Mik azok az élettudományok. Egyéb élettudományok

A fizikusok több mint száz éve ismerik a kvantumhatásokat, például azt, hogy a kvantumok képesek egy helyen eltűnni, a másikon megjelenni, vagy egyszerre két helyen lenni. A kvantummechanika elképesztő tulajdonságai azonban nemcsak a fizikára vonatkoznak, hanem a biológiára is.

A kvantumbiológia legjobb példája a fotoszintézis: a növények és egyes baktériumok a napfény energiáját használják fel a szükséges molekulák felépítésére. Kiderült, hogy a fotoszintézis valójában egy meglepő jelenségre támaszkodik – kis energiatömegek „feltárják” önmaguk használatának minden lehetséges módját, majd „kiválasztják” a leghatékonyabbat. Talán a madarak navigációja, a DNS-mutációk és még a szaglásunk is így vagy úgy a kvantumhatásokra támaszkodik. Bár ez a tudományterület még mindig erősen spekulatív és ellentmondásos, a tudósok úgy vélik, hogy a kvantumbiológiából merítve az ötletek új gyógyszerek és biomimetikai rendszerek létrehozásához vezethetnek (a biomimetria egy másik új tudományos terület, ahol biológiai rendszereket és struktúrákat használnak új anyagok és eszközök létrehozása).

3. Exometeorológia

Jupiter

Az exoceanográfusok és exogeológusok mellett az exometeorológusok is érdeklődnek a más bolygókon zajló természetes folyamatok tanulmányozása iránt. Most, hogy az erős teleszkópok lehetővé tették a közeli bolygók és holdak belső folyamatainak tanulmányozását, az exometeorológusok figyelemmel kísérhetik légköri és időjárási viszonyaikat. és a Szaturnusz hihetetlen léptékével a kutatás első számú jelöltjei, akárcsak a Mars rendszeres porviharaival.

Az exometeorológusok még a Naprendszerünkön kívüli bolygókat is tanulmányoznak. És ami érdekes, hogy végül a földönkívüli élet jeleire bukkanhatnak az exobolygókon, ha szerves nyomokat vagy megnövekedett szén-dioxid-szintet észlelnek a légkörben – ez az ipari civilizáció jele.

4. Nutrigenomika

A nutrigenomika az élelmiszer és a genom expressziója közötti összetett összefüggések tanulmányozása. Az ezen a területen dolgozó tudósok arra törekszenek, hogy megértsék a genetikai variációk és az étrendi válaszok szerepét abban, hogy a tápanyagok hogyan befolyásolják a genomot.

Az étel valóban óriási hatással van az egészségedre – és szó szerint molekuláris szinten kezdődik. A nutrigenomika mindkét irányban működik: azt vizsgálja, hogy genomunk pontosan hogyan befolyásolja a gasztronómiai preferenciákat, és fordítva. A diszciplína fő célja a személyre szabott táplálkozás kialakítása – ez biztosítja, hogy ételeink ideálisan illeszkedjenek egyedi génkészletünkhöz.

5. Kliodinamika

A kliodinamika a történeti makroszociológiát, a gazdaságtörténetet (kliometriát), a hosszú távú társadalmi folyamatok matematikai modellezését, valamint a történeti adatok rendszerezését és elemzését ötvöző tudományág.

A név a görög történelem és költészet múzsája, Clio nevéből származik. Egyszerűen fogalmazva, a kliodinamika kísérlet a történelem széles társadalmi kapcsolatainak előrejelzésére és leírására – mind a múlt tanulmányozására, mind a jövő előrejelzésének lehetséges módjaként, például a társadalmi nyugtalanság előrejelzésére.

6. Szintetikus biológia

A szintetikus biológia új biológiai alkatrészek, eszközök és rendszerek tervezése és felépítése. Ez magában foglalja a meglévő biológiai rendszerek frissítését is végtelen számú hasznos alkalmazás érdekében.

