Po desítky tisíc let se lidé spoléhali na přírodu, která jim poskytovala vše, co potřebovali ke svému pohodlí. Tkali oděvy a látky z vlny, bavlny nebo hedvábí a barvili je barvivy pocházejícími z rostlin a zvířat. Stromy poskytovaly materiál na stavbu domů, nábytku a vybavení. To vše se však změnilo v první polovině dvacátého století, kdy organická chemie vyvinula metody, jak mnohé z těchto produktů vyrábět z ropy. Syntetické polymery odvozené z ropy a obarvené umělými barvivy brzy nahradily přírodní vlákna v oděvech a tkaninách. Plasty rychle nahradily dřevo a kovy v mnoha spotřebních předmětech, budovách a nábytku. Biologie se však možná chystá těmto syntetickým spotřebním výrobkům na bázi ropy pomstít. Přísnější ekologické předpisy a rostoucí množství nerozložitelných syntetických materiálů na skládkách učinily biologicky odbouratelné výrobky opět atraktivními. Rostoucí obavy ze závislosti na dovozu ropy, zejména v USA, a vědomí, že světové zásoby ropy nejsou neomezené, jsou dalšími faktory, které přiměly chemický a biotechnologický průmysl zkoumat bohatství přírody a hledat metody, jak nahradit syntetické výrobky na bázi ropy.

Tomu je věnováno celé odvětví biotechnologie, známé jako „bílá biotechnologie“. Využívá živé buňky – kvasinky, plísně, bakterie a rostliny – a enzymy k syntéze produktů, které jsou snadno rozložitelné, vyžadují méně energie a při jejich výrobě vzniká méně odpadu. Nejedná se o nedávný vývoj: biotechnologie ve skutečnosti přispívá k průmyslovým procesům již nějakou dobu. Po desetiletí se bakteriální enzymy hojně používají při výrobě potravin a jako aktivní složky pracích prášků, aby se snížilo množství umělých povrchově aktivních látek. Transgenní Escherichiacoli se používají k výrobě lidského inzulínu ve velkých fermentačních nádržích. a první racionálně navržený enzym, používaný v pracích prostředcích k rozkladu tuků, byl představen již v roce 1988. Výhody využívání přírodních procesů a produktů jsou různorodé: nejsou závislé na fosilních zdrojích, jsou energeticky účinnější a jejich substráty a odpady jsou biologicky rozložitelné, což přispívá ke snížení jejich dopadu na životní prostředí. Bílé biotechnologie využívající alternativní substráty a zdroje energie již přinášejí mnoho inovací v chemickém, textilním, potravinářském, obalovém a zdravotnickém průmyslu. Není tedy divu, že se akademici, průmysl a politici stále více zajímají o tuto novou technologii, její ekonomiku a jejípřínos pro zdravé životní prostředí, což by z ní mohlo učinit důvěryhodnou metodu udržitelného rozvoje.

Jedním z prvních cílů bílé biotechnologie byla výroba biologicky odbouratelných plastů. V posledních 20 letech se toto úsilí soustředilo především na polyestery 3-hydroxykyselin (PHA), které jsou přirozeně syntetizovány širokou škálou bakterií jako zásoba energie a zdroj uhlíku. Tyto sloučeniny mají podobné vlastnosti jako syntetickétermoplasty a elastomery od propylenu po kaučuk, ale jsou zcela arychle degradovány bakteriemi v půdě nebo ve vodě. Nejrozšířenějším PHA je poly(3-hydroxy-butyrát) (PHB), který bakterie syntetizují z acetyl-CoA.Bakterie Ralstonia eutropha, která roste na glukóze, může nahromadit až 85 % své suché hmotnosti v PHB, což z tohoto mikroorganismu činí miniaturní bioplastovou továrnu.

