Ostale znanosti o životu. Najperspektivnija područja znanstvenih istraživanja Medicinska i biotehnologija
11. srpnja 2008Životne znanosti(znanosti o životu) spajaju različite grane biologije, biotehnologije i medicine. Posljednjih godina to je jedan od prioriteta svjetske znanosti i ekonomije. Odabir znanosti o životu kao prioritetnog područja razvoja objašnjava se nizom razloga. Ove znanosti su osnova za zadovoljenje primarnih potreba čovječanstva.
Prije svega, ovo je zdravstvo. Da biste se brinuli o zdravlju, morate razumjeti što se događa zdravoj osobi, a što se događa u patologiji. Znanosti o životu postaju posebno važne kako se životni vijek produljuje: potreba da se starijim članovima društva osigura zdrava i aktivna starost postavlja nove izazove pred biologiju i medicinu. Drugo, rastuća svjetska populacija i rastući prosperitet zahtijevaju razvoj novih načina za povećanje poljoprivredne produktivnosti, novih vrsta biljaka - ne samo produktivnijih, već i s poboljšanim potrošačkim svojstvima. Treće, sve veći pritisak koji čovječanstvo vrši na prirodu zahtijeva sve dublje proučavanje ekologije i usvajanje mjera za smanjenje tog opterećenja - na primjer, kroz metode proizvodnje biogoriva, biorazgradive plastike, napredne poljoprivredne prakse, smanjenje onečišćenja okoliša i bioremedijaciju – obnova onečišćenih ili uništenih biocenoza.
Središnja poveznica koja spaja znanosti o životu je biotehnologija u najširem smislu te riječi.
Prioritet živih sustava
Osobna identifikacija i pouzdana dijagnoza bolesti, uzgoj ljudskih organa i stvaranje usjeva s visokim udjelom vitamina, masti i bjelančevina, nova cjepiva i lijekovi - ove i mnoge druge tehnologije s pravom pripadaju najširem prostoru zvanom "živi sustavi".
Stvaranje razvijene ekonomije u postindustrijskom društvu nemoguće je bez ažuriranja tehnološke strukture i oblika znanstvene djelatnosti koji odgovaraju odlazećem gospodarskom sustavu. Stoga je jedna od ključnih zadaća naše države formiranje učinkovitog i konkurentnog sektora znanosti i inovacija. Glavni instrument države u području razvoja znanosti i tehnologije je federalni ciljni program "Istraživanje i razvoj u prioritetnim područjima za razvoj znanstvenog i tehničkog kompleksa Rusije za 2007.-2012." U sklopu ovog programa država financira radove koji odgovaraju odabranim znanstvenim i znanstveno-tehničkim državnim prioritetima, od kojih je jedan i “Živi sustavi”.
STRF.ru pomoć:
Rad u prioritetnom području "Živi sustavi" također se provodi u okviru Federalnog ciljanog programa "Istraživanje i razvoj u prioritetnim područjima razvoja znanstvenog i tehnološkog kompleksa Rusije za 2007.-2012.". U okviru ovog smjera u 2008. godini posebno su razvijene sljedeće kritične tehnologije:
– biomedicinske i veterinarske tehnologije za održavanje života i zaštitu ljudi i životinja;
– biokatalitičke, biosintetske i biosenzorske tehnologije;
– genomske i postgenomske tehnologije za stvaranje lijekova;
– stanične tehnologije;
– bioinženjerske tehnologije.
Koncept "životne znanosti" zamijenila je uobičajeni koncept “bioloških znanosti” i dala zajedničko ime svim znanostima o živim bićima: zoologiji i genetici, botanici i molekularnoj biologiji, fiziologiji i biokemiji, ekologiji i medicini. Svatko tko radi na ovim područjima bavi se živim sustavima, odnosno živim organizmima, bio to čovjek ili cvijet, virus ili bakterija. Možemo reći da su živi sustavi sve što se razmnožava, diše, hrani i kreće.
No, nije riječ samo o promjeni imena. Pojam "živi sustavi" je aktivniji, strukturiraniji. Odražava sustavan pristup ovom interdisciplinarnom području znanosti i znanja u kojem djeluju biolozi, kemičari, fizičari i matematičari. Osim toga, izraz "Živi sustavi" vrlo je tehnološki. Ono uključuje ne samo poznavanje i otkrivanje principa organizacije živih bića, već i korištenje tog znanja u obliku novih tehnologija. Ovaj pristup poziva različite stručnjake da zajedno krenu od znanstvene ideje do njene praktične provedbe i upotrebe u interesu ljudi.
Osobna identifikacija i pouzdana dijagnoza bolesti, uzgoj ljudskih organa i stvaranje usjeva s visokim udjelom vitamina, masti i bjelančevina, nova cjepiva i lijekovi - ove i mnoge druge tehnologije s pravom pripadaju najširem prostoru zvanom "živi sustavi". Istraživanja i razvoj koji se provode u ovom području ispunit će našu industriju visokotehnološkim tehnologijama, poboljšati zdravlje i povećati sigurnost ruskih građana. Zbog toga su živi sustavi jedan od glavnih vladinih prioriteta u području znanosti i tehnologije, koji se aktivno podržava kroz savezne ciljane programe.
Ova zbirka će ukratko upoznati čitatelja s konceptom tehnoloških platformi i biotehnologija, kao i nekim razvojem vodećih ruskih znanstvenih timova koji rade u prioritetnom smjeru "Živi sustavi".
STRF.ru pomoć:
Raspodjela sredstava u smjeru "Živi sustavi" u okviru Saveznog ciljanog programa u 2008. po regijama (milijuna rubalja):
FEFD – 9 ugovora, proračun 116,5
Povolški savezni okrug - 17 ugovora, proračun 140,1
Sjeverozapadni federalni okrug - 32 ugovora, proračun 156,0
Sibirski savezni okrug - 34 ugovora, proračun 237,4
Uralski savezni okrug – 1 ugovor, proračun 50
Središnji federalni okrug - 202 ugovora, proračun 2507,8
Južni federalni okrug - 4 ugovora, proračun 34,85
Znanje kao tehnologija
U razgovorima o razvoju temeljnih i primijenjenih razvoja u području živih sustava sve se češće susreće pojam “tehnologija”. U modernoj, postindustrijskoj ekonomiji tehnologija se shvaća kao skup dokumentiranih znanja za svrhovite aktivnosti pomoću tehničkih sredstava (primjerice, organizacijske tehnologije, potrošačke tehnologije, društvene tehnologije, političke tehnologije). Treba napomenuti da je u tržišnoj ekonomiji tehnologija, kao vrsta znanja, roba. Skup znanja označen ovim konceptom postavlja pitanja ne samo o tome što radimo, već i kako, i što je najvažnije, zašto to radimo.
Pri određivanju strategija razvoja znanstvenog i tehničkog kompleksa na nacionalnoj razini koristi se koncept "tehnološke platforme". Još uvijek nema jasne definicije ovog pojma. Ipak, već je očito da ovaj koncept uključuje korpus znanja, metoda, materijalno-tehničke baze i kvalificiranog osoblja, koji varira ovisno o vanjskim narudžbama za znanstveni i tehnološki rad. Prioritetni pravac “Živi sustavi” može se smatrati kombinacijom nekoliko tehnoloških platformi.
Tajne otkrivene
Iz živih sustava izvodimo tehnologije koje su norma života za prirodu. Ona ih koristi tijekom rođenja, razvoja i smrti bilo kojeg živog organizma. Štoviše, na svakoj razini hijerarhije živog sustava - genetskoj, staničnoj, organskoj - postoji drugačiji skup tehnoloških rješenja.
Svaki živi sustav počinje s glavnom molekulom života, DNK, koja pohranjuje i prenosi nasljedne informacije s generacije na generaciju. DNK se može grubo podijeliti na semantičke dijelove – gene. Oni šalju naredbe za sintezu određenih proteina koji oblikuju karakteristike organizma i osiguravaju njegov život. Znanstvenici procjenjuju broj gena kod ljudi na 20-25 tisuća. Ako se pojave greške u genima, koje se nazivaju mutacije, osoba razvija ozbiljne bolesti. Opseg teksta “snimljenog” u genomu identičan je datoteci dnevnih novina Izvestija već 30 godina.
DNK živi i radi u stanici. Živa stanica sama je savršenstvo. Ona zna kako pretvoriti beskorisne tvari u korisne, sintetizirati unutarnje lijekove za tijelo, građevni materijal i još mnogo toga. Svake minute u živoj stanici odvijaju se milijuni kemijskih reakcija u najobičnijim uvjetima - u vodenom okolišu, bez visokog tlaka i temperatura.
Jedna stanica živi sama samo kod jednostaničnih organizama – bakterija, no većina živih sustava su višestanični. Tijelo odraslog čovjeka sadrži u prosjeku 10 14 stanica. Oni se rađaju, transformiraju, rade svoj posao i umiru. Ali istovremeno žive u skladu i suradnji, gradeći kolektivne sustave obrane (imunološki sustav), prilagodbe (regulacijski sustav) i druge.
Korak po korak otkrivamo tajne živih sustava i na temelju tog znanja stvaramo biotehnologija.
Biotehnologija
Biotehnologija se može definirati kao procesi u kojima se živi sustavi ili njihove komponente koriste za proizvodnju tvari ili drugih živih sustava. Živa bića su izvorne “tvornice” koje prerađuju sirovine (hranjive tvari) u široku paletu proizvoda potrebnih za održavanje njihovog života. Osim toga, te su tvornice sposobne reproducirati, odnosno generirati druge vrlo slične “tvornice”.
Danas već znamo mnogo o tome kako su "radnici" živih tvornica strukturirani i funkcioniraju - genom, stanične strukture, proteini, same stanice i tijelo u cjelini.
