Američki kemičar Chad Mirkin, koji je ove godine dobio nagradu RUSNANOPRIZE, rekao je za RIA Novosti o tome kako će njegove nanočestice otvoriti doba genetske medicine, izravnati bore na ženskim licima i izliječiti nas od raka, a također je podijelio svoja razmišljanja o tome kako kada nanomasine mogu uništiti svijet.
Chad Mirkin jedan je od vodećih američkih kemičara uključenih u razvoj nanočestica sastavljenih od sfernih molekula DNA i kombinacija DNA ili RNA s metalima i drugim anorganskim tvarima. Uz "organsku" nanotehnologiju, Mirkin aktivno radi na razvoju tehnologija za "ispis" nanostruktura, koje se mogu koristiti za proizvodnju elektronike i optičkih uređaja.
Mirkin se smatrao jednim od glavnih kandidata za Nobelovu nagradu za kemiju za 2013. godinu, a u prošlosti je nominiran i za nagradu RUSNANOPRIZE, koju od 2009. godine dodjeljuje Rusnano za znanstveni i tehnološki razvoj ili izume na polju nanotehnologije koji su već uvedeni u masovnu proizvodnju.
Chad, genetičari se često suočavaju s akutnim socijalnim odbacivanjem kada razvijaju GMO ili gensku terapiju, ali nanotehnologija općenito i nanočestice na bazi sfernih molekula DNA koje ste razvili nemaju ovaj problem. Zašto se to događa?
- U ovom slučaju, po mom mišljenju, postoji temeljna razlika između stvaranja nanočestica i razvoja genetski modificiranih proizvoda. Proučavanje svojstava i stvaranje nanočestica, prije svega, spada u broj kemijskih studija, njih se mogu nazvati rezultatima potrage za novim i korisnim svojstvima u nekim strukturama koje u prirodi ne postoje ili su rezultat minijaturizacije, koristeći razne metode za njihovo stvaranje.
Na primjer, svi materijali mijenjaju svoja svojstva kada se minijaturiziraju. Zlato, posebno, gubi svoju zlatnu boju i postaje crveno na nanorazmjeru. Upravo nam je zato nanotehnologija toliko zanimljiva. Sve ove razlike koje nastaju tijekom prijelaza na nanorazmjer mogu se koristiti za razvoj novih, do tada neviđenih tehnologija.
S druge strane, uređivanje DNA provedeno je globalno, koristeći specifične biokemijske procese, čije su posljedice vrlo jasno definirane i koji zauvijek mijenjaju način rada živih organizama. To stvara etičke dileme i privlači pozornost regulatora i ljudi zabrinutih zbog dugoročnih posljedica takvih iskustava.
Naravno, postoje ljudi koji se boje daljnjeg razvoja nanotehnologije, ali im je iz gore navedenih razloga izuzetno teško (a i nepošteno za nas) dovesti sve nanočestice u istu veličinu i donijeti jednoznačne "zaključke" da su apsolutno sve nanotehnologije loše po definiciji. Ako dobro razmislite, sam pojam "nanotehnologije" može obuhvatiti gotovo sve što je znanost stvorila posljednjih godina. Štoviše, ako samo pogledate "običnu" kemiju, tada ona djeluje s molekulama čije su dimenzije manje od onih struktura koje nazivamo nanomaterijalima.
Promotivni video:
Na primjer, ono što smo stvorili, strogo govoreći, nisu nanočestice, već, kako ih volim nazivati, "sferne nukleinske kiseline", nova vrsta nanostruktura koju stvaramo stavljanjem kratkih molekula DNA i RNA na predloške određenog oblika i dizajna … Nemaju prirodne ekvivalente, ali istodobno komuniciraju sa živom materijom i stanicama na krajnje neobičan, i što je najvažnije, koristan način. Za njih se može reći da su trijumfalna fuzija kemije, biologije i nanotehnologije.
Takve se nanočestice mogu koristiti za rješavanje mnoštva problema - mogu se koristiti za isporuku lijekova do stanica, liječenje raka i popravak njegovih stanica, dijagnosticiranje bolesti i druge stvari. Naravno, možete ih prilagoditi šteti, ali to nije ono što radimo na Sveučilištu Northwestern.
Već ste u prošlosti imenovani jednim od kandidata za Nobelovu nagradu, a ove godine dodijeljena je za jedno od ključnih otkrića na polju nanotehnologije. Ne mislite li da ste nezasluženo zaboravljeni?
