Нанотехнологии в биологии и медицине

Нанотехнология широкое применение в последнее время находит в биологии и медицине. Данное направление уже много дало в медицинской диагностике. В медицине на сегодняшний день широко применяется иммуноферментный, иммунофлуоресцентный анализ, ампликация нуклеиновых кислот с помощью полимеразной цепной реакции. Вся медицинская диагностика, которая задействует современную технику, основана на использовании комплексов молекул: одна большая молекула узнает другую большую молекулу, и после этого включается сигнал \обычно это световая индикация на определенной длине волны.

Второе направление бионанотехнологии – это содружество нанотехнологии с физическими методами исследования. Один из примеров – использование квантовых капель. Это сильно светящаяся структура небольших размеров из неорганических материалов. Их, например, «запускают» в организм для определенных целей или используют в диагностических системах. Квантовые капли удобны тем, что флуоресцируют и хорошо заметны. Что касается биологических молекул, они обладают собственными признаками, которых нет у неорганических материалов. Одна биологическая молекула может узнавать другую. Например, если взять одну цепочку дезоксирибонуклеиновой кислоты, то она среди множества других молекул ДНК найдет только одну, которая ей подходит, и тогда две цепочки ДНК образуют спиральную структуру. Ученые уже научились делать из ДНК самособирающиеся слои разных конфигураций. Для этого берут несколько ДНК, и биомолекулы в растворе сами находят друг друга и сами строят заданные архитектурные сооружения – длинные разветвленные цепочки, трехмерные структуры, любые фантастические конструкции. Из больших молекул можно делать наномашины. Сейчас разрабатываются молекулярные машины из молекул ДНК, или белков. В ответ на сигнал \это может быть облучение светом, изменение условий среды, взаимодействие с молекулами \ происходит механическая работа.

В последнее время развивается еще одна область применения нанотехнологий – в генотерапии. Для того, чтобы с целью генотерапии ввести в клетку нуклеиновую кислоту, нужно создать некий носитель. Самое элементарное решение – просто имитировать природный вирус. Его генетическая программа упакована внутри, имеется липидная оболочка, и если научится собирать такой комплекс, то можно вставить генетические программы внутрь этого искусственного вируса. Полученная наноконструкция доставит лечебную программу в клетки.

Требования, предъявляемые жизнью к каждому отдельному организму, не только многочисленны и разнообразны - они очень часто еще и противоречивы. Невозможно оптимизировать сложную систему сразу по всем параметрам: чтобы добиться совершенства в чем-то одном, приходится жертвовать другим.

Поэтому эволюция - это вечный поиск компромисса, и отсюда следует неизбежная ограниченность возможностей любого отдельного взятого живого существа. Самый простой и эффективный путь преодоления этой ограниченности - симбиоз, то есть кооперация “специалистов разного профиля“, например, растений с микроорганизмами,способными переводить азот из атмосферы.

Можно утверждать, что симбиоз - не просто очень широко распространенное явление. Это магистральный путь эволюции, без которого прогрессивное развитие жизни на Земле было бы крайне затруднено, если вообще возможно.

На симбиозе были основаны многие важнейшие ароморфозы (прогрессивные преобразования), из которых самый значительный – формирование эукариотической (ядерной) клетки, той основы, из которой в дальнейшем развились все высшие формы жизни (животные, растения, грибы).

На примере симбиоза природа демонстрирует нам, как можно решать сложные вопросы положительного взаимодействия микроорганизмов и высших растений, как в период напряженного энергетического кризиса можно обходиться меньшими затратами энергии. В этом, по нашему убеждению, и заключается необходимость применения в полном объеме нанотехнологий в биологии.

Всем известна проблема с «гостем» наших картофельных полей из Америки – колорадским жуком. Чего только ни предлагали в борьбе с ним – от сильнодействующих ядов до трансгенного картофеля, который, по данным Института картофелеводства, уже благополучно поедают отдельные особи этого насекомого. Вероятно, не тот путь был избран для решения этой проблемы. Изменчивость насекомых с учетом их многочисленности и плодовитости во много раз превосходит изменения, происходящие в растениях.

Так почему бы не использовать эти особенности и, применяя нанотехнологии, не изменить кормовую базу колорадского жука? Чтобы он с удовольствием поедал осот, а не картофель. Фантастика. Но она может стать реальностью.