Zahvaljujući tim saznanjima, iako još nepotpunima, istraživači su naučili manipulirati pojedinim elementima živih sustava – genima (genomske tehnologije), stanicama (stanične tehnologije) – i stvarati genetski modificirane žive organizme sa svojstvima korisnim za nas (genetski inženjering). Znamo kako prilagoditi prirodne “tvornice” za proizvodnju proizvoda koji nam trebaju (industrijska biotehnologija). I štoviše, genetski modificirati te tvornice tako da sintetiziraju ono što nam treba.
Tako stvaramo biotehnologije, o kojima će biti riječi dalje. No prije nego što vas upoznamo s primjerima tehnologija koje su već stavljene u službu čovjeka, potrebno je reći nekoliko riječi o elegantnom rješenju koje danas pomaže znanstvenicima da proniknu u misterije života i razumiju mehanizme živih sustava. Uostalom, procesi koji se odvijaju u stanici su nevidljivi, a znanstvena istraživanja zahtijevaju tehnologije pomoću kojih ih je moguće vidjeti i razumjeti. Inače, ovo rješenje je samo po sebi biotehnologija.
Svjetleće vjeverice
Da biste saznali kako geni rade, morate vidjeti rezultat njihova rada, odnosno proteine koji se sintetiziraju po njihovoj zapovijedi. Kako možemo uočiti točno one koje tražimo? Znanstvenici su pronašli metodu koja čini proteine vidljivima, sjajeći na ultraljubičastom svjetlu.
Takvi svjetleći proteini nalaze se u prirodi, na primjer, u morskim rakovima i meduzama. Tijekom Drugog svjetskog rata, Japanci su kao lokalni izvor svjetlosti koristili prah iz “morske krijesnice”, rakova s školjkom školjke. Kad je bila natopljena vodom, jako je svijetlila. Upravo je iz ove morske krijesnice i meduze O. Shimomura (Japan) prvi izolirao svjetleće proteine kasnih 50-ih godina 20. stoljeća. To je bio početak povijesti danas poznatog GFP-a - zelenog fluorescentnog proteina. A 2008. O. Shimomura, M. Chelfi i R. Tsien (SAD) dobili su Nobelovu nagradu za kemiju za fluorescentne proteine. Uz pomoć ovih proteina, može se natjerati da svijetle različiti živi objekti, od staničnih struktura do cijele životinje. Fluorescentna baterijska svjetiljka, koja se pomoću genetske manipulacije može pričvrstiti na željene proteine, omogućila je vidjeti gdje i kada se taj protein sintetizira i u koje dijelove stanice se šalje. Bila je to revolucija u biologiji i medicini.
Ali crvene fluorescentne proteine prvi su otkrili u koraljima i drugim morskim organizmima dva ruska istraživača - Mikhail Mats i Sergei Lukyanov. Sada imamo fluorescentne proteine u svim duginim bojama, a njihova je primjena vrlo široka: od vrhunske biologije i medicine, uključujući onkologiju, i otkrivanje otrovnih i eksplozivnih tvari, do svjetlećih akvarijskih ribica.
Pod vodstvom dopisnog člana Ruske akademije znanosti S. Lukjanova (Institut za bioorgansku kemiju Ruske akademije znanosti) stvorena je ruska biotehnološka tvrtka Evrogen, koja opskrbljuje znanstvenike diljem svijeta raznobojnim fluorescentnim oznakama. Danas je Evrogen jedan od vodećih na globalnom tržištu fluorescentnih proteina za biološka istraživanja.
Genetska identifikacija
Svi smo jako različiti. Izgled, karakter, sposobnosti, osjetljivost na lijekove, averzija prema ovoj ili onoj hrani - sve je to genetski uvjetovano. Jedinstvenost genoma svakog od nas čini ga pouzdanim alatom za identifikaciju identiteta. U biti, naši su geni isti otisci prstiju, samo različite prirode. DNK metodu identifikacije u forenzičku praksu uveo je britanski istraživač Alik Jeffreys 80-ih godina prošlog stoljeća. Danas je to već uobičajen i poznat postupak u cijelom svijetu.
Također se koristi u Rusiji. No, reagense za analizu nabavljamo u inozemstvu. U Institutu za opću genetiku Ruske akademije znanosti, pod vodstvom dopisnog člana Ruske akademije znanosti Nikolaja Jankovskog, stvara se set reagensa za identifikaciju ljudske DNK. Pojava takvog domaćeg alata je vrlo pravovremena, budući da će 1. siječnja 2009. godine stupiti na snagu Zakon "O registraciji genoma", koji je usvojila Državna duma Ruske Federacije 19. studenog 2008. godine. Razvoj naših znanstvenika ne samo da će nam omogućiti da odbijemo uvoz, već će također kriminolozima dati napredniji alat koji, za razliku od zapadnih analoga, radi s teško oštećenom DNK. I to je čest slučaj u sudskoj medicini.
Uz pomoć ovog alata riješit će se još jedna važna društvena zadaća - stvaranje banke genetskih podataka prekršitelja zakona, što će povećati otkrivanje zločina i smanjiti vrijeme istrage. U Velikoj Britaniji genetska baza ljudi koji su na ovaj ili onaj način povezani s kriminalnim svijetom broji već nekoliko milijuna ljudi.
Metoda DNK identifikacije posebno je dobra za identifikaciju osoba stradalih u ratovima, katastrofama i drugim okolnostima. Danas se koristi i u Rusiji. Najpoznatiji slučaj je identifikacija posmrtnih ostataka posljednje kraljevske obitelji. Završnu fazu ovog velikog posla – identifikaciju posmrtnih ostataka careva sina i kćeri – proveo je profesor Evgeniy Rogaev, voditelj odjela za genomiku Instituta za opću genetiku Ruske akademije znanosti.
Konačno, još jedno područje primjene metode DNK identifikacije je utvrđivanje očinstva. Istraživanja pokazuju da nekoliko posto zakonskih očeva nisu biološki. Dugo vremena očinstvo se utvrđivalo analizom krvi djeteta i roditelja – određivala se krvna grupa i Rh faktor te uspoređivali podaci. Međutim, ova je metoda bila inherentno nepouzdana, kao što istraživači sada razumiju, i proizvela je mnoge pogreške koje su rezultirale osobnim tragedijama. Korištenje DNA identifikacije povećalo je točnost analize na gotovo 100%. Danas je ova tehnika za utvrđivanje očinstva dostupna u Rusiji.
Genetska dijagnostika
Uraditi potpunu analizu genoma jedne osobe trenutno košta ogroman novac - dva milijuna dolara. Istina, za desetak godina, kako tehnologija napreduje, predviđa se da će cijena pasti na tisuću dolara. Ali moguće je ne opisati sve gene. Često je dovoljno procijeniti rad samo određenih skupina gena koji su kritični za pojavu raznih bolesti.
Genetska dijagnostika zahtijeva posebne uređaje, minijaturne, brze i točne. Ti se uređaji nazivaju biočipovi. Prvi svjetski patent za biočipove za određivanje strukture DNK pripada Rusiji - tim akademika Andreja Mirzabekova s Instituta za molekularnu biologiju im. V.A. Engelhardt RAS. Zatim, kasnih 80-ih godina prošlog stoljeća, Mirzabekov tim razvio je mikromatričnu tehnologiju. Kasnije su ih počeli nazivati biočipovima.
Biološki mikročipovi su male ploče od stakla ili plastike, na čijoj se površini nalaze mnoge stanice. Svaka od tih jažica sadrži marker za jedan ili drugi dio genoma koji treba detektirati u uzorku. Ako se uzorak krvi pacijenta ispusti na biočip, možemo saznati sadrži li ono što tražimo - odgovarajuća jažica će svijetliti zbog fluorescentne oznake.
Pregledom istrošenog biočipa znanstvenici mogu postaviti dijagnozu sklonosti određenim bolestima, kao i otkriti opasne viruse u krvi pacijenta, na primjer, tuberkuloze ili hepatitisa C. Uostalom, virus nije ništa više od stranog DNK. u proteinskoj ovojnici. Zahvaljujući novoj tehnici, trajanje složenih laboratorijskih analiza bioloških materijala smanjeno je s nekoliko tjedana na jedan dan.
Danas biološke mikrobiočipove razvijaju deseci tvrtki u Europi i SAD-u. Međutim, ruski biočipovi uspješno odolijevaju konkurenciji. Jedna analiza pomoću ispitnog sustava Biochip-IMB košta samo 500 rubalja, dok korištenje stranog analoga košta 200-500 dolara.
A Institut za molekularnu biologiju Ruske akademije znanosti počeo je certificirati biočipove koji otkrivaju tipove virusa hepatitisa C kod pacijenata. Tržišni potencijal nove tehnologije je golem. Uostalom, uz pomoć tradicionalnih testova, u svakom trećem slučaju nije moguće otkriti kojoj sorti pripada pronađeni virus. Sada je ovaj problem riješen.
Pomoću DNK dijagnostike ne samo da možete identificirati bolesti i predispoziciju za njih, već i prilagoditi svoju dnevnu prehranu. Na primjer, treba li uključiti punomasno mlijeko ili ne. Činjenica je da kod mnogih ljudi punomasno mlijeko uzrokuje mučninu, proljev i opću slabost. Do toga dolazi zbog nedostatka enzima koji razgrađuje mliječni šećer – laktoze. Zbog toga se javljaju problemi u tijelu. A prisutnost enzima određena je genetski. Prema genetskim istraživanjima, od trećine do polovice odraslih osoba u našoj zemlji (ovisno o regiji) nije u stanju probaviti punomasno mlijeko. Međutim, školska prehrana i dalje zahtijeva čašu mlijeka dnevno za svako dijete. Koristeći DNK dijagnostički test razvijen na Institutu za opću genetiku Ruske akademije znanosti, lako je odrediti kome se može preporučiti punomasno mlijeko, a kome ne. To je cilj projekta "Očuvanje zdravlja zdravih ljudi", koji provodi Ruska akademija znanosti zajedno s upravom Tambovske oblasti.