- Zapravo, ove godine nagrada je dodijeljena za otkriće koje nema nikakve veze s našim istraživanjem - primio ju je, između ostalog, jedan od mojih sveučilišnih kolega, Fraser Stoddart. Feringa, Savage i Stoddart radili su na stvaranju molekularnih strojeva - izuzetno sirovih minijaturnih analoga mehaničkih rotora i prekidača, sposobnih za izvršavanje istih zadataka kao i konvencionalnih strojeva, ali na nanorazmjernom nivou.
Možemo reći da je "Nobelova nagrada" pripala nanotehnologiji, ali morate shvatiti da je ovo područje znanosti vrlo široko i uključuje vrlo širok spektar problema, od zaštite okoliša, medicine pa sve do energije i elektronike. U ovom su slučaju ove nanotehnologije vrlo daleko od onoga što radimo.
Ako govorimo o Nobelovoj nagradi, onda ne mogu ništa reći - nije moja prerogativa odlučiti tko će je dobiti, neka to učine stručnjaci Nobelovog odbora.
Jedan od ovogodišnjih dobitnika nagrade, Ben Feringa, vjeruje da nanostrojevi vjerojatno neće ugroziti čovječanstvo. Kakvo je vaše mišljenje o ovom pitanju o kojem ljudi prvo razmišljaju kad razmišljaju o opasnostima nanotehnologije?
- Opet, ako obratite pažnju na to što su ove godine dodijelili Nobelovu nagradu, možete vidjeti da je dodijeljena za vrlo temeljno otkriće. Mislim da smo sada u vrlo ranoj fazi kemijske evolucije nanotehnologije, koja je vrlo daleko od mogućnosti strojeva opisanih u poznatom scenariju "sive goo".
Zapravo, sama ideja da se strojevi mogu izmaknuti kontroli i pobuniti je čista znanstvena fantastika koja nema nikakve veze sa znanošću. Mislim da će još dugo ostati u okvirima fikcije. Ono s čime danas radimo i na čemu uopće nije slično onome što je potrebno za takav scenarij „sudnjeg dana“.
Strojevi koje su Feringa i kolege stvorili vrlo su shematski i nimalo ne nalikuju "nano-terminatorima" kojima nas pisci znanstvene fantastike plaše. Još uvijek imamo barem desetljeća, ako ne i stoljeća, prije nego što takav scenarij postane predmetom ozbiljne rasprave.
U kojim područjima nanotehnologije očekujete najznačajnija otkrića u bliskoj budućnosti?
- Naše nanosferske nukleinske kiseline koristit će se i već se koriste u razne svrhe iu širokom spektru znanosti, medicine i industrije. Oni se već koriste za dijagnostiku u medicini - na primjer, stvorili smo nanočestice sa zlatnim jezgrama prekrivene DNA "krznenim kaputom", koje se koriste kao oznake za ultra precizno traženje određenih segmenata DNA, proteina i drugih biomolekula povezanih s bolestima i raznim - "mete".
Takve se čestice mogu koristiti za brzu analizu uzoraka sline, krvi ili mokraće i traženje različitih virusa, bakterija ili čak genetski određenih bolesti u njima. Sve se to, naglašavam, već koristi u praksi.
U budućnosti nas čeka još - stvaramo šuplje nanočestice DNA ispunjene lijekovima ili nekom drugom tvari koja može prodrijeti u stanice, što obične molekule DNA i RNA ne mogu. Takve se nanočestice, na primjer, mogu dodati kremi za kožu i koristiti za liječenje preko 200 kožnih bolesti povezanih s razgradnjom DNA. Isto tako, možemo se boriti protiv kolitisa, bolesti očiju, mjehura ili pluća. Dolazi doba genetske medicine.
Ovdje vrijedi razumjeti da su za postizanje uspjeha na ovom području potrebne tri stvari. Prvo, morate biti sposobni stvoriti molekule RNA i DNA, a mi već 30 godina dobro radimo ovaj zadatak. Drugo, morate razumjeti zašto mutacije određenih gena uzrokuju bolest. Ovaj je problem riješen početkom 2000-ih, kada je završeno dekodiranje ljudskog genoma.
Međutim, donedavno je nedostajala treća stvar - sposobnost uvođenja DNA i RNA u ona tkiva i organe gdje bi trebali ići. Ispostavilo se da su nanočestice najprikladniji i najpouzdaniji način za rješavanje ovog problema. Naše sferne nukleinske kiseline mogle su prodrijeti u stanice jednako lako kao što to nikada nije mogao učiniti nijedan retrovirus.
Sada imamo priliku precizno ubrizgati DNK u organe koji nas zanimaju, a ne samo u jetru, kao prije, a to nam je otvorilo ranije nezamislive izglede za gensku terapiju. Ne treba nam ni selektivnost djelovanja lijeka, jer možemo izravno ubrizgati DNA tamo gdje nam je potrebna, a ne proći kroz cijelo tijelo.
