Нанотехнологии и вирусная биология (обзор литературы)

62

Аграрный вестник Урала

№ 1 (55), 2009 г.

Биология

НАНОТЕХНОЛОГИИ И ВИРУСНАЯ БИОЛОГИЯ

О.Г. ПЕТРОВА (фото),

доктор ветеринарных наук, профессор, Уральская ГСХА

С.А. МАРКОВСКАЯ,

зав. отделом, ОГУ «Свердловская

областная ветеринарная станция», г. Екатеринбург

Ключевые слова: нанотехнология, наночастицы, наносенсоры.

За последние несколько лет в мировое сознание быстро вошло короткое слово "нано". Оно рисует догадки о больших сдвигах почти во всех аспектах науки и техники. Нанонаука и нанотехнология - две новейшие области науки. Они возникли на пересечении традиционной науки, техники, квантовой механики и наиболее фундаментальных процессов самой жизни.

Понятие "нанонаука" относится к фундаментальным исследованиям феномена и свойств веществ на атомарном, молекулярном и сверхмоле-кулярном уровнях, когда свойства веществ существенно отличаются от таковых при больших размерах частиц. Понятие "нанотехнология" подразумевает разработку, производство и применение структур, устройств и систем, обладающих новыми физическими, химическими и биологическими свойствами, выполненных на основе частиц в нанометрическом диапазоне.

В исследованиях в области нанотехнологий в течение последних нескольких лет отмечается быстрый прогресс. Нанотехнология становится междисциплинарной наукой, тесно связанной с физикой, химией, молекулярной биологией, медициной в сотрудничестве с инженерными разработками.

Существуют два основных направления работ по созданию наночастиц: синтез из индивидуальных атомов и размельчение материалов обычных размеров до нанопорошков. Независимо от способа получения наночастицы проявляют уникальные физические и химические свойства, которые определяются в большей степени свойствами индивидуальных молекул, чем массивного вещества того же состава. Изменение физических свойств вещества с изменением размерности при переходе в форму наночастиц может повлечь трансформацию биологических свойств. Например, высок уровень задержки наночастиц легкими, так как частицы достаточно малы, чтобы проникнуть в терминальные отделы респираторной системы, и настолько, что механизмы выведения оказываются неэффективными. Наночастицы способны проникать через легкие в другие системы, проходить кожные барьеры, обладают высоким противовоспалительным потенциалом на еди-

ницу массы [1].

Одна из областей, в которых могут быть использованы нанотехнологии, -это взаимодействие между клетками и вирусами. Вирусы представляют собой, по сути, биологические наночастицы, оказывающие значимый эффект на живой организм. Однако до настоящего времени механизм взаимодействия между вирусами и клетками организма остается малоизученным, в частности, процесс распознавания и прикрепления к клетке хозяина. Это связано с действием белков, входящих в состав вирусных капсидов, которые обладают множеством функций, включая защиту вирусного генома и высвобождение нуклеиновых кислот [2]. Для изучения этих механизмов используют такие методы, как рентгеновская дифракция, криоэлектронная и оптическая микроскопия. Эти методы показывают усредненную информацию о поле вирусов. Тем не менее, использование нанотехнологий дает новые возможности в изучении вирусов [3].

Одно из применений вирусов в биологии - создание векторов для генной терапии различных наследственных заболеваний. Вирусы являются естественными нановекторами. В связи с этим нанотехнологические процессы могут быть использованы для создания искусственных вирусов, таких, как гликовирусы, для генной трансфекции. Эти вирусы представляют собой наночастицы с плазмидной ДНК [4].

В настоящее время применение нанотехнологий также направлено на улучшение выявляемости различных вирусов в организме с целью повышения качества диагностики заболеваний вирусной природы. Современные методы выявления вирусов основаны на иммунологической реакции "антиген-антитело" или на определении геномной последовательности - ПЦР. Однако чувствительность иммунологического метода недостаточно высока, тогда как ПЦР зачастую может выявлять контаминацию вирусами при отсутствии воспалительной реакции. Использование наночастиц может позволить преодолеть эти недостатки. Так, был разработан метод ELISA для прямой детекции аденовирусов с использованием моноклональных антигексоновых антител, связанных с флюоресцентными

наночастицами [5, 6]. Впоследствии был “использован метод сэндвич-гибридизации с применением золотосодержащих наночастиц. Этот метод визуального выявления вирусов с помощью генных чипов является менее дорогостоящим, т.к. не требует использования специальной аппаратуры [7].