Genska terapija
Genetska dijagnostika gradi temelje za medicinu budućnosti. Ali medicina nije samo dijagnoza, ona je i liječenje. Možemo li ispraviti neispravne gene u živom organizmu ili ih zamijeniti potpunima u onim teškim slučajevima kada je tradicionalno liječenje nemoćno? Upravo je to zadatak koji si postavlja genska terapija.
Bit genske terapije riječima je jednostavna: potrebno je ili "popraviti" pokvareni gen u stanicama onih tkiva i organa u kojima ne radi, ili u tijelo pacijenta unijeti punopravni gen koji mi može sintetizirati in vitro. Danas je razvijeno nekoliko metoda za uvođenje novih gena u stanice. To uključuje isporuku gena pomoću neutraliziranih virusa, mikroinjekciju genetskog materijala u jezgru stanice, pucanje stanica iz posebnog pištolja sa sitnim zlatnim česticama koje nose zdrave gene na svojoj površini, itd. Do sada je bilo vrlo malo uspjeha u polju praktična genska terapija. Međutim, postoje bistra i duhovita otkrića, uključujući i ruska laboratorija.
Jedna od tih ideja, namijenjena liječenju raka, može se nazvati “trojanskim konjem”. Jedan od gena virusa herpesa unosi se u stanice raka. Sve do određenog vremena ovaj “trojanski konj” se ne otkriva. Ali čim se lijek koji se široko koristi za liječenje herpesa (ganciklovir) unese u tijelo pacijenta, gen počinje djelovati. Kao rezultat toga, u stanicama se stvara izuzetno otrovna tvar koja uništava tumor iznutra. Druga opcija za gensku terapiju raka je isporuka gena stanicama raka koji će potaknuti sintezu takozvanih "suicidnih" proteina, što dovodi do "samoubojstva" stanica raka.
Tehnologiju za isporuku gena u stanice raka razvija veliki tim znanstvenika s Instituta za bioorgansku kemiju nazvan. M.M. Shemyakin i Yu.A. Ovchinnikov RAS, Ruski onkološki istraživački centar RAMS, Institut za molekularnu genetiku RAS, Institut za biologiju gena RAS. Rad vodi akademik Evgeniy Sverdlov. Glavni fokus projekta je na stvaranju lijekova protiv raka pluća (prvo mjesto po smrtnosti) i raka jednjaka (sedmo mjesto). Međutim, metode i dizajni koji se stvaraju bit će korisni u borbi protiv bilo koje vrste raka, kojih ima više od stotinu. Nakon potrebnih kliničkih ispitivanja, ako budu uspješna, lijekovi će ući u praksu 2012. godine.
Dijagnoza raka
Problemom raka bavi se veliki broj znanstvenih timova u Rusiji i svijetu. To je i razumljivo: rak svake godine žanje nešto manju smrtonosnu žetvu od kardiovaskularnih bolesti. Zadatak znanstvenika je stvoriti tehnologije koje omogućuju otkrivanje raka u najranijim fazama i ciljano uništavanje stanica raka, bez nuspojava za tijelo. Rana i brza dijagnoza, kada analiza traje samo nekoliko sati, iznimno je važna za tradicionalnu terapiju raka. Liječnici znaju da je lakše uništiti bolest u korijenu. Stoga klinike diljem svijeta trebaju dijagnostičke tehnologije koje ispunjavaju te zahtjeve. I tu u pomoć istraživačima dolazi biotehnologija.
Novi pristup ranoj i brzoj dijagnostici raka prvi je put u svijetu predložio Alexander Chetverin s Instituta za proteine Ruske akademije znanosti. Bit metode je identificirati u krvi one molekule mRNA koje uklanjaju informacije iz odgovarajućih dijelova genoma i nose naredbu za sintezu proteina raka. Ako su takve molekule prisutne u uzorku krvi pacijenta, tada se može postaviti dijagnoza raka. Međutim, problem je u tome što je tih molekula u uzorku krvi jako malo, dok je drugih mnogo. Kako pronaći i raspoznati te pojedinačne primjerke koji su nam potrebni? Taj je problem riješio tim znanstvenika pod vodstvom A. Chetverina.
Istraživači su naučili umnožiti tražene, ali nevidljive molekule markera stanica raka pomoću takozvane lančane reakcije polimeraze (PCR).
Kao rezultat toga, cijele molekularne kolonije rastu iz jedne nevidljive molekule, koja se već može vidjeti pod mikroskopom. Ako pacijentov uzorak krvi (recimo, jedan mililitar) sadrži barem jednu stanicu raka i jednu molekulu markera, tada se početna bolest može otkriti.
Analiza se može obaviti za samo nekoliko sati, a košta nekoliko tisuća rubalja. Ali ako ga koristite masovno, na primjer, tijekom godišnjeg preventivnog liječničkog pregleda, tada cijena može pasti na 300-500 rubalja.
Liječenje raka
U području liječenja raka također postoji nekoliko novih pristupa koji se oslanjaju na biotehnologiju. Jedan od njih je korištenje specifičnih antitijela kao antikancerogenih sredstava.
Antitijela su proteinske molekule koje proizvode stanice imunološkog sustava. Zapravo, radi se o kemijskom oružju koje naše tijelo koristi u borbi protiv svih vrsta virusa, ali i degeneriranih stanica vlastitog tijela - stanica raka. Ako se sam imunološki sustav ne može nositi s rakom, onda mu se može pomoći.
Znanstvenici iz Laboratorija za molekularnu imunologiju (Institut za bioorgansku kemiju Ruske akademije znanosti), pod vodstvom dopisnog člana Ruske akademije znanosti Sergeja Dejeva, konstruiraju novu generaciju antitijela koja prepoznaju metu i uništavaju je. Ovaj pristup se temelji na principu takozvanog “čarobnog metka” koji uvijek i točno pronađe svoju žrtvu. Antitijela su savršeno prikladna za ovu ulogu. Jedan dio njihove molekule služi kao "antena" koja usmjerava prema meti - površini stanice raka. I razni štetni agensi - toksini, organske molekule, radioaktivni izotopi - mogu se pričvrstiti na rep antitijela. Imaju različite učinke, ali svi u konačnici ubijaju tumor.
Stanice raka također se mogu uništiti gotovo prirodno. Dovoljno je pokrenuti mehanizam programirane stanične smrti, svojevrsnog samoubojstva koje je priroda predvidjela. Znanstvenici to zovu apoptoza. Mehanizam samoubojstva pokreću unutarstanični enzimi koji uništavaju proteine unutar stanice i samu DNK. Nažalost, stanice raka su nevjerojatno otporne jer mogu potisnuti svoja suicidalna "raspoloženja". Problem je što ovih enzima u stanicama raka ima vrlo malo, pa je teško pokrenuti apoptozu.
Međutim, i ovaj se problem može riješiti. Kako bi pokrenuli mehanizam samoubojstva, sibirski znanstvenici predlažu otvaranje membrana staničnih struktura, na primjer, mitohondrija. Tada će stanica neizbježno umrijeti. Institut za bioorgansku kemiju Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti, Državni znanstveni centar "Vektor" (selo Koltsovo), Gradska bolnica za plućnu kirurgiju (Novosibirsk), Znanstveno-proizvodna zaklada "Medicinske tehnologije" (Kurgan), i Istraživački institut za kliničku i eksperimentalnu imunologiju Ruske akademije medicinskih znanosti (Novosibirsk) sudjeluju u ovom velikom projektu. Istraživači su zajedno odabrali tvari koje mogu otvoriti membrane staničnih struktura i razvili metodu za isporuku tih tvari u stanicu raka.
Cjepiva
Naše znanje o imunološkom sustavu životinja može se koristiti ne samo za liječenje raka, već i svih zaraznih bolesti. Imunitet protiv većine bolesti dobivamo “nasljeđem”, a protiv drugih stječemo imunitet oboljevanjem od bolesti uzrokovane novom infekcijom. Ali imunitet se također može istrenirati – na primjer, cijepljenjem.
Učinkovitost cijepljenja prvi je prije više od 200 godina pokazao liječnik Edward Jenner, koji je dokazao da osoba koja je preboljela kravlje boginje postaje imuna na velike boginje. Od tada su mnoge bolesti stavljene pod kontrolu liječnika. Od vremena Pasteura, oslabljeni ili ubijeni virusi korišteni su za cjepiva. Ali to nameće ograničenja: nema jamstva da je cjepivo potpuno bez aktivnih virusnih čestica; rad s mnogima od njih zahtijeva veliku pažnju; rok trajanja cjepiva ovisi o uvjetima skladištenja.
Te se poteškoće mogu prevladati pomoću metoda genetskog inženjeringa. Uz njihovu pomoć možete proizvesti pojedinačne komponente bakterija i virusa, a zatim ih ubrizgati u pacijente - zaštitni učinak neće biti ništa gori nego kod korištenja konvencionalnih cjepiva. Prva cjepiva dobivena pomoću genetskog inženjeringa bila su cjepiva za životinje - protiv slinavke i šapa, bjesnoće, dizenterije i drugih bolesti životinja. Prvo genetski modificirano cjepivo za ljude bilo je cjepivo protiv hepatitisa B.
Danas za većinu infekcija možemo napraviti cjepiva – klasična ili genetski modificirana. Glavni problem povezan je s kugom dvadesetog stoljeća - AIDS-om. Cijepljenje mu dobro dođe. Uostalom, jača imunološki sustav i tjera tijelo da proizvodi više imunoloških stanica. Virus humane imunodeficijencije (HIV), koji uzrokuje AIDS, živi i razmnožava se u tim stanicama. Drugim riječima, dajemo mu još više mogućnosti – novim, zdravim stanicama imunološkog sustava za infekciju.