Hlavním omezením komercializace takových bakteriálních plastůbyla vždy jejich cena, protože jejich výroba je 5-10krát dražší než výroba polymerů na bázi ropy. Proto bylo vynaloženo mnoho úsilí na snížení výrobních nákladů prostřednictvím vývoje lepších bakteriálních kmenů,ale nedávno se objevila potenciálně ekonomičtější a k životnímu prostředí šetrnější alternativa, a to modifikace rostlin za účelem syntézy PHA. Malé množství PHB bylo

poprvé vyrobeny v Arabidopsisthaliana po zavedení genů R. eutropha kódujících dva enzymy, které jsou nezbytné pro přeměnu acetyl-CoA na PHB (Poirier et al., 1992). Společnost Monsanto (St. Louis, MO, USA) pak tento proces v roce 1999 zdokonalila. Přestože tato nová vlna polymerů máobrovský potenciál, načasování jejího vývoje je nejisté. Po počátečním nadšení společnosti Monsanto a AstraZeneca (Londýn, Velká Británie) od těchto projektů upustily z důvodu nákladů. „Výroba biopolymerů z rostlin je slibnou a fascinující vědeckou výzvou,“ řekl Yves Poirier z Laboratoře rostlinných biotechnologií na Institutu ekologie Univerzity v Lausanne ve Švýcarsku. Podle něj se společnosti zdráhají tyto projekty realizovat, protože vyžadují dlouhodobé investice, které neodpovídají finančním a časovým plánům společností. „Pro zlepšení rostlin je třeba ještě zavést další genetické modifikace,“ řekl, „a jakmile budou tyto rostliny vytvořeny, budou vyžadovat specifické protokoly sklizně a ošetřování s ohledem na běžné rostliny. To vše se promítá do velkých investic do nové infrastruktury a zpracovatelských systémů a do značného množství času.“ Osm až deset let je jeho hrubý odhad toho, jak dlouho bude trvat, než by se PHA vyráběné rostlinami mohly stát ekonomicky životaschopnými.

Plány na výrobu trička z kukuřičného cukru se dostaly do stejnéimpase. Společnost Dupont (Wilmington, DE, USA), která vynalezla nylon, již řadu let vyvíjí polymer na bázi 1,3-propandiolu (PDO) s novouúrovní výkonnosti, pružnosti a měkkosti. Polymerizační závod společnosti Dupont vDecaturu ve státě Illinois (USA) nyní úspěšně vyrábí PDO z kukuřičného cukru, který je obnovitelným zdrojem. Ale přestože je jejich polymer na bázi kukuřice s názvemSorona® šetrnější k životnímu prostředí a má lepší vlastnosti, je opět na trzích, aby byl úspěšný. „Společnost plánujeefektivní přechod z výroby na bázi ropy na výrobu na bázi bio,“ řekl Ian Hudson, obchodní ředitel společnosti Dupont pro Soronu®, „ale stane se tak, pokud ekonomický proces a požadavky trhu tento přechod ospravedlní.“

Cargill Dow (Minnetonka, MN, USA) šel ještě o krok dál. Společnostvyvinula inovativní biopolymer NatureWorks™, který lze použítna výrobu předmětů, jako jsou oděvy, obaly a kancelářské vybavení. Polymer se získává z kyseliny mléčné, která se získává fermentací kukuřičného cukru. Již byl účinně uveden na trh a nedávno se objevil v amerických obchodech s potravinami jako obal na biopotraviny.

