Nanotechnologijos saugesniam maistui

Kaip žinia, priklausomai nuo šalies ekonominio išsivystymo 10-40% žemdirbių sunkiai išauginamo derliaus įvairiose stadijose „suvartoja“ mikroorganizmai. Turint omenyje greitai didėjančią žmonių populiaciją pasaulyje ir gilėjančią maisto krizę, tokios derliaus „dalybos” tampa nebeleistinomis. Ir čia nanotechnologijos gali šį bei tą pasiūlyti.

"Nano" išvertus iš graikų kalbos reiškia „nykštukas“, o 1 nanometras (nm) yra milijardinė (109) metro dalis. Palyginimui peržiūrėkime kelis objektus: vandens molekulė viso labo yra vos 0.1nm dydžio, DNR spiralės plotis- 2 nm, viruso dydis- apie 130 nm, leukocito- 10.000 nm, o žmogaus plaukas-100.000 nm. Nanotechnologijų mokslas tiria daleles nuo 1 iki 100 nm.
Kaip taisyklė, nanopasaulis atveria kartais visai netikėtas fizines, biologines ir chemines tos pačios medžiagos savybes. Nors nano struktūros gamtoje egzistuoja nuo seniausių Žemės susiformavimo laikų, nanotechnologijų koncepcijos autoriumi skaitomas Ričard Feinman, 1959 metais pristatęs ją Amerikos Fizikų draugijoje. Galime teigti, kad nanotechnologijos jau rado pritaikymą medicinoje, elektronikoje, farmacijos, kosmetikos, tekstilės ir net gynybos industrijoje. Ar gali nanotechnologijos pasitarnauti žemės ūkyje, kovojant su kenksmingais ir pavojingais mikroorganizmais. Pasirodo, kad gali, ir net gi keliose maisto grandinės „nuo lauko iki stalo“ etapuose.

Jei palygintume dydžių santykius tai nano dalelė lyginama su futbolo kamuoliu, taip, kaip futbolo kamuolys su Žeme.

Nanotechnologijos kovoje su augalų kenkėjais

Turime pripažinti, kad ne tik žmogus, bet ir augalai yra pastoviai atakuojami įvairiausių mikroskopinių ligų sukėlėjų, tokių kaip pelėsiniai grybai, bakterijos, virusai. Įvairiose žemės ūkio kultūrų auginimo stadijose, pradedant sėklos dygimu dirvoje, baigiant derliumi, šie mikrobai savo veikla sumažina auginamos kultūros produktyvumą.
Kasmet pasaulyje išpurškiama apie 4,6 mln. tonų pesticidų. Tik 1 proc. viso šio kiekio, tarnauja pagal paskirtį, likę 99 proc. patenka į aplinką ir nusėda dirvoje, vandenyje, o galiausiai yra absorbuojami beveik kiekvieno organizmo. Pagal Pasaulinės sveikatos organizacijos (PSO) duomenis kiekvienais metais, pesticidais apsinuodija apie 1 mln. Jie pažeidžia daugelį organų, silpnina imunitetą, veikia hormoninę, nervų, reprodukcinę, virškinimo sistemas, didina vėžio riziką.
Taigi, XXa. pasižymėjo itin plačiu cheminių medžiagų naudojimu kovai su augalų kenkėjais. XXI amžiuje, pasikeitus požiūriui į chemines augalų apsaugos priemones, siekiant tausoti žemę, augmeniją, gyvūniją bei žmogų, ieškoma necheminių antimikrobinių kovos su kenkėjais priemonių. Kaip puiki alternatyva agresyviems cheminiams fungicidams galėtų būti ekologiškai draugiškos ir nebrangios nanotechnologijos. Pvz., cinko oksido (ZnO) nanodalelių antimikrobinės savybės pasaulyje jau naudojamos miško medienai apsaugoti nuo kenkėjų.
Manoma, kad tokių nano-biopesticidų naudojimas yra labiau priimtinas, nes jie saugūs augalui, nepalyginamai mažiau teršia aplinką, lyginant su cheminiais pesticidais. Pavyzdžiui, cinkas dalyvauja daugelyje gyvybinių procesų žmogaus organizme. Todėl ZnO naudojamas kaip maisto papildas, kovojant su cinko trūkumu organizme. Esama maisto produktų (miltų, dribsnių, kūdikių maisto) su įterptu zinko oksidu.

Nanotechnologijos sustabdo uogų gedimą.

O ar tikrai viskas jau aišku?

Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institute bandoma įvertinti, ar ZnO nanodalelės gali pakeisti tradicinius fungicidus. Pasirodo, kad cinko nanodalelėmis purkštos braškių uogos ne tik lėčiau genda, bet ir nepraranda savo mitybinės vertės bei prekinės išvaizdos.
Kartu su naujomis technologijomis, naujomis galimybėmis ateina ir nauja atsakomybė. Šiuo metu pasaulyje daug diskutuojama, ne tik apie tai, kiek nanotechnologinė revoliucija gali įtakoti pasaulio ekonominį potencialą, bet ir apie tai, ar šios naujos technologijos netaps naujų grėsmių žmogui ir aplinkai šaltiniu. Kadangi nanodalelės skiriasi savo fiziko-cheminėmis savybėmis nuo savo pirmtakių makrostruktūrų, jų poveikis gyvai ir negyvai aplinkai gali būti kartais ir sunkokai prognozuojamas. Todėl, per pastaruosius kelis metus tiek Europos Sąjungoje, tiek JAV išleista milijardai dolerių tam, kad įvertinti nanodalelių poveikį įvairioms gyvoms sistemoms. Pvz, atlikti išsamūs toksikologiniai tyrimai, kiek nanodalelės, skirtingais keliais patekusios į organizmą (per kvėpavimo takus, odą ar virškinimo traktą) gali būti kenksmingos.
Eksperimentai, atlikti su pelytėmis, parodė, kad inhaliacijų metu, kvėpuojant stipriai nanodalelėmis užterštu oru, dalis jų pasilieka kvėpavimo takuose ir sukelia oksidacinį stresą ir uždegimines reakcijas. Kai kuriais atvejais buvo stebėta, kad inhaliacijų keliu patekusios į organizmą nanodalelės išplinta per kraujotakos sistemą ir patenka į smegenis. Per odą patenkančių dalelių toksiškumas mažiau ištirtas.  Bene geriausiai įvertintas nanodalelių poveikis virškinamajam traktui, kai jos patenka į organizmą su maistu ar vaistais. Tai ir lėmė, kad pirmiausia nanodalelės buvo sėkmingai panaudotos vaistų pramonėje.
Tačiau iki šiol stokoja tyrimų apie nanodalelių „viso gyvenimo ciklą“. Aptinkami pavieniai eksperimentiniai faktai, kad cinko oksido nanodalelės naudojamos didesniais kiekiais gali būti toksiškos aplinkoje esantiems augalams, naudingiems mikroorganizmams bei vandens faunai. Tyrimai su pelėmis parodė, kad didelis kiekis ZnO nanodalelių (5 mg/kg kūno svorio)  sukelia apsinuodijimo simptomus, bei pavienius mirties atvejus.
Vienok, gerai žinoma, kad gyvojoje gamtoje bet koks poveikis gali tiek padėti, tiek pakenkti. Viskas priklauso nuo poveikio „dydžio“ (intensyvumo, koncentracijos). Iki šiol niekas negali atsakyti į klausimą, kokios nanodalelių koncentracijos yra netoksiškos ir kokios koncentracijos indukuoja kenksmingus procesus skirtingiems organizmams, kokie likutiniai netoksiški nanodalelių kiekiai yra leistini dirvoje ir kokie kiekiai yra toksiški florai ir faunai.
Taip pat trūksta duomenų apie mažos koncentracijos nanodalelių ilgalaikį akumuliacinį poveikį įvairiems organizmams bei žmogui. Be to, beveik netyrinėtas nanodalelių poveikis maisto produktų mitybinei vertei bei organoleptinėms savybėms. Nepakankami moksliniai nanodalelių tyrimai kol kas neleidžia Maisto ir Vaistų Administracijai praplėsti eilės „iš esmės saugių medžiagų“ (generally recognized as safe, GRASS) statusą, įtraukiant ir jų nanoformą.
Egzistuoja ir toks požiūris, kad visos gamtos ir žmogaus sukurtos gyvos ir negyvos sistemos žemiausiame organizacijos lygyje yra nanostruktūros. Net Alpių kalnuose, toli nuo civilizacijos 1 cm3 oro randama 100 000 nanodalelių. Kambaryje deganti žvakė ne tik sukuria jaukią aplinką bet ir užteršia ją nanodalelėmis. Naudojant nanotechnologines technikas galima sujungti molekules į įvairaus ilgio darinius ir objektus, lygiai kaip ir išardyti tuos objektus į mažiausias molekules-nanodarinius. Įdomu ir tai, kad daugelis maisto produktų, kuriuos vartojame iš kartos į kartą tūkstančius metų turi nano dydžio komponentų: baltymai, riebalai, krakmolas maisto paruošimo metu keičia savo struktūrą į nanometrinę ir mikrometrinę.
Nepaisant visų abejonių ir dvejonių, neišbaigtų toksiškumo aplinkai vertinimų nanotechnologijos iš laboratorijų veržiasi į gyvenimą, siūlydamos inovatyvius produktus. Prieš gerą dešimtmetį globalios investicijos į nanotechnologijas siekė 7 bilijonus dolerių per metus.
Prognozuojama, kad 2011-2015 metais investicijos į nanotechnologinių produktų gamybą sieks 1 trilijoną dolerių ir sukurs darbo vietų 2 milijonams žmonių. Vien globali nanomaisto prekyba (pirmaujančios šalys JAV, Japonija, Kinija) išaugs iki 20 bilijonų dolerių per metus. Jau dabar pasaulyje suskaičiuojama 400 žemės ūkio ir maisto industrijos kompanijų, aktyviai perkančių nanotechnologines idėjas ir naujausius jų įdiegimus.
Tačiau, kad nekiltų grėsmė nei aplinkai, nei žmogui, nanotechnologijų, kaip ir bet kurių kitų technologijų paliekamus aplinkos teršalus ir atliekas reikės išmokti pašalinti. Tam, be abejo bus kuriami nauji ir efektyvūs atliekų valdymo metodai. Taip atrodo, kad, atsargiai įvertinus nanotechnologijų poveikį gyviems organizmams ir aplinkai, ateityje nanodalelių pritaikymas įvairiose srityse plėsis.  Nuo mūsų visų- mokslininkų, verslininkų ir vartotojų- priklauso, ar mes tas naujas technologijas naudosime saugiai, ar leisime joms vystytis ir nešti naudą žmonijai.

Straipsnį parengė Raminta Lukšaitė
Vilniaus Taikomųjų mokslų institutas



<- Grįžti į atgal