Смаки шкідників можна поміняти

Одним із найважливіших напрямів нанотехнологій у біології має стати цілеспрямована зміна взаємовідносин вірусів, бактерій, бактероїдів із вищими рослинами.

Кожній живій істоті в боротьбі за життя доводиться вирішувати безліч проблем різної складності. Їй потрібно з навколишнього середовища одержувати необхідні живильні речовини та мінерали й водночас рятуватися від відходів життєдіяльності, самостійно синтезувати відсутні речовини, добувати енергію, потрібну для енергоємних хімічних і фізичних процесів; знаходити партнерів для обміну спадковим матеріалом; піклуватися про нащадка; захищатися від хижаків — і все це в мінливому, далеко не завжди сприятливому зовнішньому середовищі.

Вимоги, які ставить життя до кожного окремого організму, не тільки численні та різноманітні — вони дуже часто ще й супереч­ливі. Неможливо оптимізувати складну систему відразу за всіма параметрами: щоб домогтися досконалості в чомусь одному, доводиться жертвувати іншим. Тому еволюція — це вічний пошук компромісу, і звідси випливає неминуча обмеженість можливостей будь-якої окремо взятої живої істоти. Найпростіший і ефективний шлях подолання цієї обмеженості — симбіоз, тобто кооперація «фахівців різного профілю», наприклад, рослин із мікроорганізмами, спроможними переводити азот з атмосфери.

Можна стверджувати, що симбіоз — не просто повсюдно поширене явище. Це магістральний шлях еволюції, без якого прогресивний розвиток життя на Землі був би дуже утруднений, якщо взагалі можливий. На симбіозі грунтувалося багато найважливіших ароморфозів (прогресивні перетворення), із яких найзначиміший — формування еукаріотичної (ядерної) клітини, тієї основи, з якої надалі розвинулися всі вищі форми життя (тварини, рослини, гриби).

На прикладі симбіозу природа демонструє нам, як можна вирішувати складні питання позитивної взаємодії мікроорганізмів і вищих рослин, як у період напруженої енергетичної кризи можна обходитися меншими витратами енергії. В цьому, на наше переконання, і полягає потреба застосування в повному обсязі нанотехнологій у біології.

Молоді бульбочкові бактерії розміром 0,5—0,9; 1,2—3,0 мк неспороносні, рухливі, аеробні, розмір їх у 1000 разів більше за нанометр, і з допомогою нанотехнології їх можна забезпечити інформацією або використовувати як «бактерію-візник» для здійснення симбіозу не тільки з бобовими, а й іншими сімействами культурних рослин.

Науковий потенціал і база для проведення таких досліджень в Україні є: Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН, Інститут агроекології, Південний біотехнологічний центр рослинництва, Інститут захисту рослин — УААН, Інститут фізіології рослин і генетики, Інститут клітинної біології та генної інженерії, Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.Заболотного — НАНУ.

У УААН накопичено великий досвід і науково-дослідний матеріал з питань азотофіксації, створений великий банк штамів азотофіксуючих бактерій. Такі дослідження при належному фінансуванні вже могли б бути розпочаті. Та ми сьогодні заощаджуємо копійки, щоб зав­тра витратити даремно мільйони. Спектр застосування нанотехнологій в аграрному виробництві багатогранний.

Усім відома проблема з «гостем» наших картопляних полів з Америки — колорадським жуком. Чого лишень не пропонували в боротьбі з ним — від сильнодіючих отрут до трансгенної картоплі, яку, за даними Інституту картоплярства УААН, уже благополучно поїдають окремі особини цієї комахи. Мабуть, не той шлях був обраний для розв’язання цієї проблеми. Мінливість комах з урахуванням їхньої численності та плодючості в багато разів перевершує зміни, які відбуваються в рослинах. Тож чому б не використати ці особливості й, застосовуючи нанотехнології, не змінити кормову базу колорадського жука? Щоб він із задоволенням поїдав осот, а не картоплю. Фантастика? Однак вона може стати реальністю. Нанотехнології дають змогу докорінно переглянути підхід до вирішення багатьох проблем, поставивши їх із голови на ноги.

Пам’ятається, у 70-ті та 90-ті роки минулого століття в Криму спостерігалася навала зазвичай нешкідливого лугового метелика. Та в ці роки він раптом став усеїдним шкідником, який за ніч спустошував поля соняшнику та люцерни, буряка та кукурудзи. Проте, коли на шляху в нього стало поле сої, відносно чисте від бур’янів, він знищив усі бур’яни і не торкнув сої. Отак треба змінити «смаки» колорадського жука, щоб йому захотілося іншої їжі.

Рашид Башир, який працює над проблемою доставки ліків у Центрі нанотехнологій у Барці, зміг помістити наночастинки на поверхню бактерії, зв’язавши їх із відрізками ДНК. Розміри наночастинок — від 40 до 200 нанометрів. Учені прикріпили їх до поверхні бактерії спеціальними молекулами-лінкерами. На одній бактерії можна розмістити до кількох сотень наночастинок, розширивши в такий спосіб кількість і типи доставлених вантажів.

Оскільки бактерії мають природну спроможність проникати в живі клітини, на сьогоднішній день вони є ідеальними кандидатами для доставки ліків. Особливо це цінно в генній терапії, де потрібно доставити фрагменти ДНК за призначенням, не вбивши при цьому здорову клітину. Після того як гени потрапляють у клітинне ядро, воно починає виробляти специфічні білки, коректуючи в такий спосіб генетичне захворювання. Як каже Р.Башир, у такий спосіб можна доставляти всередину клітин ліки або ж діагностичних агентів.

Цей метод міг би стати основним у діагностиці та лікуванні сільськогосподарських тварин, і на ранніх стадіях попереджати небезпечні епідемії, підвищувати стійкість організму тварин до таких хвороб. Тим паче що багато вірусів мають розмір 10 нм, а 1 нм майже точно відповідає розміру білкових молекул (зокрема радіус знаменитої подвійної спіралі молекули ДНК дорівнює саме 1 нм).

Кожна частинка квантової системи якимось загадковим чином «знає» про те, що відбувається з іншими частинками. Вивчивши цей механізм, ми повинні застосувати його на благо цивілізації.