Jedno od vaših najpoznatijih otkrića je stvaranje kristala iz DNK. Jeste li pronašli bilo kakvu industrijsku primjenu za takve građevine ili je ovo zasad temeljno otkriće?
- Kristali iz DNK jedna su od najzanimljivijih stvari koje smo uspjeli stvoriti. Da postoji "Nobelova nagrada" za nanotehnologiju, tada bi, po mom mišljenju, metodologija njihove proizvodnje bila najisplativija.
Za te smo se kristale zainteresirali davne 1996. godine iz razloga koji su daleko od medicine i biologije. Testirali smo koncept koji je u to vrijeme bio nov, navodeći da se nanočestice mogu smatrati vrstom umjetnih atoma, a DNK je u ovom slučaju djelovala kao neka vrsta programabilnih "subatomskih" čestica, na temelju kojih su nanočestice, "atomi", čija su kemijska svojstva utvrđena bile bi molekule DNA na njihovoj površini.
Fleksibilnost svojstava takvih nanočestica omogućila nam je doslovno dizajniranje kristala s danom strukturom, sastavljanjem atomskih atoma s podnanometrskom točnošću, uključujući stvaranje takvih kristalnih rešetki čiji analozi ne postoje u prirodi. Tijekom godina stvorili smo 500 različitih inačica ovih rešetki, od kojih je šest potpuno umjetnih. Ovo otvara put za potpunu kontrolu nad svojstvima materijala i beskrajnom raznolikošću umjetnih kristalnih materijala.
S gledišta njihove praktične primjene, mi još uvijek idemo samo u tom smjeru. Po mom mišljenju, prvi katalizatori i optički uređaji temeljeni na tim kristalima pojavit će se za otprilike 10 godina. Važno je da, kao i u slučaju moderne elektronike, čije stvaranje nije bilo moguće bez mogućnosti proizvodnje silicijskih monokristala, stvaranje DNA kristala otvara put za novu klasu tehnologija.
Kad ste govorili o stvaranju nanosfera od molekula DNA, rekli ste da se one mogu koristiti u razne svrhe, uključujući i za izravnavanje bora. Jesu li kozmetičke tvrtke bile zainteresirane za ovaj razvoj?
- Da, mnoge su tvrtke već pokazale interes za ovu primjenu sfernih molekula DNA. S gledišta kozmetologije, potencijal nanočestica gotovo je neograničen - uz njihovu pomoć možemo kožu učiniti elastičnijom, ukloniti tamne mrlje, očistiti stanice od molekula pigmenta i učiniti da ih koža prestane proizvoditi, a ujedno i riješiti puno drugih problema.
Ali ovdje postoji veliki problem - nije jasno kako će sigurnost takvih proizvoda procijeniti i regulirati nadležna tijela, budući da mogu istodobno rješavati i farmaceutske i kozmetičke probleme. Tko će biti odgovoran za njihovu provjeru i kako će to biti učinjeno - još nije jasno.
Uz to, sa stajališta razvoja poslovanja i jednostavno s gledišta zajedničkog čovjeka, razvoj kozmetike na bazi nanočestica iz DNK sekundarni je zadatak u usporedbi s stvaranjem cjepiva protiv raka i genetskih bolesti, kojih se stotine tisuća i milijuni ljudi očekuju riješiti.
Posljednjih godina znanstvenici su napisali stotine, možda i tisuće članaka posvećenih sljedećim "materijalima budućnosti" - na primjer, plazmonima ili DNA origamijima. Vremenom se uzbuđenje smirilo, ali još nismo vidjeli vidljive rezultate. Zašto se to događa?
- Zapravo, ne bih rekao da su sve te tehnologije isparile ili nestale - nastavlja se istraživanje, barem u plazmonikama, povremeno se pojavljuju publikacije o origamiju, iako se čini da ovdje nema tehnoloških izgleda. Kratkoročno se čini da su oba ova materijala samo predmet temeljnih istraživanja.
Ovdje se vrijedi prisjetiti povijesti izuma lasera. Kad su fizičari stvorili prve lasere, netko je rekao da je "ovo zanimljivo otkriće koje još uvijek čeka praktičnu primjenu". Danas se laseri mogu naći svugdje - laseri su u svakom supermarketu, koriste se za šivanje i rezanje tkiva tijekom operacija te su u svakom računalu i komunikacijskom sustavu.
Drugim riječima, često nakon temeljnog otkrića ne prođu čak ni tjedni ili mjeseci, već desetljeća prije nego što ono pronađe svoju praktičnu i komercijalnu primjenu.