Визуализация вирусов возможна также при помощи ядерного магнитного резонанса с применением магнитных наночастиц. С этой целью были разработаны вирусные наносенсоры, состоящие из супермагнетика - оксида железа, покрытого декстраном, - к которому присоединяются антитела против вируса простого герпеса или аденовируса. Наличие вирусов приводит к аккумуляции магнитных наносенсоров, которые, в свою очередь, вызывают "спин-спин" время релаксации окружающих молекул воды. Этот метод более чувствительный, чем ПЦР. При этом нет необходимости в проведении процедуры амплификации и удаления белка. Поскольку вирусы герпеса и аденовирусы используют в качестве векторов для генной терапии, применение этого метода позволит оценивать биораспределение вирусов в организме [7].

В настоящее время нанотехнологии находят свое применение в лечении вирусных заболеваний. В частности, использование новых методов позволяет повысить эффективность вакцинотерапии - одного из наиболее развитых направлений в профилактике и лечении вирусных заболеваний.

Большое значение в последнее время уделяется разработке эффективной стратегии вакцинации, в частности, против острых респираторных вирусных инфекций, т.к. методы ДНК-вакцинации зачастую обладают невысокой эффективностью и необходимостью применения иммуномодуляторов [8].

Актуальной проблемой является ограничение распространения вирусной инфекции. Эта проблема в настоящее время решается различными способами: химической инактивацией, пастеризацией, сухим нагреванием. Однако при этом неизбежно происходит повреждение плазменных белков. Создание нанофильтров позволяет преодолеть эту проблему [9]. Доказано, что использование нанофильтров позволяет фильтровать частицы ви-

Nanotechnology, nanoparticles, nanosensors.

№ 1 (55), 2009 г.

Аграрный вестник Урала

63

руса размером 20-50 нм [10, 11].

Таким образом, успехи в развитии нанотехнологий в биологии обещают новые перспективные возможности в

ранней диагностике и лечении различных заболеваний и представляют собой феномен глобального масштаба. Национальное и международное парт-

Ветеринария

нерство позволит своевременно определять потребность в проведении исследований, разрабатывать методику и обмениваться результатами [12].

Литература

1. Chiu W., Burnett R.M., Garcea R. Structural biologi of viruses. - New York: Oxford University Press, 1997.

2. Dragnea B. et al. Gold nanoparticles asspectroscopic enhancers for in vitro studies on single viruses.J.Am.Chem.Soc.2003;125:6374-6375.

3. Aoyama Y. Macrocyclic glucoclusters: from amphiphiles through nanoparticles toglucoviruses.Chemistry 2004;10:588-593.

4. Volanne F.A. et al. sensitive adenovirus immunoassay as a model for using nanoparticle label technology in vims diagnostics.J.Clin .Virol.2005;33:217-223.

5. Wang Y.F. et al. Visual gene diagnosis of HBV and HCV based on nanoparticle probe amplification and silver staininger enhancement.J.Med.Virol.2003;70:205-211.

6. Perez J.M., Josephson L., Weissteder R. Use of magnetic nanoparticles as nanosensors to probe for molecular interactions.Chembiochem.2004;5:261-264.

7. Locher C.P. et al. Enhancement of a human immunodeficiency virus env DNA vaccine using a novel polycationic nanoparticle formulation.Immunol.Lett.2003;90:67-70.

8. Shephard M.J. et al. Immunogeniciry of bovine parainfluenza type 3 virus proteins encapsulated in nanoparticle vaccines,foolowing intranasal alministration to mice.RES.Vet.Sci.2003;74:187-190.

