1-ma’ruza: Kirish. Biotexnologiya va bioinjeneriyada bioxavfsizlik haqida tushuncha. Biotexnologiyaning rivojlanishi va uning yutuqlari Reja

Birinchi yo‘nalish – laboratoriya va ishlab-chiqarish sharoitida tirik sistemaning nanohodisalari va nanomexanizmlarini modellashtirish va ularni qayta tiklash masalalari bilan shug‘ullanadi.
Ikkinchi yo‘nalish – tirik organizmlar ishtirokida nanobo‘lakchalar va nanomashinalar yaratish bilan shug‘ullanadi.
Uchinchi yo‘nalish – nanostrukturalar va nanojarayonlarni tirik organizmga kiritish bilan shug‘ullanadi va tirik organizmlarni o‘rganish, ularni holatini diagnoz qilish va davolashni o‘z oldiga maqsad qilib qo‘yadi.
Ushbu kursning asosiy maqsadi – talabalarga nanobiotexnologiyaning biologik tadqiqotlarda, tibbiyot, ekologiya, qishloq-xo‘jaligi va sanoatning har xil tarmoqlarida ishlatilib kelinadigan usullarning mohiyatini tushuntirish hamda eng istiqbolli va haqiqiy (original) nanobiotexnologik usullar yaratish yo‘llarini o‘rganishdan iborat.
qiladi. Biologik membranalarni nanokonstruksiyalarda ishlatilishini xilma-xilligi va bu sohada olib boriladigan ishlarni kengayib ketishi, tadqiqotchilar oldiga yangi va yanada murakkab vazifalar qo‘ydi. Shunday vazifalardan biri – biologik membranalar nanobosmani amalga oshirishda yordam ko‘rsatish mumkinmi? – degan savolga javob topish bo‘ldi. Bu savolga javob topishga birinchilardan bo‘lib, AQSH va Germaniya mamlakatlarining xalqaro jamoasi kirishdi va ular nanobosmani yoki nanolitografiyani asl (original) usulini yaratdi.
Nanobosma usulida hujayra membranalariga qanday joy ajratilgan.
Lipidlar xuddi hujayra membranalarini tuzilishida qatnashganlaridek “siyoh” vazifasini bajaradi. Kremniydan yoki shishadan yasalgan plastinkalarga surtish uchun tadqiqotchilar atom-kuchli mikroskopdan foydalangan. Buning uchun alohida tadqiqot sharoiti tanlangan. Muhitni namligini va nanoobrazni qurish tezligini nazorat qilib, tadqiqotchilar ma’lum ketma-ketlikga rioya qilgan holda bir necha qavat lipidlarni cho‘ktirgan. Lipidlar substrat sirtida cho‘ktirilganlarida lipidli qo`shqavatlar hosil qilgan. Lipidlarni bu ikki qavatidagi molekulalararo o‘zaro ta’sirni qaytargan. Lipidlardan nanoobrazlar har xil materiallarda (masalan, kremniy, polistirol) bosib chiqilgan.
Zaruriyat bo‘lganida nanobosma (nanopechat) usuli yordamida katta miqdorda hujayra membranalarini olish ham mumkin. Tadqiqotchilarni fikrlariga ko‘ra, nanopechat usuli hujayra membranalarini qanday faoliyat ko‘rsatayotganligini tushunishni osonlashtirish, hatto bunday tushunchani yaqinlashtirish ham mumkin. Buning asosida, dorivor moddalarni to‘g‘rida-to‘g‘ri organizm hujayrasiga yetkazib berishni yangi usullarini yaratish ham mumkin.
Nanobo‘lakchalar (1-100 nm) tirik hujayralar o‘lchamiga qaraganda ancha kichik. Ular noyob fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega.
Nanobo‘lakchalar tirik hujayralar bilan aloqaga kirganlarida o‘zlarini qanday tutadi. O‘lchami kichik bo‘lgani uchun, ular yuqori darajada kirish va reaksion imkoniyatlarga ega. Ular biologik to‘qimalar va qon tomirlarini (ular birgalikda, to‘qima-qon to‘sig‘ini shakllantiradilar) osonlik bilan teshib o‘tadi
To‘siq - organ va to‘qimalarni begona moddalardan boshqarib turishga mo‘ljallangan.
Nanobo‘lakchalar oldida to‘qima-qon to‘sig‘i zaiflik qiladi. Bu esa immun sistemasi, hatto odamni butun organizmi uchun katta xavf tug‘diradi
Nanobo‘lakchalar hujayralarda ushlab olinib, hujayra organoidlariga kelib (mitoxondriya, yadro) tushadi. Shuning uchun ham, yangi nanomateriallar oldindan aytib bo‘lmaydigan toksikologik va ekologik xossalarga ega bo‘lishlari (yoki bu xossalarni organizmda yaratishlari) mumkin. Mana shular bilan bog‘liq bo‘lgan biologik va ekologik xavfni oldindan aniqlash va baholash katta ahamiyatga ega.
Klemson (AQSH) universiteti olimlari birinchi bo‘lib, uglerodli nanobo‘lakchalarni dunyoni yarim aholisi sevib iste’mol qiladigan guruchda saqlanishi va to‘planishi haqidagi ma’lumotni e’lon qilganlar. Ular sholi urug‘ini C70 uglerod nanobo‘lakchalari qo‘shilgan eritmada o‘stirganlar. O‘stirilgandan bir hafta o‘tgach, uglerodni nanobo‘lakchalari sholini ildizida, poyasida va bargida topilgan. Oradan 6 oy o‘tgach bunday o‘simlikdan sholi urug‘i yig‘ib olinib, uni normal sharoitda o‘stirishga qo‘yilgan (C70 uglerod nanobo‘lakchalari qo‘shilmagan). Olimlarni bashoratiga qarshi o‘laroq, normal sharoitda o‘stirilgan ikkinchi avlod o‘simliklarda, nanobo‘lakchalar uglerodni qora rangli agregatlari ko‘rinishida namoyon bo‘lgan (105-rasm).
Demak, tirik organizmga kirib qolgan uglerodni nanobo‘lakchalari yuqori darajada “yashovchanlik” xususiyatiga ega bo‘lib, ular keyingi avlodda ham yashab qoladi.
Nanobo‘lakchalarni xavfliligi qaysi xususiyatlarida namoyon bo‘ladi?
Birinchi navbatda bu xususiyatlar:

• 
  nanobo‘lakchalar sirtqi maydonining hajmga nisbatan juda kattaligi;
  
• 
  yuqori darajada reaksion qobiliyati;
  
• 
  nanobo‘lakchalarni eruvchanligining oshishi;
  
• 
  nanobo‘lakchalarni yuqori darajada katalitik va adsorbsion xususiyatlari;
  
• 
  nanobo‘lakchalarni atrof muhitda va ozuqa zanjirida to‘planishi (akkumulyasiyasi);
  
• 
  nanobo‘lakchalarni to‘qima to‘siqlarini teshib o‘tib, jigar, miya, o‘pka, buyrak va boshqa hayotiy muhim organlarga kirish imkoniyati;
  
• 
  nanobo‘lakchalarni biologik membranalarga ularni o‘tkazuvchanligini buzib, kirib olish imkoniyatlari;
  
• 
  nanobo‘lakchalarni hujayralarda biologik o‘zgarishlarga uchrashini pastligi va organizmdan chiqib ketishini juda sekinligi;
  
• 
  nanobo‘lakchalarni biomakromolekulalar va subhujayrali strukturalar o‘zaro munosabatlarini oldindan bashorat qilib bo‘lmasligi.
  

Odamzod o‘zining butun tarixiy davrida dengiz va okeanlarda otiladigan vulqonlar, atmosferaga otilib chiqadigan cho‘l va sahrolarni changlari, mikroorganizmlar, o‘simliklar va suvda hamda quruqlikda yashovchi hayvonlar chiqaradigan nanobo‘lakchalarida “cho‘milib” kelmoqda. Keyingi ikki asr mobaynida, inson hayotiga shiddat bilan kirib kelayotgan va qaytmas tabiiy nanobo‘lakchalarga atmosferada, suvda va tuproqda olib borilayotgan har xil tog‘-kon ishlari, metallurgiya, kimyo va boshqa ishlab-chiqarish sohalari hamda yo‘l qurilish va avtotransport, kosmik parvozlar hosil qiladigan nanobo‘lakchalar ham kelib qo‘shildi. Mana endigina nanotexnologiyani rivojlanib borayotganligi tufayli bunga e’tibor bilan qaralmoqda. Olimlar, nanobo‘lakchalarni yonish jarayonining ba’zi-bir o‘ta xavfli mahsulotlarni bog‘lab olishi va bir joydan boshqa joyga tashish xususiyatlarga ega ekanligini aniqladilar. O‘tkazilgan mediko-ekologik tadqiqotlar natijasida, qattiq chang nanobo‘lakchalarini odam salomatligiga zarar yetkazishi aniqlangan. Bunday bo‘lakchalarni uzoq vaqt davomida ta’sir etishi, yurak-qon tomir kasalliklarini va boshqa kasalliklarni ko‘paytirish xavfi borligi aniqlangan.
Nanobo‘lakchalarni xavfsizligi ularni aniq bir o‘lchamiga bog‘liqmi? Bu savolga javob topish barobarida, nanomateriallarni toksinlik xususiyati, ularni o‘lchami bilan to‘g‘ridan-to‘g‘ri bog‘liq ekanligi aniqlangan: Nanomaterialni o‘lchami qancha kichik bo‘lsa, uni solishtirma maydoni shuncha katta bo‘ladi va uning toksinlik xususiyati shuncha ko‘p bo‘ladi. Masalan, oltinni o‘lchami 0,8 nm ga teng bo‘lgan nanobo‘lakchalari, laboratoriya hayvonlarining embrionlari uchun 1,5 nm lik nanobo‘lakchalardan ko‘ra ko‘proq toksinlikga ega ekanligi aniqlangan. Ammo, har ikkala bo‘lakchalarni hunuklik va organizmni rivojlanishida boshqa o‘zgarishlar chaqirish xususiyati bir xil ekanligi ham aniqlangan.