Dalším výrobkem, který by mohl mít velký prospěch z inovační biotechnologie, je papír. Velká část nákladů a značného znečištění při výrobě papíru je způsobena „kraftingem“, což je metoda odstraňování ligninu z dřevěného substrátu. Lignin je po celulóze druhým nejrozšířenějším polymerem v přírodě a poskytuje rostlinám strukturální stabilitu. Vzhledem k významným ekonomickým přínosům, jichž lze dosáhnout, se mnoho výzkumů zaměřilo na snížení množství ligninu nebo úpravu jeho struktury ve stromech při zachování jejich růstu a strukturální integrity. Geneticky modifikované stromy s těmito vlastnostmi již existují (Hu et al.,1999; Chabannes et al., 2001;Li et al., 2003), ale peníze se na nich pravděpodobně v dohledné době nevydělají. Přestože by papírenský průmysl mohl dosáhnout značného zisku snížením výrobních nákladů, žádné velké projekty v tomto směru zatím nebyly realizovány. Alain Boudet, profesor Centra pro rostlinné biotechnologie na Univerzitě Paula Sabatiera (Castanet-Tolosan, Francie), identifikoval dvě hlavní překážky pro komercializaci transgenního dřeva. „Za prvé, stromy s pozměněným ligninem budou potřebovat více testů jejich skutečné výkonnosti v terénu mimo laboratoř, než budou široce používány,“ vysvětlil. „Zadruhé, a s mnohem většími obtížemi, bude nutné vybojovat souhlas veřejnosti s dosud novýmitransgenními organismy a s distribucí produktů z nich odvozených.“

Biotechnologie se také soustředí na výrobu energie zobnovitelných zdrojů a biomasy. Škrob z kukuřice, brambor, cukrové třtiny a pšenice se již používá k výrobě etanolu jako náhrady benzinu – první automobil Henryho Forda jezdil na etanol. Dnes se v Brazílii prodávají některá motorová paliva z čistého etanolu získaného z cukrové třtiny a zbytek obsahuje 20 % etanolu. V USA tvoří 10 % všech prodávaných motorových paliv směs 90 % benzinu a 10 % etanolu. Podle zprávy Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj o biotechnologiích a udržitelnosti průmyslu z roku 2001 mají USA nyní 58 závodů na výrobu pohonných hmot, které ročně vyrobí téměř 6 miliard litrů etanolu.

Přeměna škrobu na etanol však není ani ekologicky, ani ekonomicky nejefektivnější metodou, protože pěstování rostlin pro výrobu etanolu zahrnuje používání herbicidů, pesticidů, hnojiv, zavlažování a strojů. Společnosti jako Novozymes (Bagsvaerd, Dánsko), Genencor (PaloAlto, Kalifornie, USA) a Maxygen (Redwood City, Kalifornie, USA) proto zkoumají možnosti získávání etanolu speciálně z celulózového materiálu ze dřeva, travin a atraktivněji ze zemědělského odpadu. Velká část jejich úsilí se soustředí na vývoj účinnějších bakteriálních celuláz, které mohou rozkládat zemědělský odpad na jednoduché cukry a vytvářet tak hojnější a levnější suroviny pro výrobu etanolu.

Doufající vizionáři již začali hovořit o „sacharidovém hospodářství“, které nahradí staré „uhlovodíkové hospodářství“. Nicméně „udělat zbiomasy efektivní surovinu není levný proces,“ připomněla KirstenStær, ředitelka komunikace se zainteresovanými stranami ve společnosti Novozymes. K tomu, aby se výroba biopaliv rozběhla na komerční bázi, bude vedle vývoje nových systémů sběru surovin a vytvoření speciálních výrobních závodů zapotřebí jiné cenotvorby biopaliv, poznamenala. „Struktura cen fosilních paliv je na trhu stanovena regulačními rámci. Má-li být výroba biopaliv úspěšná, bude nutné prosadit politiku, která zavede například dotace na výrobu bioetanolu nebo zavede daně na výrobu fosilních paliv,“

To nezabránilo J. Craigu Venterovi, aby v loňském roce založil v Rockville v Marylandu (USA) Institut pro biologické energetické alternativy (IBEA), který se zasazuje o výrobu čistších forem energie. IBEA nedávno získal od amerického ministerstva energetiky grant ve výši 3 milionů dolarů, jehož hlavním cílem je vyvinout umělý mikroorganismus pro výrobu vodíku. Tento organismus zbavený genů pro tvorbucukrů, které normálně využívají vodíkové ionty, by mohl veškerou svou energii věnovat produkci přebytečného vodíku a v ideálním případě se stát syntetickým výrobcem energie.

