СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАНОБИОТЕХНОЛОГИИ

Нанобиотехнология – огромная и разнообразная сфера науки и производства, занимающаяся биообъектами и биопроцессами на клеточном и молекулярном уровне. Это область нанонауки и наноинженерии, применяющей методы и подходы нанотехнологии для создания биоструктур и изучения биологических систем. В ней содержатся ключи к решению многих вопросов науки и техники, экологии, здравоохранения и сельского хозяйства.

Нанобиотехнология – это область науки на стыке биологии и нанотехнологии, которая охватывает широкий круг технологических подходов, включая: применение нанотехнологических устройств и наноматериалов в биотехнологии; использование биологических молекул для нанотехнологических целей; создание биотехнологических продуктов, свойства которых определяются размерными характеристиками; использование биотехнологических подходов, в основе которых лежит принцип контролируемой самоорганизации наноструктур. Это прежде всего создание материалов по образцу живых систем, тканевая инженерия на наноматрицах, наноматричная диагностика, самосборка для образования наноструктур, металлизация наносборок, модификация биологических макромолекул для нужд наноэлектроники и нонаэлектрохимии. Сегодня, для ученых нанобиотехнологов актуальны такие задачи, как расшифровка геномов человека, животных и растений, мониторинг окружающей среды, утилизация отходов, хранение и переработка сельхозпродукции, диагностика и лечение различных болезней.

Сейчас, ученые все больше говорят о наномире, о закономерностях наномира, о его практическом использовании. Наномир имеет большую общность. В частности, основные «кирпичики», из которых построены живые организмы, являются яркими представителями наномира. Молекулы ДНК, РНК, ферментов и множество других составляющих клетки и организма в целом, являются наночастицами, но при этом чрезвычайно «умными» и, с функциональной точки зрения, очень рационалными природными нанообъектами.

Принципы организации биологических систем являются весьма эффективными и эволюционно отобранными для создания устройств нанометрового размера с заданной функцией. Объективно, использование этих принципов в нанобиотехнологиях находится на стадии исследовательских и поисковых разработок. Вместе с тем, уже сейчас понятно, что проектирование и создание биологических «молекулярных машин», использующих энергию химических реакций или изменения состава среды для выполнения элементарных функций – фотопереключателей, создание разности потенциалов, перемещение и транспортировка молекулярного объекта, является реальной задачей. Ученые — нанотехнологи также используют способность биомолекул к самосборке наноструктр. Это размеры нанобиологических макромолекул находящихся в пределах наношкалы. Наночастицы, по своей природе, представляют собой универсальный комплекс биогеных и не биогенных компонентов.

Перспективными являются разработки наноэлектронных устройств, использующих биомолекулы, в частности – фрагменты ДНК, полимерных цепей и т.п. Уже есть лабораторные образцы электроники с элементами, включающие органические молекулы. Здесь прямой путь к одноэлектронной логике и памяти. Создаются биосенсоры с уникальной чувствительностью и селективностью.

С нанобиотехнологией человечество связывает самые большие надежды, прежде всего возможностью точной диагоностики, профилактики и лечения множества инфекционных и генетических заболеваний; повышения урожайности сельскохозяйственных культур путем создания растений, устойчивых к вредителям, грибным и вирусным инфекциям, а также к вредным воздействиям окружающей среды; культивирование микрорганизмов, продуцирующих различные химические соединения, антибиотики, аминокислоты, ферменты; создание пород сельскохозяйственных животных с улучшенными наследствеными признаками; переработка отходов, загрязняющих окружающую среду.

Результаты научных разработок в области нанобиотехнологий нашли практическое применение в медицине, фармакологии, пищевой промышленности и т.д. С развитием нанобиотехнологии открыто новое направление медицинской науки – наномедицина, развитие которой тесно связано с революционными достижениями в биологии и технике, позволяющие создавать материалы с новыми свойствами на нанометровом уровне.

Важным направлением нанобиотехнологии является биомиметика. В живых организмах проходят сотни биохимических реакций и синтез оганических веществ на ноноуровне. Живая клетка использует различные молекулы органических веществ, чтобы строить клеточные структуры нанометровых размеров. Именно эти свойства используют ученые при создании искусственых наноконструкций.

За последние годы проводятся многочисленные исследования по изучению нанотехнологий применительно к биологическим наукам на микро- и макроуровнях. Перспективной является –разработка методов и способов привненсения искусственных наночастиц различных материалов в живые системы. Данная область представляет собой разработку различных технологий и транспортных средств, которые будут доставлять лекарства в необходимый орган живого организма.

Расширяются исследования нанобиотехнологической науки в агропромышленном комплексе, которые позволят увеличить производство и качество сельскохозяйственной продукции. Одной из таких проблем является обеспечение животноводства кормовыми сахарами в соответствии с физиологическими потребностями животных, с целью реализации их генетического потенциала продуктивности, что позволит увеличить производство молока и мяса.

В настоящее время приоритетными направлениями нанобиотехнологии являются: медицинская диагностика, биочипы и биосенсоры; микро- и нанохирургия клеточных и субклеточных структур; система адресной и дозированной доставки лекарств; интерфейсы клетки и микросхем; нанобиоустройства в электронике; биосовместимые наноматериалы; биобезопасность наночастиц и наноматериалов, новые подходы к мультидисциплинарному образованию. Развитие нанобиотехнологии связано с такими научными дисциплинами как биология, химиия, физика, математика, материаловедение и требует подготовки в Вузах современных специалистов с высоким уровнем профессионализма.

Джемал Розынязова,

студентка 3-го курса факультета
Информационных технологий и программирования
Института телекоммуникаций и информатики.