Ракетное топливо из антибиотика

Главная характеристика всего, что летает – это вес. И чем он меньше, тем лучше. Этот принцип работает и для птиц, которые в ходе эволюции облегчили до минимума все части тела, какие только можно, и для рукотворных механизмов, таких как самолёты и ракеты, при разработке которых борьба идёт за каждый лишний грамм. Однако лёгким должен быть не только сам летательный аппарат, но и топливо, которое он использует для полёта. Что значит «лёгкое» топливо? Оно должно быть в том числе «высококалорийным» – давать возможность получить максимум полезной энергии из килограмма топлива при его сгорании.

Однако не только теплотой сгорания славятся хорошие топлива. Возьмём простейший углеводород – газ метан. У него самая большая теплота сгорания среди углеводородных собратьев, если считать в джоулях на килограмм. Однако метановые ракеты на Луну пока ещё не полетели, тогда как ракеты на обычном и не таком энергетически насыщенном керосине делали это уже не раз. Почему? Потому что керосин – он хоть и горит «не очень» хорошо, зато он жидкий и дешёвый, его можно налить в бак, «прикрутить» к баку двигатель и, грубо говоря, полететь на орбиту. А метан – это хоть и тоже дешёвый, но газ, который перед тем, как поместить в бак, нужно сжать и охладить до очень низких температур. К тому же бак для жидкого метана должен быть не «простой», а криогенный, способный выдерживать избыточное давление и поддерживать метан в жидком состоянии – это всё увеличивает массу ракеты, усложняет инфраструктур космодрома и влечёт целый шлейф инженерных проблем. Поэтому если уж использовать сжиженный газ в качестве топлива, то лучше сразу брать жидкий водород – это на сегодня самое высокоэнергетическое топливо, на котором только могут летают ракеты. Но какому ракетостроителю не хочется убить двух зайцев: сделать жидкое и одновременно высокоэнергетическое топливо?

Так появился гептил – хорошее топливо за одним лишь исключением – оно чрезвычайно ядовитое. Выбирая на чём лететь в космос: на просто взрывоопасной бочке или на ядовитой взрывоопасной бочке, поневоле хочется склониться к первому варианту. В конце 1960-х годов в СССР разработали ещё один вид жидкого углеводородного ракетного топлива, получившее название синтин. Это искусственно созданный углеводород, в структуре которого три циклопропановых фрагмента (это циклы из трёх атомов углерода, «треугольники», если нарисовать структурную формулу). Эти углеводородные треугольнички делают всю молекулу высокоэнергетичной – они хорошо горят, дают много тепла и не сравнятся с гептилом по ядовитости. Но и у этого топлива есть недостаток – оно дорогое в производстве. Синтезировать такие молекулы очень дорого, да и само химическое производство весьма вредное. Но если ракетостроительные химики зашли в тупик, самое время просить помощь, нет не у зала, а у бактерий.

Например, у бактерии из рода стрептомицеты. Среди них есть два вида, синтезирующие молекулы антибиотиков, в структуре которых есть те самые заветные циклопропановые треугольники. Притом не три, как в молекуле синтина, а целых пять! Вообще, циклопропановые кольца – весьма редкая биохимическая «экзотика» – очень мало кто из известных живых организмов умеет их синтезировать. Как сообщает в журнале Joule группа исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и ещё нескольких научных центров, им удалось определить класс белков, ответственных за синтез циклопропанов у бактерий стрептомицетов: это оказались ферменты из группы поликектидсинтаз.

Немного «поднастроив» геном изученных бактерий, учёным удалось улучшить выработку нужных уникальных ферментов и синтезировать с их помощью целую группу высокоэнергетических молекул, содержащих от трёх до семи циклопропановых колец. Ферменты из группы поликектидсинтаз используются бактериями, грибами и растениями для выработки широкого круга веществ, в том числе обладающих антимикробной или антигрибковой активностью. Так что помимо новых антибиотиков бактерии могут в недалёком будущем «подарить» нам ещё и дешёвое ракетное или авиационное топливо.