مقدمه
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند نوين، توانايي ايجاد انقلاب و تحولات عظيم را در سيستم تامين مواد غذايي و كشاورزي، در گستره جهاني دارد. نانوتكنولوژي قادر است كه ابزارهاي جديدي را براي استفاده در بيولوژي مولكولي و سلولي و همچنين توليد مواد جديدي، براي شناسايي اجرام بيماري زا معرفي نمايد و بنابراين چندين ديدگاه مختلف در نانوتكنولوژي وجود دارد كه مي تواند در علوم كشاورزي و صنايع غذايي، كاربرد داشته باشد. به عنوان مثال امنيت زيستي توليدات كشاورزي و مواد غذايي، سيستم هاي آزادكننده دارو بر عليه بيماري هاي شايع، حفظ سلامتي و حمايت از محيط زيست از جمله كاربردهاي اين علم مي باشد.
علم نانوتكنولوژي چيست؟
انجمن ملي نوبنياد نانوتكنولوژي كه يك نهاد دولتي در كشور آمريكا است، واژه نانوتكنولوژي را چنين توصيف مي كند:
«تحقيق و توسعه هدفمند، براي درك و دستكاري و اندازه گيري هاي مورد نياز در سطح موادي با ابعاد در حد اتم»، مولكول و سوپرمولكول ها را نانوتكنولوژي مي گويند. اين مفهوم با واحدهايي از يك تا صد نانومتر، همبستگي دارد. در اين مقياس خصوصيات فيزيكي، بيولوژيكي و شيميايي مواد تفاوت اساسي با يكديگر دارند و غالبا اعمال غير قابل انتظار از آنها مشاهده مي شود. در سيستم كشاورزي امروزي، اگر دامي مبتلا به يك بيماري خاص شود، مي توان چند روز و حتي چند هفته يا چند ماه قبل علايم نامحسوس بيماري را شناسايي كنند و قبل از انتشار و مرگ و مير كل گله، دامدار را براي اخذ تصميمات مديريتي و پيشگيري كننده آگاه كند و بنابراين مي توان نسبت به مقابله با آن بيماري اقدام نمايد.
نانوتكنولوژي به موضوعاتي در مقياس هم اندازه با ويروس ها و ساير عوامل بيماري زا مي پردازد و بنابراين پتانسيل بالايي را براي شناسايي و ريشه كني عوامل بيماري زا دارد. نانوتكنولوژي امكان استفاده از سيستم هاي آزادكننده دارويي را كه بتواند به طور طولاني مدت فعال باقي بماند، فراهم مي كند.
به عنوان مثال استفاده از سيستم هاي آزادكننده دارو، مي توان به ايمپلنت هاي ابداع شده مينياتوري در حيوان اشاره كرد كه نمونه هاي بزاقي را به طور مستمر كنترل مي كنند و قبل از بروز علايم باليني و تب، از طريق سيستم هاي هشداردهنده و سنسورهاي ويژه، مي تواند احتمال وقوع بيماري را مشخص و سيستم خاص آزادكننده ي داروي معيني را براي درمان موثر توصيه كنند. طراحي سيستم هاي آزادكننده مواد دارويي، يك آرزو و روياي هميشگي محققان براي سيستم هاي رهاكننده داروها، مواد مغذي و پروبيوتيك ها بوده و مي باشد.
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند به ما اجازه مي دهد كه نگرشي در سطح مولكولي و اتمي داشته و قادر باشيم كه ساختارهايي در ابعاد نانومتر را بيافرينيم.
براي تعيين و شناسايي بسيار جزيي آلودگي هاي شيميايي، ويروسي يا باكتريايي در كشاورزي و صنايع غذايي معمولا از روش هاي بيولوژيكي، فيزيكي و شيميايي استفاده مي گيرد. در روش هاي اخير نانوتكنولوژي براي استفاده توام اين روش ها، يك سنسور در مقياس نانو طراحي كرده اند. در اين سيستم جديد، مواد حاصل از متابوليسم و رشد باكتري ها با اين سنسورها تعيين مي گردد.
سطوح انتخابي بيولوژيكي، محيط هايي هستند كه عمده واكنش ها و فعل و انفعالات بيولوژيكي و شيميايي در آن محيط انجام مي شود.
چنين سطوحي همچنين توانايي افزايش يا كاهش قدرت اتصال ارگانيزم ها و مولكول هاي ويژه را دارد. از جنبه هاي كاربردي استفاده از اين سطوح، طراحي سنسورها، كاتاليست ها و توانايي جداسازي يا خالص سازي مخلوط هاي بيومولكول ها مي باشد. نانومولكول ها موادي هستند كه اخيرا از طريق نانوتكنولوژي به دست آمده اند و يا در طبيعت موجودند و به وسيله ي اين ساختارها، امكان دست كاري هاي در سطح نانو و تنظيم و كاتاليز واكنش هاي شيميايي وجود دارد. نانو مواد از اجزاي با سايز بسيار ريز تشكيل شده اند و اجزا تشكيل دهنده چنين ساختارهايي بر خواص مواد حاصل در سطح ماكرو تاثر مي گذارد.
