Газит Э. Нанобиотехнология: необъятные перспективы развития

Эта книга написана одним из ведущих специалистов по нанобиологии и блестящим популяризатором данной науки. Автор знакомит читателя с азами этой области знаний и постепенно подводит его к описанию сложнейших ее проблем. Ученому удалось написать книгу увлекательно и просто, ее с интересом прочтут биологи и химики, не обладающие специальными знаниями по нанотехнологии. Она будет полезна ученым, а также инженерам и всем желающим узнать больше о технологиях будущего. Читатели, интересующиеся прикладными аспектами нанобиотехнологии, могут обратиться к глоссарию и списку ведущих компаний, работающих в этой области.

Содержание
Предисловие автора..........................................................................................9
Предисловие редактора...................................................................................11
Глава 1. Введение: нанобиотехнология и бионанотехнология.................... 12
1.1. Классическая биотехнология: промышленное производство использует биологические системы.................................................... 12
1.2. Современная биотехнология: от производственных процессов
до новых методов лечения...................................................................13
1.3. Современная биотехнология: подходы, основанные на использовании антител, ферментов и нуклеиновых кислот............. 14
1.4. Бионанотехнология: на стыке нанотехнологии и биотехнологии.... 16
1.5. Надмолекулярная химия и биохимия: теоретические
основы самосборки.............................................................................. 17
1.6. Самосборка наноструктур: следующие этапы................................... 18
1.7. Взаимопроникновение биологии и нанотехнологии......................... 19
1.8. Сочетание бионанотехнологии и нанобиотехнологии......................20
1.9. Нанобионика и живые системы как прототипы нанотехнологии.... 21
Глава 2. Краткое введение в нанотехнологию...............................................23
2.1. Появление нанотехнологии: здесь много места для биологии!.......23
2.2. Появление термина и развитие понятия «нанотехнология».............25
2.3. Манипулирование молекулами: сканирующие
зондовые микроскопы..........................................................................25
2.4. Фуллерены: новая форма углерода......................................................27
2.5. Углеродные нанотрубки: главные строительные блоки для нанотехнологии будущего....................................................................29
2.6. Нанотрубки и фуллеренподобные кластеры из других соединений: неорганические наноматериалы....................................30
2.7. Квантовые точки и другие наночастицы............................................31
2.8. Нанопроводники, наностержни и другие наноструктуры................32
2.9. Магнитные наночастицы......................................................................33
Глава 3. Самосборка природных биологических наноструктур..................34
3.1. Процессы самосборки и самоорганизации в биологии....................34
3.2. Организация бактериальных S-слоев.................................................34
3.3. Самоорганизация вирусов....................................................................36
3.4. Самоорганизация фосфолипидных мембран.....................................38
3.5. Нитчатые элементы цитоскелета.........................................................40
3.6. Нуклеиновые кислоты: носители генетической информации
и матрицы для нанотехнологий...........................................................42
3.7. Олигосахариды и полисахариды: еще один класс биополимеров... 43
3.8. Амилоидные фибриллы - биологические наноструктуры, образующиеся путем самосборки.......................................................44
3.9. Паутина и шелк - природные надмолекулярные сборки
из фибриллярных белков.....................................................................45
3.10. Рибосома - конвейер для сборки белков..........................................45
3.11. Сложные машины для реализации генетического кода..................46
3.12. Протеосома - система контроля качества белков............................46
3.13. Биологические нанодвигатели: кинезин и динеин..........................47
3.14. Другие нанодвигатели: жгутики и реснички....................................47
3.15. Ионные каналы: селективные нанопоры..........................................47
Глава 4. Молекулярные и химические основы взаимодействия
компонентов биологических наносборок..................................................49
4.1. Возникновение биологической активности
в результате самосборки......................................................................49
4.2. Узнавание и химическая аффинность молекул..................................49
4.3. Аффинность и специфичность биологических взаимодействий.....51
4.4. Связь между термодинамикой и кинетикой диссоциации................51
4.5. Химические основы молекулярного узнавания
и специфического связывания.............................................................52
4.6. Образование специфических комплексов
за счет повышения энтропии...............................................................53
Глава 5. Молекулярное узнавание и образование
биологических структур..............................................................................55
5.1. Антитела как молекулярные сенсоры узнавания...............................55
5.2. Селекция антител и эквивалентных систем in vitro...........................56
5.3. Узнавание нуклеиновых кислот белками...........................................58
5.4. Взаимодействие рецепторов с лигандами..........................................59
5.5. Взаимное узнавание нуклеиновых кислот.........................................59
Глава 6. Самосборка биоматериалов и наноматериалов,
построенных по их образцу........................................................................61
6.1. Материалы на основе ДНК..................................................................61
6.2. Наноматериалы на основе пептидов...................................................63
6.3. Первые пептидные нанотрубки...........................................................63
6.4. Амфифильные и ПАВ-подобные пептидные блоки..........................65
6.5. Электростатическое взаимодействие как движущая
сила самосборки...................................................................................66
6.6. Самосборка конъюгированных пептидов...........................................67
6.7. Роль взаимодействия ароматических групп
в образовании наноструктур................................................................68
6.8. Образование нанотрубок из ароматических дипептидов (ADNT)... 68
6.9. Образование сферических наноструктур из коротких пептидов.....70
б.Ю.РМА-полимеры....................................................................................72
Глава 7. Применение сборок из биомолекул в нанотехнологии..................73
7.1. Применение S-слоев в нанолитографии.............................................73
7.2. Производство нанопроводников с помощью ДНК............................74
7.3. Амилоидные фибриллы как матрицы для производства нанопроводников..................................................................................75
7.4. Металлизация химически модифицированных
актиновых филаментов........................................................................78
7.5. Применение пептидных нанотрубок...................................................78
7.6. Бактериофаги как новые биоматериалы.............................................80
7.7. Применение пептидных матриц для биоминерализации..................80
7.8. Производство композитных неорганических наноматериалов........81
7.9. Применение биоминерализации в нанотехнологии..........................82
Глава 8. Применение достижений бионанотехнологии в медицине
и в других областях......................................................................................83
8.1. Совершенствование лекарств за счет нанокристаллов.....................83
8.2. Наноконтейнеры для доставки лекарств............................................84
8.3. Применение нанопроводников для биологической детекции..........85
8.4. Применение «мягкой» литографии в биотехнологии........................87
8.5. Контрастирующие магнитные наноматериалы..................................87
8.6. Сельское хозяйство с приставкой «нано»...........................................88
8.7. Нанотехнологии и водные ресурсы....................................................89
8.8. Нанокосметика......................................................................................89
8.9. Использование солнечной энергии.....................................................90
Глава 9. Перспективы нанобиотехнологии и бионанотехнологии..............92
9.1. На стыке молекулярной биологии и биотехнологии.........................92
9.2. Разработка модифицированных биосистем для сборки наноструктур........................................................................................93
9.3. Нанотехнология и тканевая инженерия..............................................93
9.4. Конструирование тканей мозга...........................................................95
9.5. Создание композитных материалов из биомолекул
и неорганических соединений.............................................................96
9.6. Нанобиомашины и нанороботы...........................................................96
Глава 10. Заключительные комментарии: будущее и риски
нанобиологической революции..................................................................98

Приложение А. Неизведанное в глубинах нашего мира: приглашение
в новую область физики. Р. Фейнман....................................................... 101
Приложение В. Список компаний, занятых в области
бионанотехнологии и нанобиотехнологии.............................................. 115
Приложение С. Глоссарий............................................................................127
Список литературы......................................................................................135
Предметный указатель.................................................................................144