Biotechnologie bílé barvy může být přínosem i pro medicínu a zemědělství. Například vitaminB2 (riboflavin) je široce používán v krmivech pro zvířata, potravinách pro lidi a vkosmetice

a tradičně se vyrábí šestistupňovým chemickým procesem. Ve společnosti BASF (Ludwigshafen, Německo) se nyní vyrábí více než 1 000 tun vitaminu B2 ročně při jediné fermentaci. Použitím houby Ashbya gossypii jako biokatalyzátoru dosáhla společnost BASF celkového snížení nákladů a dopadu na životní prostředí o 40 %. Podobně cefalexin, antibiotikum účinné proti gramnegativním bakteriím, které se běžně vyrábí zdlouhavou desetistupňovou chemickou syntézou, se nyní ve společnosti DSM Life Sciences Products (Heerlen, Nizozemsko) vyrábí kratším procesem založeným na fermentaci. Vitamín B2 je však jen ojedinělým úspěchem – ostatní vitamíny a léky je stále levnější vyrábět klasickou organickou chemií než inovativní bílou biotechnologií.

Potenciální přínosy přechodu na bioprodukty a bioprocesy pro životní prostředí jsou nicméně značné, myslí si Wolfgang Jenseit z Institutu pro aplikovanou ekologii (Freiburg, Německo). „Nové bioprodukční procesy nahrazují složité chemické reakce. To samozřejmě odpovídá významným úsporám energie a vody,“ vysvětlil. Prospívá to také atmosféře: uhlík potřebný k výrobě bioetanolu z biomasy byl rostlinami z atmosféry zachycen, takže jeho zpětné vracení spalováním etanolu nepřispívá ke globálnímu oteplování, upozornil Jenseit. To je jistě dobrá zpráva pro země, které se ratifikací Kjótské smlouvy zavázaly omezit emise skleníkových plynů.

A očekává se, že to bude mít i ekonomický přínos. Podle globální poradenské společnosti McKinsey & Company budou bílé biotechnologie v roce 2010 zabírat až 10-20 % celého chemického trhu s ročním růstem 11-22 miliard eur. Existují však obrovské rozdíly ve způsobech řízení bílých biotechnologií v Evropě a USA, uvedl Jens Riese, hlavní spolupracovník společnosti McKinsey & Company se sídlem ve Frankfurtu. „Především celková částka investovaná v USA do bílé biotechnologie činí 250 milionů dolarů, což je částka, která zdaleka převyšuje celkové evropské investice,“ řekl. „Pravděpodobně pod vlivem silnější geopolitické vůle stát se nezávislými na dovozu fosilních paliv projevily USA větší náklonnost k vývoji těchto technologií. Evropa je naopak kulturně opatrnější a méně odvážná v přijímáníinovativních metodik.“

O bílé biotechnologie je však v Evropě zájem. „Existujevědomí o potřebě inovací v tomto směru,“ řeklOliver Wolf, vědecký pracovník Institutu pro perspektivní technologickéstudie ve španělské Seville. „Přestože zatím neexistuje žádná konkrétní legislativa, jsou podnikány důležité kroky k podpoře bílé biotechnologie v Evropě.“ Bílá biotechnologie má potenciálně velké výhody, a to jak z ekonomického hlediska, tak z hlediska životního prostředí, pro širokou škálu aplikací. Cesta k jejímu rozvoji je připravována, ale stále se jedná o relativně mladou technologii, která musí konkurovat vyspělému chemickému průmyslu založenému na ropě, který měl téměř sto let na optimalizaci svých metod a výrobních procesů. Nicméně rostoucí obavy o životní prostředí a možnost levnější ropy v budoucnosti činí z bílé biotechnologie vážného uchazeče.

.