Istraživanje pronalaska cjepiva protiv AIDS-a ima dugu povijest i temelji se na otkriću do kojeg su još 70-ih godina prošlog stoljeća došli budući akademici R.V.Petrov, V.A.Kabanov i R.M.Khaitov. Njegova suština je u tome polielektroliti (nabijene polimerne molekule koje su topive u vodi) stupaju u interakciju sa stanicama imunološkog sustava i potiču potonje na intenzivnu proizvodnju protutijela. A ako je, na primjer, jedan od proteina koji čine ovojnicu virusa vezan za molekulu polielektrolita, aktivirat će se imunološki odgovor protiv ovog virusa. Mehanizam djelovanja ovog cjepiva bitno se razlikuje od svih cjepiva koja su dosad stvorena u svijetu.
Prvi u svijetu i do sada jedini polielektrolit koji se smije unositi u ljudski organizam bio je polioksidonija. Zatim su proteini virusa gripe "ušiveni" na polimer. Rezultat je bilo cjepivo "Grippol", koje štiti milijune ljudi u Rusiji od virusne infekcije već gotovo 10 godina.
Danas se cjepivo protiv AIDS-a stvara istom metodom. Protein karakterističan za virus AIDS-a vezan je za polielektrolit. Dobiveno cjepivo uspješno je testirano na miševima i zečevima. Na temelju rezultata pretkliničkih ispitivanja, Imunološki institut Ruske akademije znanosti dobio je dopuštenje za provođenje kliničkih ispitivanja uz sudjelovanje dobrovoljaca. Ako su sve faze testiranja lijeka uspješne, on se može koristiti ne samo za prevenciju HIV infekcije, već i za liječenje AIDS-a.
Lijekovi donirani od strane biotehnologije
Lijekovi i dalje ostaju glavni alat medicinske prakse. Međutim, mogućnosti kemijske industrije, koja proizvodi lavovski udio lijekova, ograničene su. Kemijska sinteza mnogih tvari je složena i često nemoguća, kao što je sinteza velike većine proteina. I tu u pomoć dolazi biotehnologija.
Proizvodnja lijekova uz pomoć mikroorganizama ima dugu povijest. Prvi antibiotik, penicilin, izoliran je iz plijesni 1928. godine, a njegova industrijska proizvodnja započela je 1940. godine. Nakon penicilina, otkriveni su i drugi antibiotici i započela je njihova masovna proizvodnja.
Dugo su se vremena mnogi lijekovi na bazi ljudskih proteina mogli dobiti samo u malim količinama, njihova proizvodnja bila je vrlo skupa. Genetski inženjering dao je nadu da će se raspon proteinskih lijekova i njihov broj naglo povećati. I ta očekivanja su bila opravdana. Nekoliko desetaka lijekova dobivenih biotehnološkim putem već je ušlo u medicinsku praksu. Prema procjenama stručnjaka, godišnji obujam globalnog tržišta lijekova na bazi proteina stvorenih genetskim inženjeringom povećava se za 15% i do 2010. godine iznosit će 18 milijardi dolara.
Najupečatljiviji primjer rada naših biotehnologa u ovom području je genetski modificirani ljudski inzulin, koji se proizvodi u Institutu za bioorgansku kemiju nazvan. M.M.Shemyakin i Yu.A.Ovchinnikov RAS. Inzulin, odnosno hormon proteinske strukture, regulira razgradnju šećera u našem tijelu. Može se ekstrahirati iz životinja. To su radili i prije. Ali čak je i inzulin iz gušterače svinja - životinja koje su nam biokemijski najbliže - ipak malo drugačiji od ljudskog inzulina.
Njegova aktivnost u ljudskom tijelu niža je od aktivnosti ljudskog inzulina. Osim toga, naš imunološki sustav ne podnosi strane proteine i čini sve da ih odbaci. Stoga, ubrizgani svinjski inzulin može nestati prije nego što ima vremena za terapeutski učinak. Problem je riješen tehnologijom genetskog inženjeringa, koja se danas koristi za proizvodnju humanog inzulina, uključujući i Rusiju.
Osim genetski modificiranog humanog inzulina na Institutu za bioorgansku kemiju. M. M. Shemyakina i Yu. A. Ovchinnikova s Ruske akademije znanosti, Institut za bioorgansku kemiju Ruske akademije znanosti, zajedno s Centrom za hematološka istraživanja Ruske akademije medicinskih znanosti, stvorili su tehnologiju za proizvodnju proteina za borbu protiv masovnih gubitak krvi. Ljudski serumski albumin i faktor koagulacije krvi izvrsni su alati za prvu pomoć i reanimaciju koji su potrebni u medicini katastrofa.
Genetski modificirane biljke
Naše znanje o genetici, koje se svakim danom širi, omogućilo nam je stvaranje ne samo genetskih testova za dijagnosticiranje bolesti i svjetlećih proteina, cjepiva i lijekova, već i novih organizama. Danas gotovo da nema osobe koja nije čula za genetski modificirane, odnosno transgenske organizme (GMO). To su biljke ili životinje u čiji su DNA geni uneseni izvana, dajući tim organizmima nova svojstva koja su korisna, s ljudskog gledišta.
GMO vojska je velika. Među njegovim redovima su korisni mikrobi koji rade u biotehnološkim tvornicama i proizvode mnoge korisne tvari za nas, usjevi s poboljšanim svojstvima i sisavci koji proizvode više mesa i više mlijeka.
Jedna od najraširenijih pododjeljaka GMO-a su, naravno, biljke. Uostalom, od pamtivijeka su služili kao hrana za ljude i stočna hrana. Od biljaka dobivamo vlakna za gradnju, tvari za lijekove i parfeme, sirovine za kemijsku industriju i energiju, vatru i toplinu.
Nastavljamo poboljšavati kvalitetu biljaka i razvijati nove sorte selektivnim uzgojem. Ali ovaj mukotrpan i radno intenzivan proces oduzima puno vremena. Genetski inženjering, koji nam je omogućio umetanje korisnih gena u genom biljaka, podigao je uzgoj na temeljno novu razinu.
Prva transgena biljka nastala prije četvrt stoljeća bio je duhan, a danas se u svijetu industrijsko koristi 160 transgenih kultura. Među njima su kukuruz i soja, riža i uljana repica, pamuk i lan, rajčica i bundeva, duhan i repa, krumpir i klinčić i drugi.
U Centru za bioinženjering Ruske akademije znanosti, na čelu s akademikom K.G. Skrjabinom. zajedno s bjeloruskim kolegama stvorili su prvi domaći genetski modificirani usjev - sortu krumpira Elizaveta, otpornu na koloradsku krumpirovu zlaticu.
Prvi genetski modificirani usjevi, razvijeni ranih 1980-ih, bili su otporni na herbicide i insekte. Danas uz pomoć genetskog inženjeringa dobivamo sorte koje sadrže više hranjivih tvari, otporne su na bakterije i viruse te su otporne na sušu i hladnoću. Godine 1994. prvi put je stvorena sorta rajčice koja nije bila osjetljiva na truljenje. Ova se sorta pojavila na tržištu genetski modificirane hrane u roku od dvije godine. Još jedan transgenski proizvod, Zlatna riža, postala je nadaleko poznata. U njoj se, za razliku od obične riže, stvara beta-karoten - prekursor vitamina A, koji je prijeko potreban za rast tijela. Zlatna riža djelomično rješava problem adekvatne prehrane za stanovnike onih zemalja u kojima je riža još uvijek glavno jelo u prehrani. A radi se o najmanje dvije milijarde ljudi.
Prehrana i produktivnost nisu jedini ciljevi kojima teže genetički inženjeri. Moguće je stvoriti sorte biljaka koje će u svojim listovima i plodovima sadržavati cjepiva i lijekove. Ovo je vrlo vrijedno i zgodno: cjepiva napravljena od transgenih biljaka ne mogu se kontaminirati opasnim životinjskim virusima, a same biljke je lako uzgajati u velikim količinama. I konačno, "jestiva" cjepiva mogu se stvoriti na temelju biljaka, kada je za cijepljenje dovoljno pojesti određenu količinu bilo kojeg transgenog voća ili povrća, na primjer, krumpira ili banane. Na primjer, mrkva sadrži tvari koje sudjeluju u formiranju imunološkog odgovora tijela. Takve biljke zajednički stvaraju znanstvenici dvaju vodećih bioloških instituta u Sibiru: Instituta za citologiju i genetiku Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti i Instituta za kemijsku biologiju i temeljnu medicinu SB RAS.
Ne može se reći da je društvo oprezno prema genetski modificiranim biljkama (GMP). I u samoj znanstvenoj zajednici traje rasprava o mogućoj potencijalnoj opasnosti GMR-a. Stoga se diljem svijeta provode istraživanja kako bi se procijenili rizici povezani s uporabom GMR-a - prehrambeni, agrotehnički i ekološki. Dok Svjetska zdravstvena organizacija navodi sljedeće: „Iskustvo stečeno tijekom 10 godina komercijalne uporabe GM usjeva, analiza rezultata posebnih studija pokazuje: do danas nije dokazan niti jedan slučaj toksičnosti ili štetnih učinaka registriranog GM usjeva. usjevi kao izvori hrane ili stočne hrane u svijetu." "
Od 1996. godine, kada je počeo komercijalni uzgoj GMR-a, do 2007. godine ukupna površina zasijana transgenim biljkama porasla je s 1,7 milijuna na 114 milijuna hektara, što je oko 9% svih obradivih površina u svijetu. Štoviše, 99% ove površine zauzima pet usjeva: soja, pamuk, riža, kukuruz i uljana repica. U ukupnom obujmu njihove proizvodnje genetski modificirane sorte sudjeluju s preko 25%. Apsolutni lider u korištenju GMR-a su Sjedinjene Američke Države, gdje je već 2002. godine 75% pamuka i soje bilo transgenično. U Argentini je udio transgene soje iznosio 99%, u Kanadi je na ovaj način proizvedeno 65% uljane repice, au Kini 51% pamuka. U 2007. godini 12 milijuna poljoprivrednika bavilo se uzgojem ugljikovodika, od kojih 90% živi u zemljama u razvoju. U Rusiji je industrijski uzgoj ugljikovodika zabranjen zakonom.
