже закончил печально. Реализовать действующую модель аналога птицы по критериям энергоэффективности и возможностям полета на современной элементной базе пока так и не удалось.

ПОДВОДЯ ИТОГИ.

Все вышеизложенное можно отнести к жанру научно-популярной литературы, поскольку автор описывает свое видения объективной реальности, но не подкрепляет это экспериментальными цифрами. Однако, суть, естественно не в терминах, а мыслях, которые изложены и которые просились на компьютер. Возможно, что эту «писанину» до конца никто не осилит, но и это не беда. «Идеи витают в воздухе», выражение, которое не может быть проверено экспериментальным методом, но похоже, что оно проявляется в обычной жизни. Пока нам не совсем понятно или даже совсем не понятно, как функционирует сознание, но мы им активно пользуемся и в нем «генерируются» ранее не известные мысли, откуда они берутся? Варианта два – случайная комбинация отдельных мыслеформ, которая по принципу калейдоскопа складывается в определенную пионерскую идею, неизвестную ранее, или эта идея в режиме резонанса проявляется из общего «информационного поля» в сознании конкретного человека (или нескольких людей одновременно).
Размышления о биотехнологии, выложенные выше, на мой взгляд содержат определенную степень новизны, частично они являются компиляцией цитируемых источников (калейдоскоп сложился в моем сознании), частично они возникли в моем сознании спонтанно.
Степень достоверности этих размышлений, на мой взгляд, достаточно высока, хотя и от ошибок никто не застрахован. Конечно, хотелось бы, чтобы они стали фундаментом для развития биотехнологии следующими поколениями.
Достоверно излагать мыслеформы посредством терминологических сочетаний, т.е. посредством слов, практически невозможно, при этом идет двойное искажение – сначала вы с погрешностями формируете свои мысли в слова, потом ваши слова с погрешностями переводятся в сознание другого человека. Но, несмотря на это, обмен информации между людьми происходит, в технической сфере это проще, к тому же есть общепринятая система мер и весов, а также есть математика. Сложнее в области искусства, когда люди пытаются передать свои чувства в форме адекватной информации, даже простое ощущение температуры типа «тепло-холодно» каждое сознание воспринимает субъективно, только цифры температуры в градусах позволяют минимально привести ощущения к общему знаменателю, даже подгонять восприятия к цифрам.
Основной мыслью этого изложения должно было стать понимание того, что биотехнология, как направление развития научно-технического прогресса, требует особого подхода мышления. Идеальным вариантом «продвигателя» биотехнологии может быть человек, который мыслит в «трехмерном» пространстве биология, химия (биохимия), физика (биофизика). Как развивать такое мышление? Ответа у меня нет. Мой личный опыт становления «биофизического мышления» начинался в глубоком детстве, когда вокруг был большой и непонятный мир Живого. Было, конечно, удивление и в познание и технологических объектов – электрический фонарик, детекторный приемник, телевизор, железнодорожный поезд и т.д. С другой стороны, постоянное, ежедневное нахождение в среде биологических объектов (растения, деревья, животные, птицы, рыбы и пр.) снижает «жажду» познания, переводя сознание в обыденность. Когда начало жизни проходит в окружении различных объектов технического происхождения, то это приводит к стихийному и бессистемному набору знаний в этой области. Любимое занятие моего поколения в детстве было разобрать будильник (механика), освоить фотографирование (оптика+химия), сделать детекторный или транзисторный приемник (радиоэлектроника), а вот предложение проверить как устроена лягушка – особого восторга не вызывало, но было необычно воспринимать сокращение лапки лягушки при воздействии электричества. Школьный курс обучения в определенной степени систематизировал знания об окружающем мире – физика, химия, математика, биология и пр. Насколько я помню, биология особым вниманием в школе не пользовалась, изучалась по остаточному принципу на уровне пестики-тычинки, да из практики работы на огороде кое-что оставалось. Не знаю, в каком объеме изучается биология и химия в ВУЗах, вот курс математики и физики на физмате имеет классический базовый уровень, вполне удовлетворительный, который и был заложен в мое сознание, а биофизику пришлось осваивать самостоятельно, без четкой программы. Несмотря на то, что нас готовили для полупроводниковых технологий, мне удалось «распределится» в Институт микробиологии АН. Этот выбор из трех вариантов (Олайнфарм, Лаборатория биофизики в Булдури) был сделан в силу «романтических» представлениях о науке и о представлении, что начинать изучение биологических необходимо с одноклеточных и в рамках АН.
Вначале было очень сложно переходить от физических экспериментов к биологическим, но потом все как-то уложилось. Кроме того, было много командировок и в лаборатории, и на заводы, и на конференции, особый интерес представляли командировки в биологический центр АН г.Пущино. Трудно сказать, когда у меня появилось осознание единства биологии и физики, но с того момента исследования стали вызывать особый интерес и желание делать биофизические обобщения. Хотя назвать «научными» исследования в академическом институте можно было назвать весьма условно, основное финансирование лаборатории проводилось по программе развития биотехнологии L-лизина. В двух словах: это микробиологический способ получения незаменимой аминокислоты L-лизина, которая используется для сбалансированности кормов в мясомолочной промышленности. Для биосинтеза L-лизина используются одноклеточные бактерии Brevibacterium flavum. Таким образом, все «научные изыскания» проводились в направлении повышения выхода лизина, концентрация которого в культуральной жидкости к концу 80-х годов составляла до 80 г/л в промышленных условиях и до 120 г/л в лабораторных экспериментах (представление об этой работе можно получить из автореферата). Повышение производительности биотехнологии, впрочем, как и для других биотехнологий, сводится к «трем китам» - селекция биологического объекта, оптимизация условий культивирования и состава питательной среды. В «промежутках» решения производственных задач биотехнологии все-таки удавалось проводить «научные» эксперименты, как и полагается в академическом институте. Доминирование было в исследовании внутриклеточных энергетических процессов (на базе «Закона сохранения энергии») и в «модном» направлении того времени, которое создал Питер Митчелл и с энтузиазмом продвигал Скулачев В.П. – это клеточная биоэнергетика (термин впервые опубликовал  А. Сент-Дьёрди в 1956г, потом уже этот термин перекочевал в альтернативную медицину).
Инерция мышления чисто в технологическом направлении ещё будет сохраняться некоторое время, но объективная реальность вынуждает вникать в сущность живой биологической материи. Уже сегодня копируются многие биологические технологии, которые создавались Природой и оптимизировались Временем. Компилирование биологических процессов и технических решений будет востребовано как для совершенства непосредственно организма человека и оптимизации среды его обитания на планете, так и для терраформирование других планет и подготовки их для переселения части населения с планеты Земля.
Смотрим в будущее с оптимизмом – «и на Марсе будут яблони цвести»! 

 Л.Бабурин, 10.05.2021