Έντυπη Έκδοση

Βιομιμητική: κάν' το όπως η φύση

Για τη διαδικασία μεταφοράς προτύπων από το βιολογικό στο μηχανικό ανάλογο, με εφαρμογές σε χημεία, βιολογία, φαρμακολογία, αρχιτεκτονική κ.α., μιλάει ο διευθυντής Ερευνών του Ινστιτούτου Βιολογίας, Φαρμακευτικής Χημείας και Βιοτεχνολογίας στο Εθνικό Ιδρυμα Ερευνών, δρ Αριστοτέλης Ξενάκης

Η φύση αποτελούσε ανέκαθεν για τον άνθρωπο τον καμβά παρατήρησης για την κατανόηση του περιβάλλοντός του, αλλά ταυτόχρονα κι ένα υποδειγματικό σύστημα πολυπλοκότητας και συνθετικής διαδικασίας, την «ευφυΐα» του οποίου προσπάθησε αρχικά να αναλύσει και στη συνέχεια να αντιγράψει.

Χρήση βιομιμητικών συστημάτων τύπου μικρογαλακτώματος ως προσομοιωτών του πεπτικού συστήματος, για την παρακολούθηση του τρόπου δράσης των ενζύμων της πέψης παρουσία ενεργών συστατικών των τροφίμων, όπως τα αντιοξειδωτικά του παρθένου ελαιολάδου Χρήση βιομιμητικών συστημάτων τύπου μικρογαλακτώματος ως προσομοιωτών του πεπτικού συστήματος, για την παρακολούθηση του τρόπου δράσης των ενζύμων της πέψης παρουσία ενεργών συστατικών των τροφίμων, όπως τα αντιοξειδωτικά του παρθένου ελαιολάδου Η βιομιμητική ή βιομιμική αποτελεί λοιπόν τη διαδικασία μεταφοράς προτύπων από το βιολογικό στο μηχανικό ανάλογο.

Οταν ο Λεονάρντο ντα Βίντσι μελετούσε τα πουλιά, για να κατασκευάσει τις πτητικές μηχανές του, αντέγραφε απλώς μια καλή ιδέα της φύσης που θα έβρισκε εφαρμογή σε μια νέα τεχνολογία. Αρα η βιομίμηση σημαίνει, στην πραγματικότητα, καινοτομία εμπνευσμένη από τη φύση. Από το σχεδιασμό της πρώτης αλατιέρας έως την απόπειρα παραγωγής συνθετικού νήματος αράχνης και τα ζωομορφικά κτήρια στην αρχιτεκτονική, ο άνθρωπος εμπνέεται από τα φυσικά εξελικτικά μοντέλα και προχωράει τον πολιτισμό του.

Η αλατιέρα, εφεύρεση του βοτανολόγου Ραούλ Φρανς στις αρχές του 20ού αιώνα, προήλθε από την παρατήρηση ότι οι σπόροι στο άνθος μιας παπαρούνας κατανέμονταν ομοιόμορφα μέσω μικρών οπών στην κάψα. Τα σκρατς που έχουν τα αθλητικά παπούτσια κ.λπ. αποτελούν αντιγραφή των πολυάριθμων μικρών γάντζων που διαθέτουν οι «κολλιτσίδες». Ιδέα που ανέπτυξε ο Ελβετός ορειβάτης Ζορζ ντε Μεστράλ, ύστερα από έναν περίπατο με το σκυλί του σε ένα λιβάδι με αγριόχορτα.

Αλλα χαρακτηριστικά αντιγραμμένα από τη φύση παραδείγματα αποτελούν η χρήση υπερήχων από τις νυχτερίδες προκειμένου να προσδιορίσουν εμπόδια (σόναρ), το μαγνητικό ένστικτο των αποδημητικών πουλιών (πλοήγηση με πυξίδα) και οι αισθητήρες θερμότητας που χρησιμοποιούν οι κροταλίες για να εντοπίσουν το θήραμά τους (αισθητήρες υπερύθρων). Επίσης, μπογιές για εξωτερικές επιφάνειες με αυτοκαθαριζόμενες ιδιότητες, εμπνευσμένες από το φύλλο του λωτού, αεροδυναμικά κράνη μιμούμενα την αεροδυναμική του κεφαλιού του τρυποκάρυδου, τα ελαστικά των αυτοκινήτων σε μίμηση του πέλματος των αιλουροειδών.