Genetski modificirane životinje
Genetski inženjeri koriste sličnu strategiju za razvoj novih pasmina životinja. U ovom slučaju, gen odgovoran za manifestaciju bilo koje vrijedne osobine unosi se u oplođeno jaje, iz kojeg se dalje razvija novi organizam. Na primjer, ako se životinjski set gena dopuni genom hormona koji stimulira rast, tada će takve životinje rasti brže s manje hrane. Rezultat je jeftinije meso.
Životinja može biti izvor ne samo mesa i mlijeka, već i ljekovitih tvari sadržanih u tom mlijeku. Na primjer, najvrjedniji ljudski proteini. O nekima smo već govorili. Sada se ovaj popis može nadopuniti laktoferinom, proteinom koji novorođenčad štiti od opasnih mikroorganizama dok im se ne razvije vlastiti imunitet.
Žensko tijelo proizvodi ovu tvar s prvim porcijama majčinog mlijeka. Nažalost, nemaju sve majke mlijeko, pa se humani laktoferin mora dodati adaptiranom mliječnom mlijeku kako bi se održalo zdravlje novorođenčadi. Ako u prehrani ima dovoljno zaštitnih bjelančevina, tada se smrtnost umjetne dojenčadi od raznih gastrointestinalnih infekcija može udeseterostručiti. Ovaj protein je tražen ne samo u industriji dječje hrane, već i, na primjer, u kozmetičkoj industriji.
Tehnologija proizvodnje kozjeg mlijeka s ljudskim laktoferinom razvija se u Institutu za biologiju gena Ruske akademije znanosti i Znanstveno-praktičnom centru Nacionalne akademije znanosti Bjelorusije za stočarstvo. Ove godine rođene su prve dvije transgene koze. Tijekom nekoliko godina istraživanja potrošeno je 25 milijuna rubalja na stvaranje svakog od njih. Moramo samo pričekati da odrastu, razmnože se i počnu proizvoditi mlijeko s vrijednim ljudskim proteinima.
Stanično inženjerstvo
Postoji još jedno uzbudljivo područje biotehnologije: stanična tehnologija. Matične stanice, koje su fantastične po svojim sposobnostima, žive i rade u ljudskom tijelu. Zamjenjuju mrtve stanice (recimo eritrocit, crveno krvno zrnce, živi samo 100 dana), liječe naše prijelome i rane, obnavljaju oštećeno tkivo.
Postojanje matičnih stanica predvidio je ruski hematolog iz Sankt Peterburga Aleksandar Maksimov još 1909. godine. Nekoliko desetljeća kasnije njegova teorijska pretpostavka potvrđena je eksperimentalno: otkrivene su i izolirane matične stanice. Ali pravi procvat počinje krajem dvadesetog stoljeća, kada je napredak na polju eksperimentalnih tehnologija omogućio uvid u potencijal ovih stanica.
Dosadašnji napredak medicine vezan uz korištenje matičnih stanica više je nego skroman. Znamo kako izolirati te stanice, pohraniti ih, umnožiti i eksperimentirati s njima. Ali još uvijek ne razumijemo u potpunosti mehanizam njihove magične transformacije, kada se bezlična matična stanica pretvara u krvnu stanicu ili mišićno tkivo. Još nismo u potpunosti razumjeli kemijski jezik u kojem matična stanica dobiva nalog za transformaciju. Ovo neznanje stvara rizike od uporabe matičnih stanica i onemogućuje njihovu aktivnu primjenu u medicinskoj praksi. Ipak, postoji napredak u liječenju prijeloma koji ne zarastaju kod starijih ljudi, kao iu restorativnom liječenju nakon srčanog udara i operacije srca.
U Rusiji je razvijena metoda za liječenje opeklina mrežnice pomoću matičnih stanica ljudskog mozga. Ako se te stanice unesu u oko, one će se aktivno kretati u područje opekline, smjestiti se u vanjske i unutarnje slojeve oštećene mrežnice i potaknuti cijeljenje opekline. Metodu je razvila istraživačka skupina znanstvenika s Moskovskog istraživačkog instituta za očne bolesti nazvana po. G. Helmholtz Ministarstvo zdravstva Ruske Federacije, Institut za razvojnu biologiju nazvan po. N.K.Koltsov RAS, Institut za biologiju gena RAS i Znanstveni centar za porodništvo, ginekologiju i perinatologiju Ruske akademije medicinskih znanosti.
Trenutno smo u fazi prikupljanja znanja o matičnim stanicama. Napori znanstvenika usmjereni su na istraživanje, na stvaranje infrastrukture, posebno banaka matičnih stanica, od kojih je prva u Rusiji bila Gemabank. Uzgoj organa, liječenje multiple skleroze i neurodegenerativnih bolesti budućnost su, iako ne tako daleka.
Bioinformatika
Količina znanja i informacija raste poput grudve snijega. Razumijevajući principe funkcioniranja živih sustava, shvaćamo nevjerojatnu složenost strukture žive tvari, u kojoj su različite biokemijske reakcije međusobno zamršeno isprepletene i tvore zamršene mreže. Moguće je razotkriti ovu “mrežu” života samo korištenjem suvremenih matematičkih metoda za modeliranje procesa u živim sustavima.
Zato je na razmeđu biologije i matematike rođen novi pravac - bioinformatika, bez koje rad biotehnologa više nije zamisliv. Većina bioinformatičkih metoda, naravno, radi za medicinu, naime, za potragu za novim ljekovitim spojevima. Za njima se može tragati na temelju poznavanja strukture molekule koja je odgovorna za nastanak određene bolesti. Ako se takva molekula blokira bilo kojom vrlo precizno odabranom tvari, tada se tijek bolesti može zaustaviti. Bioinformatika omogućuje otkrivanje blokirajuće molekule prikladne za kliničku upotrebu. Ako znamo cilj, recimo, strukturu proteina koji "uzrokuje bolest", tada pomoću računalnih programa možemo simulirati kemijsku strukturu lijeka. Ovaj vam pristup omogućuje značajnu uštedu vremena i resursa koji ulaze u sortiranje i testiranje desetaka tisuća kemijskih spojeva.
Među liderima u stvaranju lijekova koji koriste bioinformatiku u Rusiji je tvrtka Himrar. U potrazi za potencijalnim lijekovima protiv raka, ona je posebno uključena u provjeru mnogo tisuća kemijskih spojeva. Među najmoćnije ruske znanstvene centre koji se bave bioinformatikom je i Institut za citologiju i genetiku Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti. Početkom 60-ih godina dvadesetog stoljeća u akademskom gradu Novosibirsk formirana je jedinstvena znanstvena škola koja je ujedinila biologe i matematičare. Glavno područje rada novosibirskih bioinformatičara je analiza interakcija proteina unutar stanica i potraga za potencijalnim molekularnim metama za nove lijekove.
Da bismo razumjeli mehanizam razvoja određene bolesti, važno je znati koji su od tisuća gena koji rade u bolesnoj stanici zapravo odgovorni za bolest. Ovaj nimalo lak zadatak komplicira činjenica da geni u pravilu ne rade sami, već samo u kombinaciji s drugim genima. Ali kako možemo uzeti u obzir doprinos drugih gena određenoj bolesti? I tu liječnicima u pomoć priskače bioinformatika. Pomoću matematičkih algoritama moguće je konstruirati mapu na kojoj sjecišta putova prikazuju interakcije gena. Takve karte otkrivaju skupine gena koji djeluju u bolesnoj stanici u različitim stadijima bolesti. Ti su podaci iznimno važni, primjerice, za odabir strategije liječenja raka ovisno o stadiju bolesti.
Industrijska biotehnologija
Čovjek koristi biotehnologiju od pamtivijeka. Od mlijeka se pravio sir, kvasio kupus za zimu, a od svega što je kvasilo spremalo se veselo piće. Sve su to klasični mikrobiološki procesi u kojima je glavni pokretač mikroorganizam, najmanji živi sustav.
Danas se spektar problema koje rješava biotehnologija nevjerojatno proširio. Već smo govorili o genetskoj dijagnostici bolesti, novim cjepivima i lijekovima dobivenim biotehnologijom te genetski modificiranim organizmima. Međutim, život nosi i druge izazove. Divovski kemijski proizvodni pogoni u kojima dobivamo tvari potrebne za stvaranje ugodnog životnog okruženja (vlakna, plastika, građevinski materijali i još mnogo toga) danas se više ne čine tako atraktivnima kao prije 60 godina. Troše puno energije i resursa (visoki pritisci, temperature, katalizatori od plemenitih metala), zagađuju okoliš i zauzimaju dragocjeno zemljište. Mogu li biotehnolozi ovdje ponuditi zamjenu?
Da, oni mogu. Na primjer, genetski modificirani mikroorganizmi koji djeluju kao učinkoviti katalizatori za industrijske kemijske procese. Takvi biokatalizatori stvoreni su na Sveruskom istraživačkom institutu za genetiku i selekciju mikroorganizama, na primjer, za opasnu i prljavu fazu proizvodnje otrovne tvari akrilamida. Koristi se za izradu polimera poliakrilamid, koristi se u obradi vode, u proizvodnji pelena, za proizvodnju premazanog papira i za mnoge druge svrhe. Biokatalizator omogućuje kemijsku reakciju za proizvodnju monomera na sobnoj temperaturi, bez upotrebe agresivnih reagensa i visokog tlaka.