كاربرد نانوتكنولوژي در علوم دامي
سلامتي دام هاي اهلي از جمله مسايلي است كه با اقتصاد دامداري ها در ارتباط مي باشد. يك دامپزشك مي نويسد كه «علم نانوتكنولوژي توانايي و پتانسيل بالقوه اي بر روي ره يافت هاي آتي دامپزشكي و درمان دام هاي اهلي خواهد داشت». تامين اقلام غذايي براي دام هاي اهلي همواره با افزايش هزينه و نياز به مراقبت هاي خاص دامپزشكي و تجويز دارو و واكسن همراه بوده است و نانوتكنولوژي توانايي ارايه راهكارهاي مناسب براي حل اين معضلات را دارد.
سيستم هاي سنتتيك آزاد كننده مواد دارويي
امروزه مصرف آنتي بيوتيك ها، واكسن ها، پروبيوتيك ها و عمده داروها از طريق وارد كردن آنها از راه غذا يا آب دام ها و يا از راه تزريق عضلاني صورت مي گيرد. رهاسازي يك مرحله اي دارو در برابر يك ميكروارگانيزم علي رغم تاثيرات درماني و اثرات بازدارنده پيشرفت يك بيماري معمولا با بازگشت مجدد علايم بيماري و تخفيف اثرات دارويي مصرفي همراه است. روش هاي موجود در سطح نانو، قابليت تشخيص و درمان عفونت، اختلالات تغذيه اي و متابوليكي را دارا مي باشد.
سيستم هاي سنتتيك رهاسازي دارو مي تواند خواص چندجانبه براي حذف موانع بيولوژيكي در افزايش بازده درماني داروي مورد استفاده و رسيدن آن به بافت هدف داشته باشد كه از جمله اين خواص مي توان به موارد ذيل اشاره كرد:
1-تنظيم زماني مناسب براي آزادسازي دارو
2-قابليت خودتنظيمي
3-توانايي برنامه ريزي قبلي
بنابراين در آينده نزديك پيشرفت هاي بيشتر تكنولوژي امكانات زير را فراهم مي كند:
-توسعه سيستم هاي سنتتيك ها، رهاسازي داروها، پروبيوتيك ها، مواد مغذي
-افزايش سرعت شناسايي علايم بيماري و كاربرد روش هاي درماني سريع
-توسعه سيستم هاي رهاسازي اسيدهاي نوكلئيك و مولكول هاي DNA
-كاربرد نانومولكول ها در توليد واكسن هاي دامي
تشخيص بيماري و درمان دام ها
تصور امكان تزريق نانوپارتيك ها به دام ها و فعال شدن تدريجي ماده موثر همراه با اين نانوذرات در بدن حيوان براي از بين بردن و تخريب سلول هاي سرطاني، افق تحقيقاتي جديدي را به روي محققان باز كرده است. محققان دانشگاه رايس مراحل مقدماتي كاربرد نانوشل ها را براي تزريق به جريان خون ارزيابي كردند.
اين ذرات نانو به گيرنده هاي غشاء سلول هاي سرطاني متصل مي شوند و با ايجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دماي سلول هاي مذكور به 55 درجه و تركيدن و از بين رفتن تومورهاي موجود مي گردند. همچنين نانوپارتيك هايي كه از اكسيدهاي آهن ساخته مي شوند، با ايجاد امواج مگنتيك در محل استقرار سلول هاي سرطاني باعث از بين بردن اين سلول ها مي شوند. يكي از اساسي ترين محورهاي تحقيقاتي كنوني، توسعه سيستم هاي رهاسازي DNA غير زنده، با بازدهي مناسب و با حداقل هزينه و عوارض جانبي و سمي مي باشد، كه در ژن درماني مورد استفاده قرار مي گيرد.
اصلاح نژاد دام
مديريت تلاقي و زمان مناسب جفت گيري دام ها، از جمله مواردي است كه در مزارع پرورش گاو شيرده به هزينه و زمان طولاني نياز دارد. از راهكارهايي كه اخيرا مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتيوپ هاي خاص در داخل پوست است كه زمان واقعي پيك هورمون استروژن و وقوع فحلي را در دام ها نشان مي دهد و لذا با علايمي كه سنسورهاي موجود به دستگاه مانيتور مي فرستد، زمان دقيق و واقعي تلقيح را به دامدار نشان مي دهد.
تغذیه گیاه (ازت)