Craig Venter, a terület egyik vezető szakértője 2008-ban jelentette be, hogy egy baktérium teljes genomját rekonstruálta kémiai komponenseinek összeragasztásával. Két évvel később csapata létrehozta a „szintetikus életet” – a DNS-molekulákat digitálisan kódolták, majd 3D-ben nyomtatták és élő baktériumokba helyezték.

A jövőben a biológusok különböző típusú genomokat kívánnak elemezni, hogy a szervezetbe juttatható hasznos organizmusokat és biorobotokat hozzanak létre, amelyek a semmiből vegyszereket – bioüzemanyagokat – képesek előállítani. Vannak ötletek a szennyezés elleni mesterséges baktériumok vagy a súlyos betegségek kezelésére szolgáló vakcinák létrehozására is. Ennek a tudományos tudományágnak a lehetőségei egyszerűen óriásiak.

7. Rekombináns memetikumok

Ez a tudományterület gyerekcipőben jár, de az már most világos, hogy ez csak idő kérdése – a tudósok előbb-utóbb jobban megértik a teljes emberi nooszférát (az emberek által ismert összes információ összességét), és azt, hogy hogyan az információ terjesztése az emberi élet szinte minden területét érinti.

A rekombináns DNS-hez hasonlóan, ahol a különböző genetikai szekvenciák egyesülnek, hogy valami újat hozzanak létre, a rekombináns memetika azt vizsgálja, hogy az emberről emberre átadott ötletek hogyan módosíthatók és kombinálhatók más mémekkel és memeplexekkel – egymással összekapcsolt mémek kialakult komplexumaival. Ez hasznos lehet „szociálterápiás” célokra, például a radikális és szélsőséges ideológiák terjedésének leküzdésére.

8. Számítási szociológia

A kliodinamikához hasonlóan a számítógépes szociológia is a társadalmi jelenségeket és trendeket vizsgálja. Ennek a tudományágnak a központi eleme a számítógépek és a kapcsolódó információfeldolgozási technológiák használata. Természetesen ez a tudományág csak a számítógépek megjelenésével és az internet széles körű elterjedésével fejlődött ki.

Ebben a tudományágban különös figyelmet fordítanak a mindennapi életünkből származó hatalmas információáramlásra, például e-mailekre, telefonhívásokra, közösségi média bejegyzésekre, hitelkártyás vásárlásokra, keresőmotoros lekérdezésekre stb. A munka példája lehet a közösségi hálózatok szerkezetének tanulmányozása, és az információ terjesztésének módja rajtuk keresztül, vagy az intim kapcsolatok kialakulása az interneten.

9. Kognitív közgazdaságtan

Általánosságban elmondható, hogy a közgazdaságtan nem kapcsolódik a hagyományos tudományágakhoz, de ez változhat az összes tudományterület szoros kölcsönhatása miatt. Ezt a diszciplínát gyakran összekeverik a viselkedési közgazdaságtannal (viselkedésünk tanulmányozása a gazdasági döntések kontextusában). A kognitív közgazdaságtan a gondolkodásunk tudománya. Lee Caldwell, egy blog szerzője erről a tudományágról a következőket írja erről:

„A kognitív (vagy pénzügyi) közgazdaságtan... azt vizsgálja, hogy valójában mi játszódik le az ember fejében, amikor választ. Mi a döntéshozatal belső szerkezete, mi befolyásolja azt, milyen információkat észlel az elme ebben a pillanatban és hogyan dolgozza fel azokat, milyen belső preferenciaformái vannak az embernek, és végső soron hogyan tükröződnek ezek a folyamatok a viselkedésben ?

Más szóval, a tudósok alacsonyabb, leegyszerűsített szinten kezdik kutatásaikat, és döntéshozatali elvek mikromodelljeit alakítják ki a nagy léptékű gazdasági magatartás modelljének kidolgozásához. Ez a tudományos tudományág gyakran kölcsönhatásba lép a kapcsolódó területekkel, például a számítási közgazdaságtannal vagy a kognitív tudományokkal.