Biokatalizator je uveden u industrijsku upotrebu u Rusiji zahvaljujući naporima znanstvenog tima ZAO Bioamid (Saratov) pod vodstvom Sergeja Voronina. Isti tim razvio je biotehnologiju za proizvodnju asparaginske kiseline i stvorio uvozni zamjenski lijek za srce Asparkam L. Lijek je već ušao na tržište Rusije i Bjelorusije. Ruski lijek nije samo jeftiniji od uvezenih analoga, već je, prema liječnicima, i učinkovitiji. Činjenica je da Asparkam L sadrži samo jedan optički izomer kiseline, onaj koji ima terapeutsko djelovanje. A zapadni analog, panangin, temelji se na mješavini dva optička izomera, L i D, od kojih drugi jednostavno služi kao balast. Otkriće Bioamida tima je da su uspjeli razdvojiti ova dva teško razdvojiva izomera i staviti proces na industrijsku osnovu.
Moguće je da će u budućnosti divovske kemijske tvornice potpuno nestati, a umjesto njih će postojati male, sigurne radionice koje ne štete okolišu, u kojima će raditi mikroorganizmi, proizvodeći sve potrebne poluproizvode za razne industrije. Osim toga, male zelene tvornice, bilo mikroorganizmi ili biljke, omogućuju nam dobivanje korisnih tvari koje se ne mogu proizvesti u kemijskom reaktoru. Na primjer, protein paukove svile. Okvirne niti mreža za hvatanje koje pauk plete za svoje žrtve nekoliko su puta jače rastegljive od čelika. Čini se da u radionicama sadite pauke i iz njih izvlačite proteinske niti. Ali pauci ne žive u istoj tegli - pojest će jedni druge.
Prekrasno rješenje pronašao je tim znanstvenika predvođen doktorom bioloških znanosti Vladimirom Bogushom (Državni istraživački institut za genetiku i selekciju mikroorganizama) i doktoricom bioloških znanosti Eleonorom Piruzyan (Institut za opću genetiku Ruske akademije znanosti). Prvo su iz genoma pauka izolirani geni odgovorni za sintezu proteina paukove svile. Ti su geni zatim umetnuti u stanice kvasca i duhana. Obje su počele proizvoditi proteine koji su nam potrebni. Kao rezultat, stvorena je osnova za tehnologiju proizvodnje jedinstvenog i gotovo prirodnog konstrukcijskog materijala, laganog i iznimno izdržljivog, od kojeg se mogu izraditi užad, panciri i još mnogo toga.
Postoje i drugi problemi. Na primjer, ogromna količina otpada. Biotehnologija nam omogućuje da otpad pretvorimo u prihod. Nusproizvodi iz poljoprivrede, šumarstva i prerade hrane mogu se pretvoriti u metan, bioplin pogodan za grijanje i energiju. Ili možete koristiti metanol i etanol, glavne komponente biogoriva.
Industrijske primjene biotehnologije aktivno su uključene u Kemijski fakultet Moskovskog državnog sveučilišta. M.V. Lomonosov. Uključuje nekoliko laboratorija koji se bave različitim projektima - od stvaranja industrijskih biosenzora do proizvodnje enzima za finu organsku sintezu, od tehnologija recikliranja industrijskog otpada do razvoja metoda za proizvodnju biogoriva.
Znanost, posao, vlada
Postignuti uspjesi rezultat su zajedničkih napora biologa, kemičara, liječnika i drugih stručnjaka koji rade u prostoru živih sustava. Odnos između različitih disciplina pokazao se plodnim. Naravno, biotehnologija nije lijek za rješavanje globalnih problema, već alat koji obećava velike izglede ako se pravilno koristi.
Danas je ukupni obujam tržišta biotehnologije u svijetu 8 trilijuna. dolara. Biotehnologije prednjače i po financiranju istraživanja i razvoja: samo u Sjedinjenim Državama vladine agencije i privatne tvrtke troše više od 30 milijardi dolara godišnje u te svrhe.
Ulaganja u znanost i tehnologiju u konačnici će donijeti ekonomsku korist. Ali sama biotehnologija neće riješiti složene zdravstvene ili prehrambene probleme. Moraju se stvoriti povoljna zdravstvena infrastruktura i industrijska struktura koja će jamčiti pristup novim dijagnostičkim tehnikama, cjepivima i lijekovima te biljkama s poboljšanim svojstvima. Ovdje je iznimno važan i učinkovit komunikacijski sustav između znanosti i gospodarstva. Konačno, apsolutno nužan uvjet za izgradnju učinkovitog inovativnog sektora gospodarstva je interakcija znanstvenih i komercijalnih struktura s državom.
Pomoć STRF.ru
U 2008. godini podneseno je 939 prijava za izradu tema u smjeru “Živi sustavi” (za usporedbu: ukupno za program je 3180),
– na natječaj je pristiglo 396 prijava (ukupno 1597),
– Održano je 179 natjecanja (ukupno 731)
– na natjecanjima su sudjelovale organizacije iz 23 odjela (ukupno 36), od kojih je 17 pobijedilo
– sklopljeno 179 ugovora (ukupno 731)
– 120 ugovora traje do danas (ukupno 630)
– 346 organizacija (ukupno 842) poslalo je prijave za izradu tema o živim sustavima
– 254 organizacije (ukupno 806) dostavile su prijave na natječaj kao vodeće prijave
– Na natječaj se prijavilo 190 organizacija kao suizvršitelji (ukupno 636)
– prosječna konkurencija za lotove u smjeru je 2.212 (prosjek za program – 2.185)
– ugovorni proračun za 2008. iznosio je 1041,2 milijuna rubalja. (21,74% ukupnog proračuna programa)Dinamika rasta i raspodjele sredstava u području živih sustava u okviru Federalnog ciljanog znanstveno-tehničkog programa 2002. – 2006. i Federalnog ciljnog programa 2007. – 2012.:
2005. – 303 ugovora, 1168,7 milijuna rubalja. (100%)
2006. – 289 ugovora, 1227,0 milijuna rubalja. (105%)
2007. – 284 ugovora, 2657,9 milijuna rubalja. (227%)
2008. - 299 ugovora, 3242,6 milijuna rubalja. (277%)
Znanosti ne nastaju same od sebe, ne zato što ih netko izmisli jednostavno "iz interesa". Svaka znanost nastaje kao rezultat potrebe čovječanstva da riješi određene probleme koji su nastali u procesu njegovog razvoja. Biologija nije iznimka, ona je također nastala u vezi s rješavanjem vrlo važnih problema za ljude. Jedan od njih oduvijek je bilo dublje razumijevanje procesa u živoj prirodi povezanih s proizvodnjom prehrambenih proizvoda, odnosno poznavanje karakteristika života biljaka i životinja, njihovih promjena pod utjecajem čovjeka, načina dobivanja pouzdanog i sve bogatiji urod. Rješavanje ovog problema jedan je od temeljnih razloga razvoja biologije.
Drugo, ne manje važno "proljeće" je proučavanje bioloških karakteristika čovjeka. Čovjek je proizvod razvoja žive prirode. Svi procesi našeg života slični su onima koji se odvijaju u prirodi. Stoga samo duboko razumijevanje bioloških procesa služi kao znanstveni temelj medicine. Nastanak svijesti, koji znači divovski iskorak u samospoznaji materije, također se ne može razumjeti bez dubinskih istraživanja žive prirode u najmanje dva smjera - nastanak i razvoj mozga kao organa mišljenja (zagonetka mišljenja još uvijek ostaje nerazriješeno) i pojava društvenosti, javne slike života.
Povećanje proizvodnje hrane i razvoj medicine važni su, ali ne i jedini problemi koji su tisućljećima određivali razvoj biologije kao znanosti. Divlje životinje su izvor mnogih materijala i proizvoda potrebnih čovječanstvu. Treba poznavati njihova svojstva da bi ih pravilno koristili, znati gdje ih u prirodi tražiti i kako ih nabaviti. Na mnogo načina, početni izvor takvog znanja je biologija. Ali time se ne iscrpljuje važnost bioloških znanosti.
U 20. stoljeću Stanovništvo Zemlje toliko se povećalo da je razvoj ljudskog društva postao odlučujući faktor u razvoju Zemljine biosfere. Sada je postalo jasno da živa priroda nije samo izvor hrane i mnogih potrebnih proizvoda i materijala, već i nužan uvjet za postojanje samog čovječanstva. Pokazalo se da su naše veze s njom mnogo tješnje i vitalnije nego što su mislili početkom 20. stoljeća.
Na primjer, činilo se da je zrak isti neiscrpan i stalan izvor prirode kao, recimo, sunčeva svjetlost. Zapravo to nije istina. Kvalitativni sastav atmosfere na koji smo navikli, sa svojih 20,95% kisika i 0,03% ugljičnog dioksida, derivat je aktivnosti živih bića: disanje i fotosinteza biljaka, oksidacija mrtve organske tvari. Kisik u zraku nastaje samo kao rezultat života biljaka. Glavne tvornice kisika na Zemlji su tropske šume i oceanske alge. Ali danas, kao što promatranja pokazuju, količina ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi stalno raste kao rezultat oslobađanja ogromnih količina ugljika tijekom izgaranja nafte, plina, ugljena, drva, kao i drugih antropogenih procesa. Od 1958. do 1980. količina ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi porasla je za 4%. Do kraja stoljeća njegov bi se sadržaj mogao povećati za više od 10%. U 70-ima XX. stoljeća količina kisika koja ulazi u atmosferu kao rezultat aktivnosti biljaka procijenjena je u t/god., a godišnja potrošnja čovječanstva procijenjena je u t/god. To znači da već živimo od zaliha kisika nakupljenih u prošlosti, milijunima godina evolucije živih bića na planetu.