O‘lchami 5-50 nm bo‘lgan kumushni nanobo‘lakchalari, nafaqat bakteriyalarga, balki laboratoriya kalamushlarini jigar hujayralariga ham qattiq ta’sir ko‘rsatadi (ya`ni, ularni nobud qiladi). Uning toksinlik xususiyati, mitoxondriyalarning funksiyasini buzilishi va hujayra membranalarini o‘tkazuvchanligini ko‘payishi bilan bog‘liq. Ammo, laboratoriya kalamushlariga kumushni 1,73.10⁴-1,23 x 10⁶ bo‘lakcha/sm³ konsentratsiyasi bilan 28 kun davomida ingalyasion ta’sir qilinganda, ularni og‘irligiga va periferik qonni biokimyoviy ko‘rsatgichlarida deyarli o‘zgarishlar chaqirmaganligi ham aniqlangan. Bu amerika konferensiyasi (FCGIH) talablariga mos keladi. Bu konferensiya kumush nanobo‘lakchalarini havo tarkibida ruhsat etiladigan konsentratsiyasi – 2,16 x 10⁶ bo‘lakcha/sm³ qilib belgilagan.
Kadmiy, xrom, mis, nikel va ruxlarning nanobo‘lakchalarini toksinligini o‘rganish, dafniyni suvli kulturalarida o‘tkazilgan tadqiqotlar mis va rux bir-biriga o‘xshash toksinlik ko‘rsatishini va bu xususiyat nordon sharoitda kuchayishini namoyish qilgan. Bunda, muhitga natriy tiosulfat qo‘shilganda mis nanobo‘lakchalarini toksinlik ta’siri kamaygan.
Nanobo‘lakchalarni asosiy texnogen manbalari va ularni avval atrof-muhitga, keyin esa odam organizmiga tushushini asosiy yo‘llari quyidagilardan iborat:
1 – tog‘-kon va sanoat korxonalarini atmosferaga tushuvchi changsimon chiqindilari;
2 – har xil ishlab-chiqarish korxonalarining qattiq chiqindilari va oqova suvlari;
3 – maxsus ishlab-chiqariladigan va odamlar tomonidan ishlatadigan nanomateriallar va nanobo‘lakchalar tutuvchi moddalar.
Olimlarni fikriga ko‘ra, erkin va fiksatsiya qilingan nanobo‘lakchalar orasidagi farqqa e’tibor berish zarur. Ma’lum joyga fiksatsiya qilingan nanobo‘lakchalar, o‘zlarini harakatsizliklari uchun erkin nanobo‘lakchalarga qaraganda kamroq xavf tug‘diradi.
Nanobo‘lakchalar qanday qilib odam organlarini hujayralariga kiradi?
Nanobo‘lakchalarni odam organizmiga tushushining asosiy yo‘llari quyidagilar:
1 – nafas olish organlari (burun bo‘shlig‘i, burun-tomog‘, traxeya, bronxlar, bronxiolalar, o‘pka alveolalari) orqali nanobo‘lakchalar o‘pka kapillyarlari qoniga (106-rasm) va keyin kichik qon aylanish sistemasiga tushadi; havo orqali tashiladigan nanobo‘lakchalar konveksiya va diffuziya orqali harakat qiladi; bunday o‘lchamga ega bo‘lgan bo‘lakchalar, ko‘proq nafas olish yo‘llarida diffuziya yo‘li bilan cho‘kadi.
2 – ovqat-hazm qilish sistemasining organlari (og‘iz, tomoq, qizil-o‘ngach, oshqozon, ingichka ichak, yo‘g‘on ichak) dan nanobo‘lakchalar terini birlashtiruvchi to‘qima qavatiga (dermaga) tushadi va keyin katta qon aylanish sistemasiga o‘tadi (107-108 rasm).
Nanobo‘lakchalar qon bilan immun sistemasi, asab, ilik va reproduksiya sistemalariga kirib, ularni hujayralarida to‘planadi.

Соч

Ёғ безлари

Асаб толалари