Tổng luận Công nghệ sinh học và công nghiệp hóa chất

nghiệm đã cho thấy sữa được lên men bằng L. casei và L. acidophilus có tác dụng quan trọng là ức chế sự xâm nhiễm của S. Sonnei. Các con chuột cho nhiễm sinh vật gây bệnh theo liều lượng qua đường miệng sau khi ăn sữa nói trên trong 8 ngày đầu đều sống cả. Tỷ lệ sống sót tương ứng ở chuột theo dõi là 60%. Tạp chí Vi sinh học ứng dụng (Journal of Applied Bacteriology, 73, 407, 1992) cũng mô tả nếu điều trị trước bằng sữa cũng ức chế rõ rệt sự nhiễm S. sonnei ở gan và lách. Vi khuẩn lâv bệnh không còn ở những cơ quan này vào ngày thứ mười, nhưng được duy trì ở mức độ cao ở nhũng con chuột không được chữa. Sữa lên men cũng làm tăng lượng kháng thể - 16 - chống sinh vật gây bệnh trong cả huyết thanh và dịch ruột, gợi ra rằng nó cũng tăng cường phản ứng miễn dịch. Tập thể Achenrina cũng có bằng chứng sơ bộ là sữa lên men có thể dùng để chữa và phòng bệnh tiêu chảy ở trẻ em. Vi khuẩn lactic còn ngăn ngừa được bệnh sâu răng. Một chế phẩm chứa một chủng vi khuẩn axit lactic đặc biệt gọi là Streptoccocus salivaris tìm thấy trong sữa chua sống" đã được sản xuất ở Nhật. Người ta nhận thấv rằng chùnn này tạo ra nhiều enzim dextranaza. Theo Aizo Matsushiro, tác giả của công trình, khi sống trong miệng vi khuẩn được chế sự tạo thành mảng răng "chặt", nguyên nhân chính của bệnh sâu răng. Bất cứ mảng lào xuất hiện cũng bị "lỏng" và có thể chỉ cần súc miệng cho sạch. Vi khuẩn lactic cũng được sử dụng để bảo quản rau sống. Theo Marun Bonestroo ở Trường Đại học Tổng hợp Wageningen (Hà Lan) thì muốn giữ rau sống tươi lâu. có thể cho thêm vi khuẩn vào để rau lên men. Kỹ thuật này được giải thích là để kéo dài thời gian bảo quản rau tới khoảng 1 luân nếu được giữ ở nhiệt độ dưới 7°c đồng thời có vị ngon hơn, "một vị hơi chua, dễ chịu". Việc dùng vi khuẩn đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng vì các cách bảo quản nhân tạo trở nên không cần thiết trong khi tránh được số lớn rau bị ôi do các loại vi sinh vật thường nhiễm vào rau sống. Người ta sử dụng vi khuẩn Lactobacillus đã được phân lập từ nước, trong đó có thêm sữa đậu nành đông. Đây là những vi khuẩn được dùng để làm sữa chua và xúc xích Ý, phát triển tốt ở 40 - 50°c Vi khuẩn được trộn với rau, sau khi chế biến và đóng gói rau sống được ủ trong 7 giờ ở 45°c rồi làm lạnh. Axit lactic tạo ra trong khi ủ đủ để ngăn ngừa sự phát triển của các loại vi khuẩn khác ở nhiệt độ thấp hơn. tuy nhiên, kỹ thuật này chỉ áp dụng được đối với các loại rau sống chứa 70% thành phần chất rắn. 10. Thuốc trừ sâu sinh học. Hiện nay việc sử dụng các loại nông dược để bảo vệ mùa màng vẫn không thể thiếu được, đặc biệt đối với các nước đang phát triển hoặc chậm phát triển có nền kinh tế nông nghiệp. Nhưng nguy cơ đe doạ gây ô nhiễm của các dư lượng nông dược hiện tại và trong tương lai rất đáng quan tâm. Trong số này có nhiều dư lượng đáng sợ về mặt độc nh sinh thái do tính bền vững hoá học và độc tính mạnh lâu dài. Thuốc trừ sâu (các hợp chất photpho hữu cơ, halogen hữu. Cơ, cacbamat) thuốc trừ cỏ (axit 2,4,5 iclophenoxyaxetic) và thuốc trừ nấm bệnh (lưu hùynh, đồng, hợp chất thủy ngân), chiếm i hơn 80% khối lượng nông dược sử dụng. Cùng với dư lượng nông dược tích tụ trong ít và nước còn có dư lượng trong sản xuất hoá chất đôi khi đọng trong không khí. Độc ih của những chất này rất mạnh. Chẳng hạn, loại thuốc trừ sâu photpho hữu cơ nhiễm độc hệ thần kinh. Thuốc trừ sâu thuộc loại độc nhất thường dùng trong nông nghiệp là cbamat. Chất này rất dễ tan nên người ta phát hiện được từ vài năm nay trong nước - 17 - giếng và nước uống, kể cả ở châu Âu và Mỹ. ở những nồng độ đôi khi vượt quá 10ug/l, là nồng độ tối đa cho phép theo quy định của tổ chức Y tế Thế giới. Một nghiên cứu trong năm 1988 ở 34 bang nước Mỹ và trên 43000 mẫu nước cho thấy nước ngầm của 8 bang bị nhiễm cacbamat(Aldicarbe). Bang New York bị nhiễm nhiều nhất trên 20000 mẫu phân tích ở 1400 giếng thường xuyên chứa hơn 10 ug/l Aldicarbe. Dư lượng thuốc trừ sâu hoá học (linđan và các chất dẫn xuất) cũng có trong nhiều nguồn nước ở đô thị tại Pháp. Ở Việt Nam, qua điều tra sơ bộ của Viện Pasteur. Nha Trang thì 30% số người tiếp xúc với nông dược đã bị bệnh ngoài da. Theo số liệu chưa đầy đủ đã có hàng trăm người bị nhiễm độc thuốc trừ sâu và nhiều trường hợp dẫn đến tử vong. Dư lượng các loại thuốc hoá học trong đất và nước vượt quá nồng độ cho phép rất nhiều, đặc biệt xung quanh khu vực sản xuất của các nhà máy phân bón và hoá chất. Một trong những hướng cơ bản để khắc phục hậu quả tiêu cực của nông dược là thay thế bằng các loại nông dược sinh học. Ưu điểm nổi bật của nông dược sinh học là có độ chọn lọc rất cao nồng độ sử dụng thấp hơn, an toàn hơn. có khả năng tự phân hủy và không gây ô nhiễm môi trường. Nông dược sinh học được hiểu là những chất chỉ có nguồn gốc sinh học, giết được vật hại hoặc giữ quần thể vật gây hại ở mức vô hại. Trong tài liệu này, chúng tôi sẽ chỉ đề cập loại thuốc trừ sâu sinh học B.t. bắt nguồn từ vi khuẩn Bacillus thuringgiensis được nghiên cứu và ứng dụng nhiều và gắn với các phương pháp của CNSH. Một kỹ thuật nay đã trở thành quen thuộc là truyền gen của vi khuẩn vào cây. Những gen này có thể sản xuất loại protein độc tố trong cây và giết chết loại côn trùng ăn cây này. B, thuringiensis thường được sử dụng hơn cả vì các độc tố do nó tạo ra chỉ gây tử vong khi sâu hại ăn vào và hoàn toàn vô hại đối với người và các động vật khác. Thành công lớn trong việc ứng dụng loại vi khuẩn này đã được tờ "Thời báo New York" ra ngày 25 tháng 3 năm 1990 thông báo rằng "vi khuẩn đã cứu được 55000 hecta rừng bị một loại sâu bướm du cư tàn phá ở bang New Jersey". Kỹ thuật tái tổ hợp ADN áp dụng với B.thuringiensis có từ những năm 60 và có nhiều hứa hẹn trong sản xuất các độc tố sinh học để bảo vệ mùa màng. Năm 1987, các nhà khoa học Bỉ đã nhân dòng gen mã hoá độc tố của chủng vi khuẩn "Berliner" và truyền vào cây thuốc lá qua vật truyền trung gian là vi khuẩn Agrobacerium tumefaciens (vi khuẩn gây các "mụn cơm" ở thực vật). Cây thuốc lá được truyền gen đã sản xuất đủ độc tố trừ sâu để bảo vệ cây chống lại sâu bướm Manduca sexta. Tập thể nói trên cũng truyền được gen của