Vodu koju pijemo, točnije čistoću te vode, njenu kvalitetu također određuje prvenstveno živa priroda. Naši uređaji za pročišćavanje samo dovršavaju golemi proces koji se događa u prirodi, nama nevidljiv: voda u tlu ili rezervoaru opetovano prolazi kroz tijela bezbroj beskralježnjaka, oni je filtriraju i, oslobođena organskih i anorganskih nečistoća, postaje ista kakvu poznajemo u rijekama, jezerima i izvorima.
Dakle, kvalitativni sastav zraka i vode na Zemlji ovisi o vitalnoj aktivnosti živih organizama. Treba dodati da je plodnost tla - osnova žetve - rezultat vitalne aktivnosti živih organizama koji žive u tlu: ogroman broj bakterija, beskralješnjaka, algi.
Čovječanstvo ne može postojati bez žive prirode. Otuda vitalna potreba da ga održavamo u "radnom stanju".
Nažalost, to nije tako lako učiniti. Kao rezultat ljudskog istraživanja cijele površine planeta, razvoja poljoprivrede, industrije, krčenja šuma, onečišćenja kontinenata i oceana, s lica Zemlje nestaje sve veći broj vrsta biljaka, gljiva i životinja. Nestala vrsta ne može se obnoviti. Proizvod je milijuna godina evolucije i ima jedinstven genski fond – jedinstveni kod nasljednih informacija koji određuje jedinstvena svojstva svake vrste. Prema nekim procjenama, početkom 80-ih. U svijetu se u prosjeku dnevno uništava jedna vrsta životinja, a do 2000. godine ta bi se stopa mogla povećati na jednu vrstu na sat. U našoj zemlji u prosjeku svake 3,5 godine nestane jedna vrsta kralješnjaka. Kako možemo promijeniti ovaj trend i vratiti se na evolucijski opravdan put stalnog povećanja ukupnog “zbroja života” umjesto da ga smanjujemo? Ovaj problem se tiče cijelog čovječanstva, ali ga je nemoguće riješiti bez rada biologa.
Slikovito rečeno, moderna biologija je ogromna, višekatnica koja sadrži tisuće "soba" - pravaca, disciplina, cijelih neovisnih znanosti. Samo njihovo nabrajanje može oduzeti desetke stranica.
U zgradi biologije postoje, takoreći, četiri glavna "kata", koja odgovaraju temeljnim razinama organizacije žive tvari. Prvi "kat" je molekularna genetika. Predmet proučavanja živih bića ovdje su jedinice nasljedne informacije (geni), njihove promjene - mutacije, te sam proces prenošenja nasljedne informacije. Drugi “kat” je ontogenetski, odnosno razina individualnog razvoja. Događaji na ovom “katu” još su uvijek najmanje proučavani u biologiji. Ovdje se događa tajanstveni proces koji određuje pojavu na pravom mjestu, u pravo vrijeme, onoga što bi se trebalo pojaviti tijekom normalnog razvoja svake jedinke - noga ili oko kod životinje, list ili kora kod biljke. Sljedeći "kat" je razina populacije-vrste. Osnovne jedinice na ovoj razini su populacije, tj. relativno male, dugo postojeće skupine jedinki iste vrste, unutar kojih se odvija razmjena nasljednih informacija. Elementarni fenomeni ovdje su ireverzibilne promjene u genotipskom sastavu populacija iu konačnici pojava različitih prilagodbi i novih vrsta. Na posljednjem, četvrtom “katu” odvijaju se procesi u ekološkim sustavima različitih razmjera - složene zajednice mnogih vrsta, do procesa biosfere u cjelini. Elementarne strukture ovih zajednica su biogeocenoze, a elementarne pojave su prijelaz biogeocenoze iz jednog stanja dinamičke ravnoteže u drugo, što u konačnici dovodi do promjene cijele biosfere u cjelini. Svaka razina ima svoje zakone, ali događaji koji se događaju na svakoj od njih usko su povezani s događajima na drugim razinama.
Posljednjih desetljeća molekularna biologija je donekle napredovala (u smislu broja znanstvenika zaposlenih u ovom području i sredstava koja se u različitim zemljama izdvajaju za razvoj ovog područja istraživanja). Dobiveni su izvanredni rezultati, od čisto teorijskih (dešifriranje genetskog koda i sinteza prvih umjetnih gena) do praktičnih (primjerice, razvoj genetskog inženjeringa). Populacijska biologija sada se počinje ubrzano razvijati, što će omogućiti uspješno rješavanje mnogih suvremenih problema povezanih s povećanjem proizvodnje prehrambenih proizvoda potrebnih za rastuću ljudsku populaciju, očuvanje brzo nestajućih vrsta živih organizama, niz problema povezanih s grandiozan zadatak prijelaza na upravljanje evolucijskim razvojem sve veće i veće populacije.više vrsta. Nije daleko intenzivan razvoj biosferskog “kata” istraživanja.
Ne treba misliti da su biolozi u klasičnim područjima - zoologiji, botanici, morfologiji, fiziologiji, sistematici i drugima - već sve napravili. Ima tu još puno posla. Jeste li znali da je manje od polovice organizama koji obitavaju na našem planetu znanstveno opisano (daju se točni opisi i daje znanstveni naziv) – tek oko 4,5 milijuna vrsta, a prema nekim procjenama ne više od trećine ili čak četvrtina njih? Čak iu našoj zemlji, koja se nalazi uglavnom u umjerenoj klimatskoj zoni, koja se ne razlikuje po raznolikosti organskih oblika, znanstvenici godišnje otkrivaju desetke novih vrsta (uglavnom beskralježnjaka).
Nije li fascinantno istraživanje paleontologa koji, koristeći raspršene ostatke fosilnih organizama, rekreiraju izgled davno izumrlih životinja, rekonstruiraju prirodu prošlih epoha i otkrivaju puteve razvoja organskog svijeta?
I ovdje istraživače čekaju najzanimljiviji nalazi. Koliko je, primjerice, senzacionalno bilo otkriće najstarijih prednuklearnih fosila u stijenama starim više od 3 milijarde godina! To znači da je i tada na Zemlji postojao život. Rad genetičara, zoologa, botaničara, biokemičara, fiziologa itd. nije ništa manje fascinantan i pun otkrića.
Sve nas je više ljudi na Zemlji i želimo živjeti sve bolje i bolje. Stoga razvoj društva zahtijeva sve više sirovina i raznovrsnih proizvoda. Iz toga proizlazi golema zadaća intenziviranja cjelokupnog narodnog gospodarstva, uključujući i one grane koje su vezane uz biologiju, prvenstveno poljoprivredu, šumarstvo, lov i ribolov. Ali ne samo ove industrije. U našoj zemlji, na primjer, stvorena je i uspješno se razvija mikrobiološka industrija - ogromna grana nacionalnog gospodarstva koja osigurava hranu i stočnu hranu (za stoku i perad, uzgojenu ribu itd.), najnovije lijekove i lijekove, pa čak i pomaže u vađenju raznih minerala. Započela je i već daje svoje prve plodove još jedna biološka grana nacionalnog gospodarstva - biotehnologija, koja se temelji na korištenju procesa i struktura koje je otkrila fizikalno-kemijska (molekularna) biologija za stvaranje tvari i proizvoda potrebnih čovječanstvu. O razvoju najvažnijih područja bioloških znanosti, širenju njihove praktične povezanosti s medicinom i poljoprivredom raspravlja se u „Glavnim pravcima gospodarskog i društvenog razvoja SSSR-a za 1986.-1990. i za razdoblje do 2000.“, koji je usvojio XXVII kongresa KPSS-a.
Intenziviranje također znači štednju prirodnih resursa i njihovo očuvanje u interesu društva u razvoju. Izvanredno svojstvo živih prirodnih resursa je njihova obnovljivost, sposobnost obnavljanja kao rezultat reprodukcije živih organizama. Stoga je intenzivnijim korištenjem živih prirodnih resursa moguće i potrebno osigurati da nam služe neograničeno dugo. To se može učiniti organiziranjem stvarnog gospodarskog, ekonomičnog korištenja i održavanja živih sila prirode. Mnogi znanstvenici rade na rješavanju ovih problema. Svim tim pitanjima stranka i vlada posvećuju veliku pažnju. Program CPSU-a (novo izdanje) kaže: "Partija smatra potrebnim ojačati kontrolu nad upravljanjem okolišem i šire proširiti ekološko obrazovanje stanovništva."
Kada se rodila ideja o stvaranju ove knjige, jedan od glavnih zadataka postavljenih pred tim autora bio je progovoriti o važnim i zanimljivim značajkama suvremene biologije, o tome što je već postignuto u njezinim različitim područjima i koji su neriješeni problemi biologa. lice. Željeli smo, bez ponavljanja udžbenika, već oslanjajući se na znanja iz školskog programa iz biologije, pokazati na čemu rade biolozi u laboratorijima i ekspedicijama. Rječnik također sadrži mnoge eseje o istaknutim biolozima naše zemlje i drugih zemalja. Upravo zahvaljujući radu naših prethodnika u znanosti imamo znanje koje imamo danas.
Nekoliko riječi o tome kako čitati ovu knjigu. U tekstu ćete često pronaći riječi u kurzivu. To znači da u rječniku postoji poseban članak o ovom pojmu. Abecedno kazalo koje se nalazi na kraju knjige pomoći će vam u kretanju kroz sadržaj rječnika. Svakako pogledajte popis preporučene literature.