9. Burnouf T Nanofiltration of plasma-derived bio-pharmaqceutical products.Haemophilia 2003;9:24-37.

10. Zharov V.P. et. al. Self-assembling nanoclusters in living systemps:applications for integrated photothermal nanodiagnostics and nano-therapy.Nanomedicine 2005;1:326-345.

11. Hilger I. et al. Magnetic therapeutic approach.Rofo 2005;177:507-515.

12. Колесников С.И. Нанотехнологии и наноматериалы: значение для медицины и правовое обеспечение безопасности их производства и применения // Жизнь без опасностей. - 2007. - №3(2). - С. 22-33.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ВЕТЕРИНАРНОСАНИТАРНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЯИЦ КУР, ПОЛУЧАВШИХ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ КОРМОСМЕСИ И РАЦИОНЫ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ ОБМЕННОЙ ЭНЕРГИИ Л.Ф. БОДРОВА,

кандидат ветеринарных наук, доцент,

Омский ГАУ, г. Омск

Ключевые слова: куриное яйцо, качество продукции, кормосмеси, рацион питания.

В настоящее время современное птицеводство требует тщательного подбора и балансирования рационов с учетом доступности отдельных питательных веществ. Производители стремятся использовать не только более дешевые местные зерновые культуры (овес, рожь, ячмень, пшеница), но и имеющиеся в наличии кормовые компоненты, а также заменяют некоторые дефицитные виды сырья без потери питательной ценности кор-мосмесями. С целью удешевления продукции производители используют не только кормосмеси в сочетании с низкой энергоемкостью рациона, перспективным также является использование отходов мукомольного производства, что позволяет получать дополнительную прибыль.

Цель и методика исследований

Изучить качество яиц кур, получавших низкоэнергетические кормосмеси и рационы с разным уровнем обменной энергии.

На птицефабриках ЗАО "Иртышское" и "Любинской" Омской области СибНИИП проводил промышленные

опыты по испытанию низкокалорийных рационов на курах кросса "Родонит-2". Наши исследования являются фрагментом темы по испытанию низкокалорийных кормосмесей. Методом групп-аналогов из кур 17-недельного возраста были скомплектованы контрольная и опытная группы и в том, и в другом промышленном опыте.

Куры контрольной группы (15 000 голов) получали обменной энергии 2 750 ккал/кг, сырого протеина - 17-18%, опытной группы (15 000 голов) - 2 400 ккал/ кг, сырого протеина - 14,3-15,1%, пшеничных отрубей - 10% (птицефабрика ЗАО "Иртышское" Омской области).

В ЗАО "Птицефабрика Любинская" Омской области куры контрольной группы (16 500 голов) обменной энергии получали 2 700 ккал/кг, сырого протеина - 16-17%, в опытной группе (16 500 голов) обменной энергии было 2 400 ккал/кг, сырого протеина - 14,515%, пшеничных отрубей - 13%.

Кормление кур проводили сбалансированными по всем питательным веществам кормосмесями. Опыт в обоих случаях длился 40 недель.

В обоих промышленных опытах объектом исследования служили яйца кур кросса "Родонит-2" 20-40-60-недельного возраста.

Важнейшим показателем как пищевой, так и товарной ценности является масса яиц, которую изучали в течение опытов с целью оценки яичной продуктивности кур данного кросса согласно ГОСТ Р 52121-2003. Органолептическая оценка яиц по вкусовым качествам, внешнему виду, запаху проводилась согласно ГОСТ Р 521212003. Биохимические показатели качества яиц исследовали по ГОСТ 704755 и 6604-53 [4, 5, 6].

Результаты и обсуждение Яйцо сельскохозяйственной птицы является наиболее ценным продуктом питания для человека, потому что в нем содержатся все основные питательные вещества [1]. Оценка качества средней пробы яиц в обоих опытах по внешнему виду показала: цвет их - коричневый, мелкие трещины на скорлупе не выявлены, скорлупа чистая (рис. 1). У кур, получавших кормо-смесь с обменной энергией 2 750 ккал/ кг, масса яиц колебалась в течение

Hen’s egg, product quality, fodder mixes, food ration.