vi khuẩn Bacillus sphacricus vào tảo lam. gen này mã hoá một độc tố chống lại bộ gậy muỗi anophen thường ăn tảo. Công trình này còn có một ý nghĩa lớn nữa coi như "một mũi tên nhằm vào hai đích", vì khoảng hai tỉ người trên thế giới còn bị bệnh sốt - 18 - rét đe doạ vì muỗi này, và ở nhiều nước. muối anophen đã chống chiu được nhiều loại thuốc trừ sâu hoá học. Tháng 9 - 1991 công ty Ấn Độ Sandoz India LicL một chi nhánh cùa công Ty Sandoz. Thụy Sĩ đã quảng cáo loại Bacillus thuringiensis Berliner. Sản phẩm này được cung cấp dưới dạng hạt rất nhỏ tan trong nước, có nhãn hiệu là Delphin, Thuốc có hoạt tính chống sâu hại bắp cải và hoa lơ. Vì đây là loại sản phẩm đầu tiên được nhập vào Ấn Độ, nên thuốc được Ủy ban Trung ương về Nông dược cho hưởng đăng ký đặc biệt để công ty Sandoz India có thể nhập thuốc từ công ty liên doanh ở Mỹ, nơi mà thuốc đã từng được sử dụng từ bốn năm nay. Tuy nhiên, công ty Ấn Độ được yêu cầu là phải thử nghiệm thêm về độc tính trước khi đưa thuốc ra thị trường. Tương tự, công ty Ấn Độ Hindustan Lever Ltd. (HLL), một chi nhánh của công ty Unilever, đã sản xuất thành công thuốc trừ sâu sinh học dựa vào Bacillus thuringiensis israelensis, dùng rỉ đường làm môi trường nuôi cấy. Thuốc đã được thử nghiệm thành công chống sâu hại cây như bắp cải, đậu triều (cajanus), bông, rum nhuộm (Carthanus tinetorius) và ngô, Thuốc cũng tỏ ra có hiệu quả chống được ruồi đen và muỗi và có thể dùng để khống chế bệnh sốt rét. HLL đã xin cấp đăng ký phát minh sáng chế ở Ủy ban Trung ương về Nông dược cho phép sử dụng thuốc trừ sâu sinh học này. Nhưng nhìn về lâu dài, cả thuốc trừ sâu sinh học cũng như hoá học chỉ có giá trị tương đối. Đó là do thiên nhiên đã phú cho cơ thể sống nói chung một khả năng tự điều chỉnh để chống lại mọi ảnh hưởng có hại có thể tiêu diệt nòi giống của nó. Vì vậy sâu hại có khả năng đề kháng với cả thuốc trừ sâu sinh học lẫn hoá học, nếu ta cứ lặp đi lặp lại một loại thuốc. Theo thông báo mới đây thì đã có hơn 500 loài côn trùng và ve bét chống chịu được thuốc trừ sâu hoá học và 8 loài kháng được nội độc tố của B.t. Ngay cả khái niệm "có hại" cũng nên hiểu cho đúng. Phải chăng cái "gì có hại đối với con người cũng có hại đối với các loài khác và cần phải tiêu diệt? Thiên nhiên ví như một cơ thể sống đặc biệt trong đó mọi thành phần đều có quan hệ qua lại với nhau. Mỗi loài côn trùng quen ăn một loại cỏ nhất định chẳng hạn, nếu ta dùng thuốc trừ cỏ tiêu diệt sạch cỏ mà ta cho là "có hại", thì đương nhiên loài côn trùng nàv buộc phải tìm kiếm mội loài cây khác "có lợi" cho ta. Thế là ta lại tìm cách "diệt sạch" loài côn trùng đó; chặt đứt sợi dây liên hệ trong vô vàn mối liên hệ phức tạp mà ta chưa biết. Cách giải quyết đúng đắn nhất là giữ cho vạn vật được hài hoà. Nếu xảv ra hiện tượng mất cân bằng, như dịch hại phát sinh, thì tìm cách khống chế để nó trở thành vô hại, không ảnh hưởng đáng kể đến môi trường, kinh tế, xã hội và sức khoẻ, chứ không phải là" tàn sát" để cho nó mất cân bằng thêm. Đó chính là một sách lược tối ưu trong hệ - 19 - thống khống chế dịch hại bằng phương pháp tổng hợp (IPM). Điều đó cũng có nghĩa là thuốc trừ sâu sinh học hay hoá học nên dùng vào lúc nào, với mức độ nào là vừa phải, nếu không thể thay thế bằng các biện pháp khác. 11. Phân sinh học. Cũng giống như tình trạng sử dụng nông dược hóa học, dùng nhiều phân hoá học cũng có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khoẻ của người và động vật. Ô nhiễm nước uống do nitrat từ nông nghiệp là một vấn đề nghiêm trọng. Nông nghiệp hiện đại đã sử dụng quá nhiều phân bón chừng 20 năm nay làm nitrat khuyếch tán trong đất và gây ô nhiễm lớp nước giếng sinh hoạt. Ngày càng có nhiều nguồn nước có hàm lượng nitrat vượt quá mức quy định. Trong cơ thể người, nitrat bị biến đổi thành nitrit khiến máu không tải được ôxy. Mặt khác, nitrit phản ứng với các loại amin tự nhiên để tạo ra nitro- amin là chất gây ung thư. Bón phân đạm nhiều và mất cân đối làm đất trồng bị nhiễm nitrat và gây độc cho người ở mức độ rất nguy hiểm, nếu hàm lượng của nó trong rau quả và lương thực cao. Phân lân và phân phức hợp như amophot cũng vậy, vì chúng chứa các hợp chất fluo do nguyên liệu (quặng apatit) đưa vào. Dù với kỹ thuật hiện đại, trong sản phẩm vẫn còn lại 50-80% fluo từ nguyên liệu. Trong điều kiện bình thường hợp chất fluo trong cây chỉ dao động từ 1-7 mg/kg, nhưng có nơi như ở Pháp, hàm lượng fluo trong lúa mạch đã lên tới 10 mg/kg, trong ngô ở Mỹ tới 8 mg/kg. Người ta đã chứng minh rằng nếu bón supelân lâu dài (15 năm trở lên) sẽ dẫn đến trường hợp là hàm lượng fluo trong đất tăng 22% và trong hạt tăng 11%. Các hợp chất fluo (khi vượt quá lượng cho phép) ức chế quá trình tiêu hoá, đặc biệt là gây bệnh ở xương và liên quan đến nhiều bệnh khác nứa. Sản xuất phân sinh học bằng CNSH, nhất là phân vi sinh cố định đạm chính là một trong những giải pháp "đỡ gánh nặng" phải dùng nhiều phân hoá học. Có nhiều hướng nghiên cứu nhằm tìm ra nguồn đạm sinh học bổ sung cho đất và cho cây trồng. Qua khảo sát, tiến sĩ J.Doberiner ở Braxin cho biết có những vi khuẩn cố định đạm có thể sống cộng sinh với một số cây thuộc họ cốc. Nhưng hợp chất có Nitơ mà những vi khuẩn này sản xuất không đáng kể. Mặt khác, chúng có thể nằm trong số vi khuẩn đông đúc khác bao quanh rễ câv và phải cạnh tranh với những vi khuẩn này để sinh tồn. Dẫu sao người ta cũng hy vọng tìm được loại câv lương thực mà rễ của cây có thể kết hợp với những vi khuẩn này. Cũng theo hướng này, người ta hy vọng có thể tìm ra một loài vi sinh vật đột biến có khả năng sống cộng sinh với họ hàng cây lương thực. Nhờ tác động qua lại. cả vi khuẩn và cây đều có lợi, và con người cũng giống như "Ngư ông", sẽ hưởng được kết quả do cả hai đem lại. - 20 - Một hướng khác nữa là dựa vào KTDT trực tiếp hoặc gián tiếp. Cách gián tiếp là đưa vào tế bào trần câv lương thực (nghĩa là tế bào đã phá bỏ màng bằng enzim phân hủy xenluloza) những vi sinh vật cố định đạm để hai loại tế bào này dùng hợp với nhau. sau đó nuôi cấv tổ hợp này để chúng tái sinh thành cây, từ đó nhân ra một thế hệ con cháu có khả năng "tự túc phân đạm". Cách trực tiếp hơn, mặc dầu cũng có thể phải thông qua một vật truyền (vector). là