10. Műanyag elektronika

Az elektronika általában közömbös és szervetlen vezetőket és félvezetőket tartalmaz, például réz és szilícium. De az elektronika egy új ága vezető polimereket és kis molekulákat használ, amelyek szénen alapulnak. Az organikus elektronika magában foglalja a funkcionális szerves és szervetlen anyagok tervezését, szintézisét és feldolgozását, valamint fejlett mikro- és nanotechnológiák fejlesztését.

Valójában ez nem olyan új tudományág, az első fejlesztések még az 1970-es években történtek. Az összes felhalmozott adatot azonban csak nemrégiben sikerült összehozni, különösen a nanotechnológiai forradalom miatt. Az organikus elektronikának köszönhetően hamarosan olyan szerves napelemekkel, önszerveződő monorétegekkel az elektronikai eszközökben és szerves protézisekkel rendelkezhetünk, amelyek a jövőben képesek lesznek pótolni a sérült végtagokat az ember számára: a jövőben az úgynevezett kiborgokból állhatnak több szerves anyag, mint a szintetikus részek.

11. Számítógépes biológia

Ha egyformán szereted a matematikát és a biológiát, akkor ez a tudományág csak neked szól. A számítógépes biológia a matematika nyelvén keresztül igyekszik megérteni a biológiai folyamatokat. Ezt ugyanúgy használják más mennyiségi rendszerekben is, mint például a fizika és a számítástechnika. Az Ottawai Egyetem tudósai elmagyarázzák, hogyan vált ez lehetségessé:

„A biológiai műszerek fejlődésével és a számítási teljesítményhez való könnyű hozzáféréssel a biológiának mint olyannak egyre több adattal kell operálnia, a megszerzett tudás sebessége pedig csak nő. Így az adatok értelmezéséhez ma már számítási megközelítésre van szükség. Ugyanakkor a fizikusok és a matematikusok szemszögéből a biológia olyan szintre érett, ahol a biológiai mechanizmusok elméleti modelljei kísérletileg is tesztelhetők. Ez a számítógépes biológia fejlődéséhez vezetett.”

Az ezen a területen dolgozó tudósok a molekuláktól az ökoszisztémákig mindent elemeznek és mérnek.

Hogyan működik az „agyposta” – üzenetek továbbítása agyból agyba az interneten keresztül

A világ 10 titka, amelyet a tudomány végre felfedett

10 fő kérdés az Univerzummal kapcsolatban, amelyekre a tudósok jelenleg választ keresnek

8 dolog, amit a tudomány nem tud megmagyarázni

2500 éves tudományos rejtély: Miért ásítunk?

A 3 legostobább érv, amellyel az evolúcióelmélet ellenzői igazolják tudatlanságukat

Megvalósítható-e a szuperhősök képességei a modern technológia segítségével?

2008. július 11

Élettudományok(élettudományok) a biológia, a biotechnológia és az orvostudomány különféle ágait ötvözik. Az elmúlt években ez volt a világtudomány és a közgazdaságtan egyik prioritása. Az élettudományok kiemelt fejlesztési területként való választását számos ok magyarázza. Ezek a tudományok képezik az emberiség elsődleges szükségleteinek biztosításának alapját.

Először is ez az egészségügy. Az egészség gondozása érdekében meg kell értenie, mi történik egy egészséges emberrel, és mi történik a patológiában. Az élettudományok a várható élettartam növekedésével különösen fontossá válnak: a társadalom idősebb tagjai számára egészséges és aktív időskor biztosítása új kihívások elé állítja a biológiát és az orvostudományt. Másodszor, a világ népességének növekedése és a növekvő jólét új módszerek kidolgozását teszi szükségessé a mezőgazdasági termelékenység növelésére, új növényfajták kidolgozását – nem csak termelékenyebb, hanem jobb fogyasztói tulajdonságokkal is. Harmadszor, az emberiség által a természetre nehezedő növekvő nyomás megkívánja az ökológia egyre alaposabb tanulmányozását és olyan intézkedések elfogadását, amelyek csökkentik ezt a terhelést – például bioüzemanyagok, biológiailag lebomló műanyagok előállítási módszereivel, fejlett mezőgazdasági gyakorlatokkal, a környezetszennyezés csökkentésével és a bioremediációval. – szennyezett vagy elpusztult biocenózisok helyreállítása.