Ο δρ Αριστοτέλης Ξενάκης (φωτ. Αρχείο «Ε») Ο δρ Αριστοτέλης Ξενάκης (φωτ. Αρχείο «Ε») Ο έμβιος κόσμος

Η βιομιμητική εφαρμόζεται τα τελευταία χρόνια στη χημεία, τη βιολογία, τη φαρμακολογία, τη μηχανική, την αρχιτεκτονική κ.α. Στη χώρα μας, σοβαρή δουλειά γίνεται από την ομάδα του δρος Αριστοτέλη Ξενάκη, διευθυντή Ερευνών του Ινστιτούτου Βιολογίας, Φαρμακευτικής Χημείας και Βιοτεχνολογίας στο Εθνικό Ιδρυμα Ερευνών, που μίλησε στην «Κ.Ε.»:

* Τι είναι η βιομιμητική και σε ποιους τομείς βρίσκει εφαρμογή σε ερευνητικό αλλά και πρακτικό επίπεδο;

- Με τον όρο βιομιμητική περιγράφουμε κάθε επιστημονική προσέγγιση για την κατανόηση του τι συμβαίνει στον έμβιο κόσμο, με τη χρήση απλών πειραματικών διατάξεων ή προσομοιώσεων. Για την μελέτη π.χ. του τρόπου που δρουν τα ένζυμα, η κλασική βιοχημεία απαιτεί την απομόνωση και τον καθαρισμό τους ώστε να αναλυθούν οι μοριακές τους ιδιότητες. Σε μια προσπάθεια κατανόησης της δράσης τους μέσα στα κύτταρα, μπορούμε να τα εγκλωβίσουμε και μελετήσουμε σε ένα τεχνητό σύστημα με ιδιότητες που προσομοιάζουν στο ενδοκυτταρικό μικροπεριβάλλον. Ενα τέτοιο σύστημα είναι τα μικρογαλακτώματα ύδατος σε έλαιο, που σχηματίζουν μικροσταγονίδια νερού μέσα στα οποία περιορίζεται το ένζυμο. Το σύστημα έχει το πλεονέκτημα ότι είναι διαυγές, επιτρέποντας την εφαρμογή φασματοσκοπικών τεχνικών για τη μελέτη τόσο της δομής του ενζύμου όσο και της ανίχνευσης της βιοκαταλυτικής του δράσης.

* Εχει διατυπωθεί η άποψη ότι «βρισκόμαστε στο κατώφλι μιας επανάστασης στον τομέα των υλικών, η οποία θα είναι ισάξια της Εποχής του Σιδήρου και της Βιομηχανικής Επανάστασης», με την έννοια ότι η βιομιμητική θα αλλάξει σημαντικά τον τρόπο ζωής μας. Σε τι βαθμό αυτό είναι ρεαλιστικό, κατά τη γνώμη σας;

- Η επιστήμη συνεχώς προοδεύει και προκαλεί «επαναστάσεις» σε όλους τους τομείς. Η βιομιμητική μπορεί να εμπνεύσει και την τεχνολογία των υλικών και ειδικότερα των υγρών νανο-υλικών, με εφαρμογές που πιθανόν δεν φανταζόμαστε ακόμα. Ο χρόνος θα δείξει τι αλλαγές στην καθημερινότητα θα φέρουν.

* Στην Ελλάδα, σε τι επίπεδο βρίσκεται η επιστημονική έρευνα όσον αφορά τη βιομιμητική και ποιο ακριβώς είναι το αντικείμενο της δικής σας ομάδας;