ghép gen nil (cổ định nitơ) có ở loại vi sinh vật mang gen này vào các loài cây lương thực, để cây tự túc được chất dinh dưỡng quan trọng này. Nhưng cho đến nay những hướng trên đây mới đang còn là triển vọng. Khó khăn chính là con người còn hiểu biết rất ít về cơ chế điều hoà và bộc lộ các gen ở thực vật bậc cao. Cho nên mới đây Irma Vijn và các cộng sự ở bộ môn sinh học phân tử. Đại học Nông nghiệp Wageningen, Hà Lan, qua tìm hiểu bước đầu về các yếu tố NOD và sự tạo nốt rễ ở thực vật có liên quan với sự cố định đạm, đã đề nghị nên nghiên cứu lại từ đầu để làm rõ sự phát triển của các nốt rễ cố định đạm, từ đó mới hy vọng có công cụ giúp cây cố định đạm. Thực tế hơn là sản xuất các chế phẩm phân sinh học. Công ty BioLINK của Bangladet, cộng tác với bộ môn khoa học thổ nhưỡng ở trường Đại học Nông nghiệp tại nước này, đã sản xuất các chế phẩm truyền nhiễm vi khuẩn Rhizobium từ năm 1991. BioLINK được thành lập năm 1989, muốn áp dụng các công nghệ thích hợp trong nông nghiệp ỏ Bangladet. Gần đây, những hoạt động của BioLINK như là một công ty duy nhất sản xuất phân sinh học đã được chính phủ Bangladet ủng hộ. Công ty này đang sử dụng một số chủng Rhizobium có hiệu quả cao làm thành phần tác dụng, có tên và ký hiệu là aur 107, Baur 118, Baur 600, Baur 349, Baur 700, Baur 604 v.v... Dịch manitol của nấu lên được dùng làm môi trường nuôi cấy và đất than bùn trong nước được xử lý làm vật mang chế phẩm. Hiện nay mỗi năm BioLINK sản xuất khoảng 7 tấn các loại chế phẩm khác nhau. Công suất có thể đạt 10 tấn/năm, trong khi nhu cầu hiện nay lại tới 20 tấn và có thể còn tăng nữa. Vì các chế phẩm này là một sự kiện mới trong nông nghiệp của Bangladet nên phần lớn nông dân còn chưa quen. Nhưng các chương trình khuyến nông có thể mở rộng thị trường hơn nữa. Công ty có kế hoạch sản xuất các chế phẩm zotobacter, tảo lam và bèo hoa dâu cho lúa và lúa mì. Một kế hoạch tương lai khác là sản sất các nông dược sinh học dựa vào thực vật, như hợp chất Azadirachtin từ cây xoan tzadirachta indica). Các chế phẩm vi sinh nói trên đã chứng tỏ là một dạng thay thế thích hợp cho phân đạm urê hoá học trong trồng trọt các cây họ đậu thực phẩm. Qua những thử nghiệm khác nhau trên đồng ruộng, các chế phẩm nhiễm vào đậu tương đã tỏ ra có hiệu quả gấp n lần so với urê ; những chế phẩm khác hiệu quả gấp đôi hoặc gấp ba. Vì tương đối rẻ, - 21 - chế phẩm vị sinh có thể làm giảm đáng kể chi phí bón phân. đồng thời không có ảnh hưởng xấu đến đất hoặc môi trường. Về phân sinh học phân giải lân. Ấn Độ là nước đang triển khai chế phẩm "Microphos"- mang vi sinh vật phân giải lân, để ứng dụng trong nông nghiệp. Dù loại phân sinh học này chưa thể thay thế phân lân khoáng, nó vẫn có tiềm năng hứa hẹn cho phép khai thác tốt hơn trữ lượng phot phat và phục hồi phân lân nhiều hơn. Nhưng nhìn chung, việc ứng dụng phân sinh học trong sản xuất hiện nay chưa nhiều. Người ta đòi hỏi phải có những hiểu biết nhất định khi sử dụng chế phẩm sinh học, vì đó là những sinh vật. Hiệu lực của chế phẩm phụ thuộc nhiều vào yếu tố môi trường và kỹ thuật sử dụng. Phương tiện bảo quản phân sinh học từ nơi sản xuất đến nơi tiêu dùng cũng phức tạp, nếu không bảo đảm có thể ảnh hương đến chất lượng và hiệu lực của chế phẩm. Để khuyến khích được nông dân sử dụng, ngoài yếu tố rẻ, có hiệu quả rõ ràng. còn phải tuyên truyền và hướng dẫn sao cho các kỹ thụât áp dụng càng đơn giản càng tốt. Xu hướng chung hiện nay là biết áp dụng khôn ngoan và có hiệu quả phân khoáng, các nguồn hữu cơ và chế phẩm vi sinh vật một cách tổng hợp cùng với đất trồng tối ưu và quản lý mùa vụ. dù hệ sản xuất là thầm canh hay quảng canh. Phân khoáng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây dưới dạng tập trung, nhưng thường quá đắt (dù có sẵn) đối với tiểu nông. Các chế phẩm vi sinh vật tương đối rẻ nhưng kết quả áp dụng còn bị hạn chế ở một số ít loài và môi trường tương ứng. Phân hữu cơ là một nguồn chất dinh dưỡng sẵn có, nhưng cần phải bón nhiều mới đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng của cây. Cho nên sử dụng kết hợp các nguồn dinh dưỡng khác nhau không chỉ góp phần khắc phục những bất lợi ở phạm vi vào đó, mà còn do tác dụng qua lại có thể làm tăng năng suất hơn so với năng suất thu được với lượng chất dinh dưỡng bằng nhau từ bất kỳ nguồn nào sử dụng riêng rẽ. 12. Kháng thể đơn dòng chống thụ thai Một loại thuốc chống thụ thai hoàn toàn mới có thể sản xuất được bằng cách dùng một kháng thể đơn dòng ngăn cản các trứng đã thụ tinh làm tổ ở dạ con. Các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Oxford đã phân lập và nhân một kháng thể nhằm vào các tế bào phôi sớm gọi là ngoại phôi bì dinh dưỡng (trophoblasts). Kháng thể này gắn trứng đã thụ tinh vào thành dạ con. Các tác giả tin rằng kháng thể có thể là cơ sở của một dạng mới chống thụ thai. Ở phụ nữ "được gây miễn dịch" bằng kháng thể thì hoặc trứng đã thụ tinh được bao bọc không bám được vào dạ con, hoặc khích thích hệ thống miễn dịch của người để phá huỷ trứng. - 22 - Ưu điểm của phương pháp mới này so với thuốc ngừa thai thông thường là chỉ cần dùng một liều kháng thể cũng có thể kéo dài thời gian không thụ thai tới hàng tháng. Ngoài ra, kháng thể này cũng không làm rối loạn chu kỳ kinh nguyệt bình thường. Công việc thương mại kháng thể đã được chuyển tới Ủy ban lsis lnnovation và cơ quan này đã Xin cấp bằng phát minh sáng chế cho cả kháng thể và dòng tế bào qua độ kháng thể có thể được sản xuất hàng loạt. Các tác giả cũng được cấp bằng đăng ký để sử dụng kháng thể trong các trường hợp hạn chế sinh đẻ, và có thể cả một khoản tiền trợ giúp để thuốc có thể được cung cấp với giá rẻ cho các nước đang phát triển. 