Nadamo se da će vam “Enciklopedijski rječnik mladog biologa” pomoći da naučite puno novih i fascinantnih stvari o živoj prirodi, pronađete odgovore na svoja pitanja te probudite i razvijete interes za prekrasnu znanost o živim bićima - biologiju.
Fizičari već više od sto godina znaju za kvantne efekte, na primjer, sposobnost kvanta da nestane na jednom mjestu i pojavi se na drugom ili da bude na dva mjesta u isto vrijeme. Međutim, nevjerojatna svojstva kvantne mehanike odnose se ne samo na fiziku, već i na biologiju.
Najbolji primjer kvantne biologije je fotosinteza: biljke i neke bakterije koriste energiju sunčeve svjetlosti za izgradnju molekula koje su im potrebne. Ispostavilo se da se fotosinteza zapravo oslanja na iznenađujući fenomen - male mase energije "istražuju" sve moguće načine da se iskoriste, a zatim "odabiru" najučinkovitiji. Možda se navigacija ptica, mutacije DNK, pa čak i naš njuh na ovaj ili onaj način oslanjaju na kvantne učinke. Iako je ovo područje znanosti još uvijek vrlo spekulativno i kontroverzno, znanstvenici vjeruju da bi ideje, jednom prikupljene iz kvantne biologije, mogle dovesti do stvaranja novih lijekova i biomimetičkih sustava (biomimetrija je još jedno novo znanstveno polje u kojem se biološki sustavi i strukture koriste za stvoriti nove materijale i uređaje).
3. Egzometeorologija
Jupiter Zajedno s egzoceanografima i egzogeolozima, egzometeorolozi su zainteresirani za proučavanje prirodnih procesa koji se odvijaju na drugim planetima. Sada kada su moćni teleskopi omogućili proučavanje unutarnjih procesa obližnjih planeta i mjeseca, egzometeorolozi mogu pratiti njihove atmosferske i vremenske uvjete. i Saturn, sa svojim nevjerojatnim razmjerima, glavni su kandidati za istraživanje, kao i Mars, sa svojim redovitim olujama prašine.
Egzometeorolozi proučavaju čak i planete izvan našeg sunčevog sustava. A ono što je zanimljivo je da bi na kraju mogli pronaći znakove izvanzemaljskog života na egzoplanetima otkrivanjem organskih tragova ili povišenih razina ugljičnog dioksida u atmosferi - znak industrijske civilizacije.
4. Nutrigenomika
Nutrigenomika je proučavanje složenih odnosa između hrane i ekspresije genoma. Znanstvenici koji rade na ovom polju nastoje razumjeti ulogu genetskih varijacija i prehrambenih odgovora na to kako hranjive tvari utječu na genom.
Hrana doista ima ogroman utjecaj na vaše zdravlje - i to doslovno počinje na molekularnoj razini. Nutrigenomika djeluje u oba smjera: proučava kako točno naš genom utječe na gastronomske preferencije i obrnuto. Glavni cilj discipline je stvoriti personaliziranu prehranu - to je osigurati da naša hrana savršeno odgovara našem jedinstvenom skupu gena.
5. Kliodinamika
Kliodinamika je disciplina koja objedinjuje povijesnu makrosociologiju, ekonomsku povijest (kliometriju), matematičko modeliranje dugoročnih društvenih procesa te sistematizaciju i analizu povijesnih podataka.
Ime dolazi od imena grčke muze povijesti i poezije Clio. Jednostavno rečeno, kliodinamika je pokušaj predviđanja i opisivanja širokih društvenih veza povijesti - kako za proučavanje prošlosti tako i kao potencijalni način za predviđanje budućnosti, na primjer, za predviđanje društvenih nemira.
6. Sintetička biologija
Sintetička biologija je dizajn i konstrukcija novih bioloških dijelova, uređaja i sustava. Također uključuje nadogradnju postojećih bioloških sustava za beskrajan broj korisnih primjena.
Craig Venter, jedan od vodećih stručnjaka na ovom području, objavio je 2008. godine da je rekonstruirao cijeli genom jedne bakterije lijepljenjem njegovih kemijskih komponenti. Dvije godine kasnije, njegov tim stvorio je "sintetski život" — DNK molekule digitalno kodirane, zatim 3D ispisane i umetnute u žive bakterije.
U budućnosti biolozi namjeravaju analizirati različite vrste genoma kako bi stvorili korisne organizme za unošenje u tijelo i biorobote koji mogu proizvoditi kemikalije - biogoriva - od nule. Postoje i ideje za stvaranje umjetnih bakterija koje se bore protiv zagađenja ili cjepiva za liječenje ozbiljnih bolesti. Potencijal ove znanstvene discipline jednostavno je ogroman.
7. Rekombinantni memetici
Ovo područje znanosti je u povojima, ali već sada je jasno da je samo pitanje vremena - prije ili kasnije znanstvenici će bolje razumjeti cjelokupnu ljudsku noosferu (ukupnost svih informacija koje su ljudima poznate) i kako širenje informacija utječe na gotovo sve aspekte ljudskog života.
Poput rekombinantne DNK, gdje se različite genetske sekvence spajaju kako bi stvorile nešto novo, rekombinantna memetika proučava kako se ideje koje se prenose s osobe na osobu mogu prilagoditi i kombinirati s drugim memovima i memepleksima - uspostavljenim kompleksima međusobno povezanih mema. To može biti korisno u svrhe "socijalne terapije", na primjer, u borbi protiv širenja radikalnih i ekstremističkih ideologija.
8. Računalna sociologija
Poput kliodinamike, računalna sociologija proučava društvene pojave i trendove. Središnje mjesto u ovoj disciplini je korištenje računala i povezanih tehnologija obrade informacija. Naravno, ova se disciplina razvila tek s pojavom računala i širokim korištenjem interneta.
Posebna se pažnja u ovoj disciplini posvećuje ogromnim tokovima informacija iz našeg svakodnevnog života, na primjer, e-porukama, telefonskim pozivima, objavama na društvenim mrežama, kupnjama kreditnim karticama, upitima u tražilicama i tako dalje. Primjeri rada mogu biti proučavanje strukture društvenih mreža i načina na koji se putem njih distribuiraju informacije ili kako nastaju intimni odnosi na internetu.
9. Kognitivna ekonomija
Općenito, ekonomija nije povezana s tradicionalnim znanstvenim disciplinama, no to se može promijeniti zbog bliske interakcije svih znanstvenih područja. Ova se disciplina često brka s biheviorističkom ekonomijom (proučavanje našeg ponašanja u kontekstu ekonomskih odluka). Kognitivna ekonomija je znanost o tome kako razmišljamo. Lee Caldwell, autor bloga o ovoj disciplini, piše o tome:
“Kognitivna (ili financijska) ekonomija... promatra što se zapravo događa u nečijem umu kada donosi odluku. Kakva je unutarnja struktura odlučivanja, što na nju utječe, koje informacije um u tom trenutku percipira i kako ih obrađuje, koje unutarnje oblike preferencija osoba ima i, naposljetku, kako se svi ti procesi odražavaju na ponašanje ?
Drugim riječima, znanstvenici započinju svoja istraživanja na nižoj, pojednostavljenoj razini i formiraju mikromodele načela donošenja odluka kako bi razvili model ekonomskog ponašanja velikih razmjera. Ova znanstvena disciplina često je u interakciji sa srodnim područjima, kao što su računalna ekonomija ili kognitivna znanost.
10. Plastična elektronika
Elektronika obično uključuje inertne i anorganske vodiče i poluvodiče kao što su bakar i silicij. Ali nova grana elektronike koristi vodljive polimere i vodljive male molekule koje se temelje na ugljiku. Organska elektronika uključuje dizajn, sintezu i obradu funkcionalnih organskih i anorganskih materijala zajedno s razvojem naprednih mikro- i nanotehnologija.
Istina, ovo i nije tako nova grana znanosti; prvi razvoji napravljeni su još 1970-ih. Međutim, tek je nedavno bilo moguće objediniti sve prikupljene podatke, posebice zbog nanotehnološke revolucije. Zahvaljujući organskoj elektronici, uskoro bismo mogli imati organske solarne ćelije, samoorganizirajuće monoslojeve u elektroničkim uređajima i organsku protetiku, koja će u budućnosti moći zamijeniti oštećene udove za ljude: u budućnosti bi se takozvani kiborzi mogli sastojati od više organske tvari nego sintetičkih dijelova.
11. Računalna biologija
Ako podjednako volite matematiku i biologiju, onda je ova disciplina baš za vas. Računalna biologija nastoji razumjeti biološke procese jezikom matematike. Ovo se jednako koristi za druge kvantitativne sustave, kao što su fizika i informatika. Znanstvenici sa Sveučilišta u Ottawi objašnjavaju kako je to postalo moguće:
„S razvojem biološke instrumentacije i lakim pristupom računalnim snagama, biologija kao takva mora raditi sa sve više i više podataka, a brzina stjecanja znanja samo raste. Stoga davanje smisla podacima sada zahtijeva računalni pristup. Istodobno, sa stajališta fizičara i matematičara, biologija je sazrela do razine na kojoj se teorijski modeli bioloških mehanizama mogu eksperimentalno testirati. To je dovelo do razvoja računalne biologije.”
Znanstvenici koji rade na ovom području analiziraju i mjere sve, od molekula do ekosustava.
Kako funkcionira "brainmail" - prijenos poruka od mozga do mozga putem interneta
10 misterija svijeta koje je znanost konačno otkrila 10 glavnih pitanja o svemiru na koja znanstvenici upravo sada traže odgovore 8 stvari koje znanost ne može objasniti 2500 godina star znanstveni misterij: Zašto zijevamo 3 najgluplja argumenta kojima protivnici teorije evolucije opravdavaju svoje neznanje Je li moguće spoznati sposobnosti superheroja uz pomoć moderne tehnologije?