Az élettudományokat összekötő központi láncszem a biotechnológia a szó legtágabb értelmében.

Az élő rendszerek prioritása

Betegségek személyazonosítása és megbízható diagnosztizálása, emberi szervek termesztése és magas vitamin-, zsír- és fehérjetartalmú termények, új vakcinák és gyógyszerek létrehozása - ezek és sok más technológia jogosan tartozik az „élő rendszereknek” nevezett legszélesebb térbe.

A fejlett gazdaság létrehozása egy posztindusztriális társadalomban lehetetlen a kilépő gazdasági rendszernek megfelelő technológiai struktúra és tudományos tevékenységi formák korszerűsítése nélkül. Ezért államunk egyik kiemelt feladata a hatékony és versenyképes tudomány és innováció szektor kialakítása. Az állam fő eszköze a tudomány és technológia fejlesztése terén a szövetségi célprogram „Kutatás és fejlesztés az oroszországi tudományos és műszaki komplexum fejlesztésének kiemelt területein a 2007–2012-es időszakra”. A program keretében az állam a kiválasztott tudományos és tudományos-műszaki állami prioritásoknak megfelelő munkát finanszíroz, amelyek közül az egyik az „Élő rendszerek”.

STRF.ru ​​segítség:
Az „Élő rendszerek” kiemelt területen végzett munkákat az „Oroszországi Tudományos és Technológiai Komplexum fejlesztésének kiemelt területein végzett kutatás és fejlesztés a 2007–2012-es időszakra” című szövetségi célprogram keretében is végzik. Ennek az iránynak a keretében 2008-ban különösen a következő kritikus technológiákat fejlesztették ki:
– orvosbiológiai és állatorvosi technológiák az emberek és állatok életfenntartására és védelmére;
– biokatalitikus, bioszintetikus és bioszenzoros technológiák;
– genomikai és posztgenomikus technológiák gyógyszerek előállításához;
– cellás technológiák;
– biomérnöki technológiák.

Koncepció "élettudományok" felváltotta a „biológiai tudományok” szokásos fogalmát, és közös nevet adott minden élőlényekkel foglalkozó tudománynak: zoológia és genetika, növénytan és molekuláris biológia, élettan és biokémia, ökológia és orvostudomány. Mindenki, aki ezeken a területeken dolgozik, élő rendszerekkel, vagyis élő szervezetekkel foglalkozik, legyen az ember vagy virág, vírus vagy baktérium. Azt mondhatjuk, hogy élő rendszerek minden, ami szaporodik, lélegzik, táplálkozik és mozog.

Ez azonban nem csak a név megváltoztatásáról szól. Az „élő rendszerek” kifejezés aktívabb, strukturáltabb. A tudomány és tudás ezen interdiszciplináris területére vonatkozó szisztematikus megközelítést tükrözi, amelyben biológusok, kémikusok, fizikusok és matematikusok dolgoznak. Ráadásul az „Élő rendszerek” kifejezés nagyon technológiai jellegű. Nemcsak az élőlények szerveződési elveinek megismerését és felfedezését foglalja magában, hanem ezen ismeretek új technológiák formájában történő felhasználását is. Ez a megközelítés arra hívja fel a különböző szakembereket, hogy közösen lépjenek át a tudományos ötlettől a gyakorlati megvalósításig és az emberek érdekében történő felhasználásig.

Betegségek személyazonosítása és megbízható diagnosztizálása, emberi szervek termesztése és magas vitamin-, zsír- és fehérjetartalmú termények, új vakcinák és gyógyszerek létrehozása - ezek és sok más technológia jogosan tartozik az „élő rendszereknek” nevezett legszélesebb térbe. Az ezen a területen végzett kutatás és fejlesztés csúcstechnológiás technológiákkal tölti meg iparágunkat, javítja az orosz állampolgárok egészségét és biztonságát. Ezért az élő rendszerek az egyik fő kormányzati prioritás a tudomány és a technológia területén, amelyet szövetségi célprogramok révén aktívan támogatnak.