13. Vi khuẩn lọc chất nhiễm bẩn không khí. Một dạng vi khuẩn phân hủy tricloetylen (TCE) được xử lý về mặt di truyền hiện đang chờ thử nghiệm lần đầu tiên trên hiện trường. Theo Ronald Unterman, phó chủ tịch Nghiên cứu và Triển khai của công ty Envirogen xử lý sinh học chất thải có hại ở Laurenceville, New Jersey (Mỹ), "bà con được thuần hoá" thuộc loại vi khuẩn tự nhiên này sẽ là "sinh vật cao cấp" phục vụ sự phân hủy TCE. Trong thử nghiệm sử dụng sinh vật ở một địa điểm còn chưa công bố tại bang New York hệ thống bình phản ứng xúc tác sinh lực của công ty có chứa vi khuẩn được lắp đặt tại một nhà máy lọc TCE từ nước ngầm bị nhiễm bẩn. Nhà máv nàv dựa vào một phương pháp gồm hai giai đoạn: láy hóa chất ra khỏi nước và cho đi qua máy lọc cacbon. Công Ty nói trên dẫn khí thải qua bình phản ứng sinh học và sau đó so sánh không khí xử lý bằng vi khuẩn với không khí được xử lý theo cách quen thuộc. Theo Unterman, vi khuẩn phân huỷ tới 90% TCE trong không khí. Sau khi xử lý bằng vi khuẩn, không khí được bơm vào các máy lọc cacbon để lọc hầu hết số TCE còn lại. Unterman ước tính rằng phương pháp khắc phục sinh học có thể là giảm chi phí phân hủy TCE tới khoảng 50% ở các nhà máy sử dụng bộ lọc các bon. Envirogen đã bắt đầu giai đoạn hai của thí nghiệm trong đó công ty này sẽ cố tăng tỷ lệ phân huỷ hoá chất của vi khuẩn. Việc áp dụng công nghệ đang được một số tập đoàn, kể cả Bộ Năng lượng Mỹ thảo luận. Công ty đang đánh giá dạng vi khuẩn được xử lý di truyền. Tập thể của Unterman đã phân lập gen phân hủy TCE và đưa nó vào vi khuẩn E.Coli. Loại vi khuẩn này có thể nuôi bằng glucoza mà Untennan gọi là chất nền không cạnh tranh. Gẹn phá TCE cũng có thể tối ưu hóa và những vi khuẩn mang gen có thể nhân lên nhiều với chi phí thấp. Công ty Envirogen đã đề nghị Cơ quan Bảo vệ Môi trường của Mỹ (EPA) cho phép thử nghiệm với vi khuẩn được biến đổi gen. Nhưng Jnterman cho rằng có thể EPA sẽ không đòi hỏi giấy phép nếu các vi khuẩn đã xử lý bị hạn chế trong một hệ kín, như hệ vẫn được sử dụng trong thử nghiệm thông thường trên hiện trường, chỉ có điều phải thăm dò dư luận. Có thể phải chờ từ 6 tháng đến một năm để bắt đầu thử nghiệm các vi khuẩn phân hủy TCE được xử lý về mặt di truyền. - 23 - 14. Dịch chiết từ rau tăng cường chức năng miễn dịch Giáo sư Mashatoshi Yamazaki ở khoa Dược trường Đại học Tokio (Nhật) cho hay những nghiên cứu của ông đã chứng tỏ rằng dịch chiết từ rau được chế biến đặc biệt có thế tăng cường khả năng kiểm soát miễn địch của cơ thể và có tác dụng chống ung thư.Dịch được chiết từ cải bắp, rau bina và hành tây bằng cách cho những loại rau này vào một máy trộn, ly tâm dịch chiết, sau đó điều chỉnh pH của chất nổi trên mặt. Trong các thí nghiệm ở động vật, Yamazaki đã tiêm dịch này vào tĩnh mạch của chuột và nhận thấy rằng nó làm tăng hẳn nhân tố hủy diệt ung thư máu (TNF). giống như tác dụng của inteferon. Yamazali hy vọng rằng do làm tăng lượng TNF trong máu, dịch chiết: này có tác dụng chống ung thư. 15. Chất dẻo mới có thể phân hủy sinh học Có thể nêu ví dụ về hai loại chất dẻo mới được thông báo. Công ty Kai của Nhật sẽ đưa ra thị trường hai loại dao cạo làm bằng polime sinh học dẻo có thể phân hủy sinh học. Chất dẻo Biopol phân hủy sinh học hoàn toàn này đã được công ty Imperial Chemical Industries PLC (Anh) triển khai. về chức năng giống các chất dẻo thông thường, nhưng được sản xuất bằng phương pháp lên men dùng glucoza từ ngô mía hoặc củ cải đường làm nguyên liệu. Khi chôn xuống đất hoặc vứt xuống biển sau khi dùng. nó bắt đầu phân hủy sau khoảng 3 tháng do tác dụng của vi sinh vật và phân hủy hoàn toàn thành nước và cacbon dioxit trong vòng hai ba năm. Khác với dao cạo bằng kim loại, dao cạo chất dẻo dùng được ở mọi phía. dao cạo kim loại bị ôxy hóa và mòn dần trong môi trường tự nhiên, còn quần tụ dao cạo toàn diện sẽ hoàn toàn biến thành các chất tự nhiên trong đất. Ngay cả khi bị phân hủy, nó sẽ phân hủy thành cacbon dioxit và nước, không để lại một chất độc nào. Còn công ty Showa Chemicals của Nhật đã góp sức cùng vói Bộ Ngoại thương và Công nghiệp triển khai loại chất dẻo dày 50 micron có thể làm giảm bớt phế thải của y tế hơn nữa. Vật liệu được làm bằng polycaprolacton (tới 80%) và polyetylen. có thể dùng để sản xuất nhiều loại sản phẩm. Polycaprolacton là chất dẻo có thể phân hủy sinh học cấu trúc lỏng lẻo, trước sự tấn công của enzim lipaza. Lipaza tiết ra từ các vi sinh vật trong đất làm cho chất dẻo bị phân thành các đoạn nhỏ. Polycaprolacton có thể được gia cố bằng cấu trúc được thiết kế đặc biệt cho polyetylen. Công ty đã có kế hoạch đưa sản phẩm được chế tạo từ loại chất dẻo này ra thị trường từ cuối năm 1992. - 24 - 16. Xử lý phế thải cao su tự nhiên bằng vi sinh vật Viện Công nghệ Quốc gia về Sinh học và Người đã phối hợp thành công cùng với công ty Fuzi Latex của Nhật trong việc phân huỷ các sản phẩm bằng cao su tự nhiên nhờ vi sinh vật đạt hiệu quả cao. Trong những thí nghiệm với găng cao su dày 0.2 mm những găng này bị phân huỷ hầu như hoàn toàn trong vòng hai tuần. Các sản phẩm cao su đã dùng và thải loại thường bị thiêu huỷ và chôn xuống đất nhưng việc Thiêu đốt ở nhiệt độ cao tác hại đến lò, còn nếu chôn vùi lại tác hại đến môi trường. Việc xây dựng công nghệ phân huỷ phế thải cao su tự nhiên có hiệu quả cao này sẽ giúp phát triển một hệ thống xử lý tự động các sản phẩm cao su bi loại với chi phí thấp và sạch. Vi sinh vật phân huỷ cao su đã dùng là chủng 835A thuộc loài Nocardia sp.. được phân lập từ đất canh tác ở tỉnh Tsukuba. Quận Ibaraki. Nhật. Các mảnh thử nghiệm bị phân huỷ còn các đoạn nhỏ đi qua một lưới thép hai lớp. Độ phân huỷ cao nhất là 2.5 và 5 g, và sự phân huỷ thật sự hoàn toàn diễn ra trong 15 ngày là ngắn nhất. Tập thể nghiên cứu trên đã có kế hoạch tìm kiếm loại vi sinh vật phân huỷ cao su tốt hơn và cải thiện điều kiện nuôi cấy. 17. Bình phản ứng cho vi khuẩn ăn metan Những thử nghiệm trên hiện trường của một bình phản ứng sinh học được thiết kế để tiêu huỷ hydrocacbon clo hóa, theo kế hoạch của Công ty xử lý môi trường ABB-ES (Mỹ), được bắt đầu từ năm 1993. Công ty này cho biết họ sẽ sớm nhận được đăng ký phát minh vẽ loại "Bình phân ứng sinh học quay, kín hơi, ưa metan (MARB). Bằng phát minh bao hàm những thay đổi mà các nhà khoa học cùa ABB - ES đã tạo ra cho hệ thống đĩa quay thường được sử dụng trong việc tẩy sạch nước thải có vi khuẩn. Bình phân ứng sinh học gồm có một loạt đĩa polyetylen quay, phù bằng các vi khuẩn ăn metan, trong một bể kín chứa các hóa chất bay hơi. Nước chảy qua đáy bể, còn nguồn thức ăn metan/oxy được bơm từ trên. Vỉ đĩa quay nên vi khuẩn được cung cấp dinh dưỡng lần lượt, sau đó chìm trong nước bẩn. Nếu xử lý các hợp chất không clo hoá, bình