Генетические нанотехнологии в медицине

RUSSIAN PEOPLES FRIENDSHIP UNIVERSITY

Arthur by student: Bekkouche incherah

Master's degree .

Department Institute of Biochemical Technology and Nanotechnology

Russia, Moscow, 2022

Annotation: To date, the concept of nanotechnology has firmly entered human life and medicine, one of the areas is genetics. Today's progress in this area is integral, often they will confirm or refute a genetic diagnosis. The article comprehensively considers the possibility of mutational nanotechnologies, including their negative aspects.

Генетика — это наука, а не шаманство.

На сегодняшний день генетика-является одной из молодых сфер медицины. Само понятие генетика означает изучение генетического наследия, передаваемое от предков к потомкам. На нано технологии в генетике могут быть использованы при решение проблем связанных с генной инженерией днк-наномедициной.

Особое место в генетике занимает создание устройств с использованием биологических макромолекул для изучения биологических систем либо управления ими, так как хорошо известна способность биомолекул к самосборке в наноструктуры. Например, липиды способны спонтанно объединяться и формировать жидкие кристаллы. ДНК используется не только для создания наноструктур, но и в качестве важного компонента наномеханизмов. Предполагается, например, что, вместо того чтобы создавать кремниевую основу микросхем, нанотехнологи смогут применять двухцепочечную молекулу ДНК, особенности которой позволяют объединять атомы в предсказуемой последовательности. Вполне вероятно, что ДНК станет основным компонентом компьютеров следующего поколения

Многие генетические процессы - явления наномира. Участвующие в этих процессах нуклеотиды, триплеты, аминокислоты имеют нанометровые размеры; в результате этих процессов могут рождаться новые свойства, качества. С нанотехнологиями открывается перспектива создания принципиально новых, исключительных в своём роде генетически активных веществ, способных: преодолевать внутриклеточные барьеры; поражать множество нуклеотидов в пределах одного гена; целенаправленно изменять наследственные единицы; обезвреживать опасные гены; вскрывать созидательные потенциалы немых генов. Это позволит преодолеть некоторые эволюционные и онтогенетические запреты, заглянуть в палеонтологическое прошлое или неопределённое будущее. В фундаментальном плане наномутагены могут стать ценным инструментом для открытия новых закономерностей в живых системах. С развитием мутационных нанотехнологий открывается перспектива создания уникальных гибридных наноматериалов, пока ещё не существующих в природе. Всё живое движется в русле глобального мутационного процесса, в экстремальной фазе сверхбыстрого нарастания нелинейных неустойчивых процессов.

Антропогенный мутагенез, выступающий как сильный дезорганизующий фактор в природе, увеличивающий генетический беспорядок и энтропию живых существ, поставил всех нас на порог новой Великой эволюции - катастрофической, неопределённой и рукотворной. Ситуация усугубляется наступающим глобальным потеплением -механизмом, который выводит на арену жизни палеонтологические вирусы и, возможно, какие-то другие элементарные генетические частицы, вмороженные миллионы лет тому назад в кристаллы льдов. Они оживают и грозят нам новыми болезнями и эпидемиями, ускорением мутационных процессов, хаосом генов. Нанотехнологический прогресс обещает продолжить глубокие изменения в структуре окружающего мира. Нельзя исключить, что в природу поступят новые специфические раздражители, обладающие генотоксической активностью. Необходимо предусмотреть такую опасность и поставить под тотальный контроль токсикологическую оценку продуктов, создаваемых на базе нанотехнологий - манипуляций с атомами, молекулами, молекулярными системами. Главенством такой оценки должны стать исследования последствий действия наночастиц и их комплексов на генетические структуры и клетки зародышевого пути, поскольку именно половые клетки, их наследственный аппарат хранят в своих глубинах историю жизни всего живого, гарантируют бессмертие генов и непрерывность жизненного процесса. Такие исследования исключат возможность появления в окружающей среде продуктов нанотехнологий, наделённых мутагенным комплексом, и могут способствовать селекции нановеществ с положительными модификационными и антимутагенными свойствами. Наиболее эффективные их них будут предложены в качестве безопасных лекарств, пищевых добавок, косметических средств, а также для использования в профилактических целях на производствах и местностях с повышенным генетическим и репродуктивным риском.

Экологический аспект нанотехнологий включает самостоятельную, более сложную задачу - прогнозирование реального риска генетических и репродуктивных последствий комбинированного действия наноматериалов и других загрязнителей биосферы, интегральные эффекты которых могут быть модифицированы. Для успешного решения этой задачи могут привлекаться в качестве естественных детекторов и тест-моделей генетические системы половых клеток природных популяций животных разных видов, обитающих вблизи зон с повышенным нанотехнологическим риском. .

Развитие нанотехнологий обещает продолжить глубокие перемены в структуре окружающего мира. Нельзя исключить, что природная среда пополнится новым обширным классом специфических раздражителей, обладающих мутагенной активностью, т.е. способностью повреждать структуру генов и хромосом. Встреча биологических систем с наноматериалами не исключает катастрофических изменений первых. В этой связи глобальный нанотехнологический проект должен предусмотреть такие опасности и поставить под тотальный контроль генотоксикологическую оценку продуктов, создаваемых на базе манипуляций с атомами, молекулами, молекулярными системами. Другими словами, специалисты, занимающиеся проблемами нанотехнологии, должны добиваться строгого изучения эффектов наночастиц на генетические и биологические системы. С точки зрения фундаментальной мутационной генетики, нанотехнологии, сохраняя верность принципу междисциплинарности, будут обязаны изучить вопрос о том, какие варианты развития возможны после того, как наночастицы достигнут аппарата наследственности. Очень может быть, что в случае интеграции наночастиц в хромосомные матрицы их влияние на процессы мутагенеза может оказаться катастрофическими. В арсенале исследователей уже имеются данные, свидетельствующие о том, что нанокорпускулы (например, фуллерены и наночастицы золота) способны взаимодействовать с молекулой ДНК, возмущать ее структуру. В целом же результаты исследований структурно-функциональных последствий действия наночастиц на гены, хромосомы, белки, ферменты и органеллы в клетке, а также интерпретация и теоретический анализ этих результатов откроют новую страницу в биологии и генетике, станут самостоятельным тематическим разделом в нанонауке и синергетике, разделом очень важным и интересным.

Несмотря на риски и проблемы, связанные с нанотехнологиями, предполагается, что наноустройства смогут полностью заменить существующие промышленные и сельскохозяйственные технологии, во много раз превзойти их по производительности при одновременном снижении затрат. Ученые прогнозируют возможность встраивания в клетки крови датчиков, реагирующих на появление радионуклидов в окружающей среде и раковых клеток в организме, а также создание сверхчувствительных сенсоров и «умной» косметики, новых видов топлива и материалов для полетов в космос.