- Η Ελλάδα έχει ισχυρή παρουσία στο ερευνητικό γίγνεσθαι σε παρά πολλούς τομείς, μεταξύ των οποίων και η βιομιμητική. Η ομάδα μας, στο Εθνικό Ιδρυμα Ερευνών, δραστηριοποιείται με τη μελέτη της συμπεριφοράς βιομορίων, όπως είναι τα ένζυμα, σε πρότυπα συστήματα τα οποία προσομοιάζουν με το φυσικό τους περιβάλλον. Οι μελέτες αφορούν δομικά και λειτουργικά στοιχεία των βιομορίων, όταν αυτά βρίσκονται σε περιβάλλοντα διαστάσεων νανοκλίμακας με περιορισμένη ποσότητα ύδατος, όπως είναι οι νανοδιασπορές τύπου μικρογαλακτώματος. Στα συστήματα αυτά συνυπάρχουν υδάτινοι θύλακοι σε ένα οργανικό μη πολικό μέσο (έλαιο), επιτρέποντας τη διαλυτοποίηση συστατικών με διαφορετικές πολικότητες, από λιπόφιλα εντοπιζόμενα στη συνεχή οργανική φάση, έως υδρόφιλα εγκλωβιζόμενα στη διεσπαρμένη υδατική φάση, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να αντιδρούν μέσω μιας τεράστιας μεσεπιφάνειας. Ετσι είναι δυνατός ο εγκλωβισμός ενζύμων και η χρήση τους ως καταλυτών αντιδράσεων μεταξύ μη υδατοδιαλυτών υποστρωμάτων.

Στο πρόγραμμα Βιομιμητικής και Νανοβιοτεχνολογίας αναπτύσσονται δράσεις όπως:

Μελέτη δομής-λειτουργίας ενζύμων σε νανοδιασπορές (βιοκατάλυση).

Ανάπτυξη και δομική μελέτη νέων συστημάτων νανοδιασποράς (formulation).

Βιοτεχνολογικές εφαρμογές με βάση βιοσυμβατά συστατικά.

Οι μελέτες αυτές έχουν βρει ποικίλες εφαρμογές που αναπτύσσονται σε συνεργασία με βιομηχανίες τροφίμων, φαρμακευτικών και καλλυντικών.

* Γιατί πολλές φορές η βιομιμητική μπερδεύεται με τη βιοτεχνολογία και ποιο είναι το κλειδί για να αποφεύγουμε τέτοιου είδους συγχύσεις;

- Θα έλεγα ότι η βιομιμητική δεν «μπερδεύεται με τη βιοτεχνολογία», αλλά προσφέρει εφαρμογές ειδικά στη λευκή ή βιομηχανική βιοτεχνολογία, δηλαδή εκείνον τον κλάδο που αξιοποιεί έμβιους οργανισμούς ή παράγωγα βιομόρια σε βιομηχανικές παραγωγικές διαδικασίες. Για παράδειγμα, αναφέρω την εμπειρία της ομάδας μας στη χρήση ενζύμων ως βιοκαταλυτών για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας.

Συνθέσεις προϊόντων

* Ποια θα αναφέρατε ως σημαντικά παραδείγματα εφαρμογής της βιομιμητικής σε διάφορους τομείς, που μπορούν να αποτελέσουν ταυτόχρονα σημεία αναφοράς για τον πολύ κόσμο;

- Με βάση την εμπειρία της ομάδας μας, η χρήση των παραπάνω βιομιμητικών συστημάτων επιτρέπει τη βιοκαταλυτική σύνθεση προϊόντων όπως οι εστέρες λιπαρών ή και φαινολικών οξέων κάτω από ήπιες συνθήκες. Οι ενώσεις αυτές, παράγωγα φυσικών προϊόντων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικά πρόσθετα σε τρόφιμα ή και καλλυντικά, για να προσδώσουν π.χ. αντιοξειδωτική προστασία. Μια άλλη εφαρμογή, που προτείναμε πρόσφατα, είναι η χρήση των βιομιμητικών συστημάτων τύπου μικρογαλακτώματος ως προσομοιωτών του πεπτικού συστήματος, για την παρακολούθηση του τρόπου δράσης των ενζύμων της πέψης, παρουσία ενεργών συστατικών των τροφίμων, όπως τα αντιοξειδωτικά του παρθένου ελαιολάδου.

Αποστολή με Email Εκτύπωση σελίδας

Διαβάστε επίσης

Στην κατηγορία
Διεθνή
Με λέξεις-κλειδιά
Βιοτεχνολογία & βιοηθική
Επιστημονικές έρευνες και μελέτες
Βιολογία