phán ứng có thể hoạt động không cần metan. Trong thiên nhiên, vi khuẩn ưa khí mà ABB - ES đang sử dụng có ở ngay bên trên tầng tụ khí trong đầm lầy, là những chỗ giàu metan. Người ta đã thử để MARB xử lý thí điểm nước ngầm ở ba địa điểm bị nhiễm bẩn hắc in, toluen, tricloetylen, clorofooc. clorua vinyl và metacrylat metyl (MMA). Trong mọi trường hợp, bình phản ứng sinh học rút nồng độ chất gây ô nhiễm xuống dưới các mức có thể phát hiện được. Tốc độ mà vi - 25 - huần xử lý các hợp chất cũng đáng ngạc nhiên: chỉ cần khoảng 6 giờ để giảm 500 ppm IMA xuống chưa đầy 1 ppm. ABB - ES đã chọn một quần hợp vi khuẩn ăn metan có khả năng phân hủy một số loại hợp chất khác nhau chứ không phải dùng một giống thuần. Tuy nhiên, có thể vận trung bình phản ứng để điều tiết một số chủng vi khuẩn thuần. Trong thử nghiệm tiếp theo, ABB - ES định xử lý nước ngầm bị nhiễm clorua vinyl, hỗn hợp các hoá chất bị clo hoá và thành phần của dầu mỏ. Nồng độ của các chất ổ nhiễm sẽ nằm trong khoảng dưới ppm tới trên 500 ppm. Công ty này sẽ xin cấp đăng ký công nghệ hoặc thuê một hãng sản xuất, nếu các thử nghiệm cho thấy công nghệ này xuôn xẻ và có lợi về mặt chi phí. Trên đây là một số ví dụ cụ thể trong số nhiều ví dụ khác cho thấy CNSH có thể kết hợp hoặc thay thế hoá học như thế nào Ý nghĩa của việc phải kết hợp hoặc phương pháp này thay thế hẳn phương pháp kia trong sản xuất công nghiệp phụ thuộc vào tính nh lợi hay hiệu quả kinh tế, nguồn nguyên liệu sẵn có hoặc dễ kiếm, ưu thế của sản phẩm về giá cả hoặc giá trị sử dụng, và nhất là tính an toàn đối với sức khoẻ và môi trường. Sở dĩ CNSH ngày càng được chú ý là vì những lẽ đó, nhưng hiện nay nhiều phương pháp của CNSH còn đắt nên chưa hẳn đã cạnh tranh được với các phương pháp hoá học truyền thống. Một số so sánh dưới đây có thể minh hoạ điều này. C. SO SÁNH MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SINH HỌC VỚI CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC 1. Công nghệ enzim Nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ enzim cũng như công việc kinh doanh nhiều loại enzim, cộng đồng hoá học đã có ý thức về các chất xúc tác sinh học tuyệt vời này. Hiện nay, với hơn 2000 enzim được ghi vào danh mục, nhờ hoá học có cả một tập hợp cho phép mình thực hiện tất cả các loại phản ứng hữu cơ lớn, với những ưu điểm hơn với hoá học "truyền thống" trong một số trường hợp. Đó là: - Tính đặc hiệu: chẳng hạn trong lớp glycozidaza có một enzim đặc hiệu cho mỗi loại đường. - Tính chọn lọc vị trí và chọn lọc lập thể: một enzim có khả năng thực hiện sự biến đổi hoá học ở một vị trí nhất định của phần tử cũng như ở một chất đối hình đặc biệt. - Những điều kiện thực hiện các phản ứng enzim thường ôn hoà (nhiệt độ thấp. suất khí quyển, không có độ pH cực đoan), đơn giản hoá được các phương pháp và có thể biến đổi những phần tử nhậy. - 26 - - Trong một số lĩnh vực, nhất là lĩnh vực hương liệu, các phân tử thu được qua xúc tác enzim có thể cho phép cấp nhân "tự nhiên" vốn có tầm quan trọng kinh tế và tác dụng quảng cáo: - Sau hết, đó là những chất xúc tác không gây ô nhiễm vì có thể phân huỷ sinh học được. Ta có thể lấy một ví dụ để so sánh: Hoá học các chất đường là một lĩnh vực hoá học phức tạp do cấu tạo của các chất phản ứng (có nhiều nhóm hydroxit có tính phản ứng giống nhau). Để tạo một tính chọn lọc vị trí và chọn lọc lập thể tốt trong quá trình tổng hợp các dẫn xuất có đường, nhà hoá học đã phải qua những giai đoạn bảo vệ và hoạt hoá các chất phản ứng, vốn kéo dài làm phức tạp sự tổng hợp. Trong trường hợp ấy, công cụ enzim có thể làm đơn giản thật sự vì các glycozydaza (enzim thủy phân đường) hoặc các glycoxyltransferaza (enzim chuyển gốc glycoxyl từ một chất cho đến một chất nhận) sử dụng các chất nền không được bảo vệ và có tính chọn lọc vị trí và chọn lọc lập thể tự nhiên. Trong tổng hợp glycoxerin hoặc Galactoxerin chẳng hạn, các phương pháp hoá học thường lâu và phức tạp vì người ta phải bảo vệ đường và axit amin, nhưng nếu biết khai thác tính đặc hiệu cùa các glycozidaza khác nhau, người ta có thể thu được các chất trên chỉ trong một giai đoạn. Cho dù hiện nay người ta mới đạt được hiệu suất thấp (8 đến 15%), công cụ enzim vẫn là một công cụ tiến bộ quan trọng và cho phép hy vọng vào những phát triển tương lai. Nếu ta tổng kết các phương pháp hoá học công nghiệp dựa trên quá trình chuyển hoá sinh học, ta sẽ thấy rằng nhiều trường hợp phải dùng vi sinh vật trọn vẹn làm chất xúc tác sinh học chứ không phải enzim phân lập. Đó là do: - Làm tinh khiết một enzim, dù chỉ phần nào, cũng đắt và nếu bản thân phương pháp biến đổi sinh học cạnh tranh với phương pháp hoá học thì chi phí làm tinh khiết enzim có thể không lợi bằng phương pháp hoá học; - Trong cơ thể vi sinh vật, enzim ổn định hơn là tách rời, và người ta có thể thu được nhiều lượng chất xúc tác sinh học bằng phương pháp nuôi cấy đơn giản vi sinh vật; - Enzim phân lập chỉ thực hiện được một giai đoạn phản ứng, còn nhờ quá trình chuyển hoá, vi sinh vật có thể kết hợp nhiều giai đoạn; - Sau hết, các vấn đề duy trì và tái tạo các chất tự xúc tác cần cho phần lớn các loại enzim (trừ trường hợp các hydrolaza) vẫn chưa giải quyết được ở quy mô công nghiệp đối với các enzim tinh khiết. - 27 - Người ta đã nói về việc sử dụng các vi sinh vật để thực hiện các phản ứng hydroxyl hoá đặc hiệu. Trên thực tế. các hệ vi sinh vật xúc tác việc đưa oxy vào nhiều loại hợp chất hữu cơ. Việc thêm oxy này là một hoạt tính tự nhiên của vi sinh vật. giúp nó biến đổi các chất ngoại sinh (xenobiotic). Nhưng cũng phải khách quan thừa nhận rằng việc ứng dụng phương pháp biến đổi sinh học trong tổng hợp hữu cơ vẫn còn ít phát triển. Có hai lý do chính: một là về mặt kinh tế - kỹ thuật. enzim có giá thành đắt hơn một chất xúc tác hoá học: nó cũng khó xử lý hơn vì nhậy cảm với nhiệt độ và pH; môi trường tự nhiên của nó thường ở thể dịch trong đó các phân tử hữu cơ ít hoà tan và do đó các phương pháp cổ điển của hoá học không phù hợp. Và hai là các vấn đề phục hồi và tái tạo các chất tự xúc tác cần cho nhiều phản ứng enzim như đã nói ở trên vẫn chưa giải quyết được. Cho nên xu hướng đồng tâm góp sức giữa công nghiệp sinh học và công nghiệp hoá chất có thể sẽ là một giải pháp tốt trong tương lai. Chẳng hạn, người ta đã tổng hợp các chất đường bột (chất hoạt động bề mặt) từ gluconolacton, ervlen diamin và axit panraitic bằng cách kết hợp một giai đoạn hoá học với một giai đoạn enzim. Sự kết hợp hai giai đoạn này có thể giảm bớt chi phí vi dùng giuconolacton rẻ hơn amino -1 - deoxyglucoza. 