2. 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.