2. Sản xuất taxol Taxol là một dược liệu tự nhiên chống ung thư bắt nguồn từ vỏ cây thủy tùng ở Thái Bình Dương. Nhiều công ty hoá dược đã có nhiều tiến bộ trong việc làm tăng sản lượng taxol từ cây thuỷ tùng bàng các phương pháp khác nhau. Phương pháp lúc đầu là chiết suất taxol từ vỏ cây nói trên, nhưng phải cần từ 4 đến 6 cây mới tạo ra được 2 g taxol, một liều lượng chỉ đủ chữa cho một người bệnh. Chi phí cho phương pháp này và tính chất khan hiếm cây thủy tùng khiến người ta phải tìm kiếm các nguồn khác. Chẳng hạn, công ty Bristol có cơ sở ở Mỹ đã có ý định từ bỏ dần taxol từ vỏ cây vào năm 1997. Hiện nay có bốn phương pháp sản xuất taxol khác nhau: chiết suất taxol từ các nguồn tái sinh, bán tổng hợp các nguyên liệu tương tự về mặt hoá học thành taxol, nuôi cấy tế bào thực vật nhằm sản xuất taxol từ các tế bào của mô cây thủy tùng, và tổng hợp hoàn. toàn taxol trong phòng thí nghiệm. Sản xuất raxol từ các nguồn tái sinh, như cành và lá kim của những cây thuộc các loài cung cẩp taxol có thể tăng sản lượng taxol so vói phương pháp chiết từ vỏ cây. Tuy nhiên, người ta phải xây dựng các vườn ươm cây phục vụ phương pháp thay thế này. Vì thủy tùng là cây lớn chậm. sẽ phải chờ gần 7 năm trước khi xem phương pháp này có khả thi về mặt kinh tế không. - 28 - Tổng hợp một phần taxol từ các nguyên liệu tương tự về mặt hoá học như deaxetylbaccatin III là một phương pháp khá có triển vọng. nhưng phương pháp nhanh nhất và có triển vọng nhất là sản xuất taxol bằng công nghệ nuôi cấy tế bào. Mới đây. Prank Dicosmo ở Trung tâm CNSH Thực vật thuộc trường Đại học Toronto (Canada) đà công bố bằng kỹ thuật nuôi cấy của ông làm tăng sản lượng taxol lên gấp bốn lần so với lượng taxol từ vỏ cây loài Taxus brevifolla. nguồn dược liệu duy nhất về mặt thương mại hiện có. Ngoài việc tạo ra nhiều dược liệu hơn. phương pháp nuôi cấy không đòi hỏi phải triệt hạ toàn bộ cây. Tập thể của Dicosmo cắt các mô mà họ cần từ cây thủy tùng cành (Taxus cusvidata) hoặc một loài than thuộc khác gọi là canadensis, Khi cho mô vào môi trường thạch dinh dưỡng và ủ, các tế bào của cây nhân lên thành một khối tế bào coi là mô sẹo (callus). Sau khoảng 30 ngày, họ nghiền mô nuôi cấy và chế biến. thu được khoảng 0.02% taxol tính theo trọng lượng. gần gấp hai lần so với taxol thu từ vỏ cây thuỷ tùng Thái Bình Dương. Các nhà nghiên cứu cũng nuôi cấy mô hoặc tế bào huyền phù trong nước canh. Bằng phương pháp này, họ đã thành công là làm tăng sản lượng tới gấp bốn lần so với chiết suất từ vỏ cây Dicosmo hy vọng rằng taxol được sản xuất theo cách này sẽ sẵn có trên thị trường trong vòng 5 năm nữa. Phương pháp tổng hợp hoàn toàn taxol trong phòng thí nghiệm xem ra ít có triển vọng hơn cả, nhất là trong tương lai cần, trừ phi có những phát hiện bất ngờ. Hiện nay, Escagenetics, một công ty ở California cũng đang nuôi cấy tế bào cây thủy tùng để sản xuất taxol, trong khi mội số tập thể các nhà hóa dược lại cố tổng hợp chất này từ các nguyên liệu tương tự. Trong ví dụ này, CNSH hay công nghệ hoá học sẽ được chọn trong tương lai có thể phụ thuộc vào năng suất. chất lượng và hiệu quả kinh tế. 3. Sản xuất etanol Triển vọng kinh tế của biến đổi sinh khối thành etanol là một vaasn đề phức tạp, không chỉ liên quan đến giá dầu mỏ mà cả chi phí để sản xuất các loại đường lên men. Đường lên men từ sinh khối bao gồm các loại đường hexoza như glucoza. galactoza và manoza, hoặc pentoza,-xyloza và arabinoza, có .thể lên men thành etanol. Lấy Bắc Mỹ làm ví dụ, trong số bốn nguồn năng lượng chính được sử dụng, dầu mỏ đáp ứng nhiều nhất trong tổng số năng lựơng và chiếm phần phải nhập cao nhất. Năng lượng sử dụng nhờ khu vực vận chuyển chiếm 22 quads (1 quad = l015 BTU - đơn vị nhiệt lượng Anh) năm 1989 và chiếm hơn 60% tổng lượng tiêu thụ dầu mỏ. Ngoài ra, do Gần như hoàn toàn phụ thuộc vào dầu mỏ, khu vực vận chuyển đã thực sự không có khả năng chuyển sang các nhiên liệu khác nếu chẳng may việc cung cấp bi ngừng trệ. - 29 - Ô nhiễm không khí cũng là một yếu tố quan trọng khuyến khích mối quan tâm đối với các nhiên liệu thay thế trên quy mô toàn cầu: cacbon dioxit chịu trách nhiệm hơn một nửa về sự thay đổi khí hậu do con người gây ra. Nhiên liệu vận chuyển chiếm 27% của 3.3 tỉ tấn CO2 thải ra hàng năm ở Mỹ do đốt nhiên liệu hoá thạch. Xe cộ chiếm 4.7% lượng thải CO2 do con người (trên toàn thế giới) trong đó xe cộ ở Mỹ chiếm 2.5 % tổng lượng thải. Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) đã cho rằng lợi ích có ý nghĩa lâu dài đối với môi trường dễ thu được nếu sử dụng etanol cho các động cơ được thiết kế nhằm tận dụng tính chất cháy hết. Hiện nay khoảng 100 khu vực ở Mỹ vượt quá các tiêu chuẩn về chất lượng không khí ở xung quanh theo quy định (NAAQS) đối với ozon, ảnh hưởng tới hơn một nửa số dân của nước này. Mặc dù phạm vi của những cải thiện các mức ozon và độc tố trong không khí dự kiến còn tương đối nhỏ (5 -15%), những cải thiện này vẫn có ý nghĩa vì việc khử ozon củng khó đạt được. Phựơng pháp biến đổi hoá sinh các phế liệu lâm nghiệp hoặc nông nghiệp thành etanol tỏ ra là một phương án có hiệu quả nhất để sử dụng tất cả các thành phần của sinh khối cơ bản dưới dạng nhiên liệu có thể pha với xăng (etanol-xăng 15 - 85%) và sau đó sử dụng trực tiếp trong cơ sở hạ tầng của nhiên liệu vận chuyển thông dụng ở một số vùng trên thế giới. như Braxin, gần như 98% cồn được sử dụng trực tiếp, còn ở Bắc Mỹ phương pháp dùng etanol pha xăng chiếm ưu thế. Hầu như toàn bộ etanol vận chuyên được sử dụng có xác định thời gian đã bắt nguồn từ chất nền tinh bột hoặc đường như ngô hoặc mía. Phương pháp biến đổi sinh học phế liệu xơ gỗ vẫn còn phải chuyển qua giai đoạn triển khai sản xuất. Trong 5-10 năm qua, một số nhà máy sản xuất thử etanol từ sinh khối đã được xây dựng ở Pháp, Áo, Canada, Mỹ và Nhật. Nhưng, không một nhà máy nào hợp nhất được với việc xử lý chất thải quen thuộc, tái chế phế liệu v.v... hoặc hoạt động liên tục trong một thời gian dài. Tuy nhiên, rõ ràng phần lớn các nhà máy thí điểm và công việc nghiên cứu trong lĩnh vực này đều dựa vào enzim và phương pháp dùng axit để thủy phân xenluloza thành glucoza chủ yếu mới đang ở giai đoạn nghiên cứu chứ không phải ở mức triển khai. Tất cả các nhà máy dựa vào enzim đều có một dạng xử lý giống nhau với các bước như dùng hơi nước có áp suất cao để xử lý sơ bộ các phế liệu xơ gỗ, phân đoan xenluloza, hemixenluloza và chất gỗ. kèm theo thủy phân bằng enzim phần xenluloza và làm lên men đường được tạo ra thành etanol (Xem sơ đồ 2). Theo một báo cáo của M. Raymond Levy đệ trình chính phủ Pháp tháng 2 năm 1993 thì loại "xăng xanh" này cũng còn nhiều vướng mắc, nhất là lợi ích kinh tế ngắn hạn so với hydrocacbon. Hiện nay người ta vẫn đang cố gắng xác định các phương pháp để giảm chi phí sản xuất etanol bằng CNSH. Trong tương lai, nếu trữ lượng dầu nỏ cạn dần thì buộc phải đa dạng hoá nguồn nhiên liệu, hoặc nếu không tìm được phương pháp và - 30 - nguyên liệu nào khác thích hợp với giá rẻ. thì có lẽ sản xuất nhiên liệu bằng CNSH và. phương pháp hoá học đều song song tồn tại,trừ phi những vướng mắc về môi trường ngày càng tăng đòi hỏi phải chấp nhận một giải pháp an toàn dù với giá đắt. Sơ đồ 2. Sơ đồ phương pháp biến đổi sinh học. Đường đứt đoạn minh họa các bước xứ lý thay thế (Theo Nguyen và Sađler 1991). - 31 - D. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Lịch sử khoa học đã cho thấy một mối quan hệ gắn bó của CNSH và CNHH. Cùng một nền sản xuất công nghiệp có thế áp dụng lĩnh vực này hoặc lĩnh vực kia.Ngay trước khi các khoa học về sự sống có bước tiến hiện đại, con người đã tìm cách giữ gìn hay thay đổi chất sống bao quanh mình. Nếu theo khái niệm và các CNSH đã giới thiệu ở phần đầu thì đó là một nền công nghệ cách mạng. nhưng thật ra chúng vẫn bắt nguồn từ một tập hợp các phương pháp tiếp thu từ những kinh nghiệm truyền thống. Cách đây hàng nghìn năm dù chưa có đến thức. con ncưòi cũng là một "nhà CNSH". Chẳng hạn, họ đã biết áp dụng các khả năng của vi sinh vật trong việc chế biến, bảo quản và cải tiến thức ănr đồ uống và ngay cả sản xuất một số loại sợi (ngâm đay-gai, nước uống lên men, các kỹ thuật bảo quản thực phẩm...) và những kinh nghiệm này hiện nay vẫn tồn tại. Phải sau thế kỷ 19, phương pháp biến đổi sinh học nhờ sự lên men mới bắt đầu được tiêu chuẩn hóa và người ta mới có thể thu được những sản phẩm đồng nhất rõ rệt, có thể tái sinh được. Quan hệ giữa CNSH và CNKH được minh họa rõ vào thế kỷ 19. Trước năm 1850, việc dệt sợi dựa vào cách dùng chất nhuộm từ động vật hay thực vật (cây chàm. cây hiến, rệp son...). Sau năm 1850 và nhất là sau cuộc chiến tranh Pháp-Phổ (1870-1871). những tiến bộ về khoa học và việc áp dụng trong CNHC đã cho ra đời các chất nhuộm hóa học bền hơn. có hiệu quả hơn, đa dạng hơn, và do đó làm thay đổi hẳn các công nghiệp truyền thống trong đó một số bị đe doa và số khác phá sản. Lần đầu tiên trong thời đại sau nông nghiệp, các sản phẩm bắt nguồn từ quá trình tổng hợp hóa học đã cạnh tranh với những sản phẩm đi từ quá trình biến đổi tự nhiên. Sau đó ít lâu, những tiến bộ của hóa học hữu cơ và nhất là trong lĩnh vực phân tích đã giúp người ta biết được thành phần các hỗn hợp, đặc biệt là những chất chiết tách từ cây thuốc (dược liệu), khiến có thể chuyển từ một nền sản xuất thủ công sang sản xuất công nghiệp. Chẳng hạn, sau năm 1870 sản xuất ký ninh hay các chất chống viêm như salixylat chiết "từ cây liễu là chất được thay thế bằng các sản phẩm tổng hợp hóa học có hiệu lực hơn và ít độc hơn. Cũng trong thời gian nàv? công trình của Pasteur và Buchner về phát hiện vai trò của vi sinh vật trong các quá trình lên men cũng như lây nhiễm đã mở ra con đường cho vi sinh vật học và miễn dịch học, sau đó tạo điều kiện để cải tiến sự lên men (bia, rượu...) và trong cuộc đấu tranh chống các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn hay virut. Trong thời gian chiến tranh thế giới thứ nhất. nhu cầu ngày càng tăng về axeton trong chế tạo thuốc nổ đã đầy nhanh tiến bộ của các phương pháp lên men. Đức là cường quốc chính ở châu Âu đã cung cấp axeton và các dung môi khác cần cho công nghiệp của - 32 - một số nước châu Âu. Sự rạn nứt các mối quan hệ buôn bán do chiến tranh là cái đà để nghiên cứu và thực hiện các vấn đề lên men công nghiệp Lần này axeton hoá học đã được sản xuất băng CNSH (sự lên men,. Phương pháp lên men được tiếp tục trong thời gian giữa hai cuộc đại chiến với sản xuất công nghiệp một số chất có nguồn gốc sinh hoá (vitamin B2. giyxerin. socboza. axit xitric hoặc các dẫn xuất của xenluloza biến đổi sinh học). Tuy vậy. trong suốt giai đoạn này sự đóng góp của CNHC trong sản xuất các chất có úng dụng công nghiệp hay dược phẩm ngày càng tăng. Sau năm 1945. CNSH bước vào một thời kỳ mới. Người ta phát hiện ra penixilin và công nghiệp các chất kháng sinh. steroit. vitarnin. axit amin... đã phát triển do tiếp thu các kỹ thuật lên men hoàn hảo hơn và do sử dụng các enzim hãm động và các phương pháp liên tục. Trong số các thành Tựu nổi bật nhất có thể kể việc sản xuất axít glutamic với quy mô lớn của hãng Tanabe Seyaku năm 1969. và nhất là penixilin, nhờ sử dụng enzim penixilin) axyclaza (phương pháp của Toyo Zojo. 1976). Trong thời kỳ sau chiến tranh này. đối với phần lớn các chất có cấu tạo phức tạp (như đa số các chất kháng sinh). tổng hợp hoá học không cạnh tranh được về phương diện công nghiệp với các phương pháp lên men, về chưa hoàn chỉnh được một phương pháp tổng hợp kinh tế hơn. Một bước ngoặt quyết định diễn ra năm 1974 với việc hoàn chỉnh KTDT (tái tổ hợp ADN in vitro) tạo thuận lợi cho những tiến bộ rõ rệt trong ứng dụng thực tế; như sản xuất các chất có hoạt tính sinh học ở quy mô công nghiệp, dù còn đắt và ít nhưng là hiện thực (insulin của người, hocmon sinh trưởng của người, nhân tố chống đông máu...). Đây cũng là lúc mà các sinh vật được sử dụng để lên men trong công nghiệp có thể làm biến đổi ít nhiều theo ý muốn. CNHC lại bắt đầu lợi dụng được đáng kể những phương tiện kỹ Thuật mới này để có nhiều chất có hoạt tính sinh học vốn khó thu được từ hoá học truyền thống vì công việc chiết tách từ các mô rất khó. Mặt khác, trong thời kỳ này, CNSH tỏ ra đáp ứng được về mặt lý luận trước các vướng mắc do cuộc khủng hoảng kinh tế vào đầu những năm 70. Trên thực tế, sản xuất dựa vào CNSH có thể sử dụng các nguyên liệu không cần dầu mỏ. Các phương pháp CNSH thường ít đòi hỏi năng lượng nhưng vẫn có thể làm với quy mô lớn và đạt hiệu suất đáng kể. Trong sự phát triển các CNSH mới. không những hoá học mà các lĩnh vực khoa học - kỹ thuật khác cũng cần. Có ba lý do chính giải thích lợi ích của CNSH nói chuns và việc áp dụng nó trong CNHC nói riêng. Trước hết, hoá học - nguồn cung cấp truyền thống các mặt hàng trung gian cho nhiều lĩnh vực hoạt động, vẫn có vị trí phát triển trong hệ thống sản xuất chịu tác động của CNSH. Ngoài ra. cấu tạo của các nhóm hoá học thường rất đa dạng (dược phẩm, nóng hoá phẩm...) càng đa dạng hoá thêm do CNSH. Sau hết. - 33 - CNSH sẽ có cơ cấu sản xuất và vai trò kinh tế phát triển dưới ảnh hưởng của cuộc "thể giới hoá" công nghệ trong đó CNSH đang làm đảo lộn hoạt động của nó. Trong các ví dụ đã nêu trong tài liệu này. rất khó tách biệt sinh học với hoá học. và ý nnhĩa của vấn đề phương pháp này thay thế hoặc kết hợp với phương pháp kia chỉ là tương đối, trừ phi hiểu theo nghĩa hẹp là so với phương pháp truyền thống quen thuộc. Dẫu sao thì cuộc cách mạng về CNSH hiện nay cũng làm cho nhiều ngành công nghiệp. trong đó có CNHC đứng trước thử thách mới. Có thể mối quan hệ thị trường -công nghệ - môi trường sẽ làm cho CNSH và CXHC xích lại gần nhau hơn. - 34 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Genetic Engineering and "Biotechnology Monitor. UKIDO. Issue No. 43. 1993 2. Gabin Vic De nouveaux outils en chimie fine. Biofuitur. 1991. 105. 40-46 3. 1.F. Chaplin. C Bucke. Enzyme Technology. Cambridge University Press. 1990 3. M.F Chaplin. C.Bucke. Enzyme Technolocy. Cambridge University. Press. 990. 4. Pascale Scheromm. Biocarburants:A vos marques. Biofutur. 10/1993,18-24 5.iotechnologies: des additifs phis naturels. RIA. No 490,11/1992 5. Biotechnologies: de adolitifs plus narurels. RIA. N o 490, 11/1992 6. Biotechnology. lts Perspective and Applications. Tech Moniton 8-9/1993 7. công nghệ sinh học và Công nghiệp Hoá chất. Thông tin phục vụ lãnh đạo. Trung tâm thông tin Khoa học Kỹ thuật Hoa chất. số 2/1992 7. Công nghệ sinh học và Công nghiệp hóa chất. Thông tin phục vụ lãnh đạo. trung tâm Thông tin Khoa học Kỹ thuật Hóa chất. Số 2/1992. 8. Nông dược Sinh học. Thông tin phục vụ lãnh đạo. Trung tâm Thông tin Khoa học Kỹ thuật Hoá chất, số 5/1992 9. Phân sinh học. Thông tin phục vụ lãnh đạo, Trung tâm Thông tin Khoa học Kỹ thuật Hoá chất, số 3/1993 10. Khống chế tính đề kháng của sâu hại đối với độc tố của Bacillus thuringiensis. Thông tin kinh tế kỹ thuật Hoá chất, Trung Tâm Thông tin Khoa học Kỹ thuật Hoá chất. số 4/1993 11. Các hãng hoá chất lớn trước sự đổi mới. Những vấn đề chiến lược phát triển quản lý, Bộ Công nghiệp nặng, 3/1992 12. Irma Vijn et.al, Nod Factors ahd Nodulation in Plant. Science, Vol. 260. 1993, 1764-1765. 13. Biotechnology inAgriculture, Forestry andpisheries. FAO, 1993 - 35 - 14. Strategies for Assessing the Sarety of Foods Produced by Biotechnology FAO/WHO. Geneva. 1991. 15. Biotechnology and Development Monitor. No. 13. 12/1992 16. New Scientist. 17/10/1992: 9/1/1993. 17. Me Graw Hill's Biotechnology Newswatch. 16/11/1992 và 7/12/1992. 1S. Science News, 5/9/1992. 19. Journal of Applied Bacteriology. 73. 407, 1991 20. Lydia M.Joson, The ITDI Improved Processes for Ethanol Prociuction. Industrial Technology Development Institute. Manila, Philippines,12/1991. 21. Nghị quyết của Chính phủ về phát triển CNSH ở Việt Nam đến năm 2010. số 18/CP, ngày 11/3/1994. - 36 - MỘT VÀI Ý KIẾN NHẬN XÉT VỀ BÀI TỔNG LUẬN "CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT" của tác giả Nguyễn Ngọc Hải Sau khi đọc bài tổng luận "Công nghệ sinh học và công nghiệp hóa chất" của nhà biên soạn Nguyễn Ngọc Hải, chúng tôi xin có một số ý kiến phát biểu tóm tắt như sau: Bài tổng luận gồm gần 40 trang viết tay với nội dung khá phong phú về CNSH và mối quan hệ của nó với CNHC. Trước hết tác giả giúp bạn đọc hiểu được khái niệm cơ bản và nội dung hoạt động nghiên cứu của CNSH. đã dàv công thu thập được khá nhiều thông tin về CNSH thuộc nhiều lĩnh vực nghiên cứu cũng như ứnc dụng của nó như: Công nghiệp, nông nghiệp, y tế, chế biến lương thực thực phẩm, môi trường khai khoáng v.v... Tác giả đã đưa ra một loạt các thí dụ cụ thể về ứng dụng thực tiễn của CNSH trong đời sống như: tổng hợp enzym. mì chính, axit hữu cơ, protein. vacxin. ethamol - nhiên liệu chiến lược thay thế cho dầu mỏ v.v và v.v... Qua các thí dụ được nêu ra. tác giả giải thích rõ những tính ưu việt cũng như những giới hạn khó khăn chưa vượt qua được của CNSH. Cũng tương tự như vậy khi tác giả đề cập tới CNHC - một lĩnh vực hoạt động có nhiều gần gũi với CNSH. Từ những phân tích đánh giá, tác giả giúp cho bạn đọc thấy được sự cần thiết phải có sự hợp tác giữa các nhà CNSH và CNHC Sự phối họp đó chẳng qua chỉ nhằm mục đích đi tới sự hoàn thiện hoặc 1 công nghệ, sản xuất 1 hóa chất phức tạp siêu sạch chất lượng cao, hay làm trong sạch môi trường sống v.v và v.v... Xét cho cùng là để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất Trong lịch sử phát triển khoa học. do sự tiếp cận mạnh mẽ giữa hóa học và sinh học đã sinh ra một ngành khoa học mới là hóa sinh. Vậy thì sự liên kết giữa CNSH và CNHC để tạo ra các giải pháp kỹ thuật tối ưu cho công nghệ sản xuất các hóa chất cần thiết là điều đương nhiên. - 37 - Từ sự nhận thức của mình tác giả cũng đã mạnh dạn đưa ra các nhận xét về xu thế phát triển của CNSH và quan điểm về cách giải quyết một số vấn đề cụ thể có liên quan đến công nchệ sinh học như: vấn đề môi trường sống. bảo vệ cây trồng... phải mang tính tổng hợp trên cơ sở tôn trọng các quy luật tự nhiên. Điều chắc chắn là bài tổng luận này sẽ rất bổ ích cho các nhà quản lý, các nhà chiến lược tìm tòi và phác thảo ra các kế hoạch cho khoa học - công nghệ và môi trường. Người nhận xét PTS Nguyễn Đình Lạc Trường BM Di truyền Vi sinh Viện Di truyền Nông nghiệp và các cộng sự