Ez a gyűjtemény röviden bevezeti az olvasót a technológiai platformok és a biotechnológiák fogalmába, valamint a vezető orosz tudományos csapatok néhány fejlesztésébe, amelyek az „Élő rendszerek” prioritási irányzatban dolgoznak.

STRF.ru ​​segítség:
A finanszírozás megoszlása ​​a „Living Systems” irányában a szövetségi célprogram keretében 2008-ban régiónként (millió rubel):
FEFD – 9 szerződés, költségvetés 116,5
Volga Szövetségi Körzet - 17 szerződés, költségvetés 140,1
Északnyugati szövetségi körzet - 32 szerződés, költségvetés 156,0
Szibériai Szövetségi Körzet - 34 szerződés, költségvetés 237,4
Urál szövetségi körzet – 1 szerződés, 50 költségvetés
Központi szövetségi körzet - 202 szerződés, költségvetés 2507,8
Déli szövetségi körzet - 4 szerződés, költségvetés 34,85

A tudás mint technológia

Az élő rendszerek területén alkalmazott alapvető és alkalmazott fejlesztésekről szóló beszélgetésekben egyre gyakrabban találkozhatunk a „technológia” fogalmával. A modern, posztindusztriális gazdaságban a technológia alatt a technikai eszközöket (például szervezeti technológiákat, fogyasztói technológiákat, társadalmi technológiákat, politikai technológiákat) alkalmazó, célirányos tevékenységekhez szükséges dokumentált ismeretek összességét értjük. Megjegyzendő, hogy a piacgazdaságban a technológia, mint a tudás egy fajtája, áru. Az ezzel a fogalommal jelölt tudásanyag nemcsak azzal kapcsolatos kérdéseket vet fel, hogy mit csinálunk, hanem azt is, hogyan, és ami a legfontosabb, miért tesszük.

A tudományos és műszaki komplexum nemzeti szintű fejlesztési stratégiáinak meghatározásakor a „technológiai platform” fogalmát használják. Ennek a kifejezésnek még nincs egyértelmű meghatározása. Mindazonáltal már most nyilvánvaló, hogy ez a fogalom a tudományos és technológiai munkára vonatkozó külső megrendelésektől függően változó tudást, módszereket, anyagi-technikai bázist és képzett személyzetet foglal magában. Az „Élő rendszerek” kiemelt irányvonal több technológiai platform kombinációjának tekinthető.

Titkok Kiderült

Az élő rendszerekből olyan technológiákat vezetünk le, amelyek a természet életének normái. Bármely élő szervezet születése, fejlődése és halála során használja őket. Sőt, egy élő rendszer hierarchiájának minden szintjén – genetikai, sejtes, szervezeti – különböző technológiai megoldások állnak rendelkezésre.

Minden élő rendszer az élet fő molekulájával, a DNS-sel kezdődik, amely tárolja és generációról generációra továbbítja az örökletes információkat. A DNS durván szemantikai szakaszokra - génekre - osztható. Parancsokat küldenek bizonyos fehérjék szintézisére, amelyek a szervezet jellemzőit formálják és biztosítják annak életét. A tudósok 20-25 ezerre becsülik az emberi gének számát. Ha génhibák, úgynevezett mutációk lépnek fel, egy személy súlyos betegségeket szenved. A genomban „rögzített” szöveg mennyisége megegyezik az Izvesztyija napilap 30 éves aktájával.

A DNS a sejtben él és működik. Az élő sejt maga a tökéletesség. Tudja, hogyan lehet a haszontalan anyagokat hasznossá alakítani, belső gyógyszereket szintetizálni a szervezet számára, építőanyagot és még sok mást. Minden percben milliónyi kémiai reakció megy végbe egy élő sejtben a legszokványosabb körülmények között - vízi környezetben, magas nyomás és hőmérséklet nélkül.

Egy sejt önmagában csak egysejtű szervezetekben – baktériumokban – él, de a legtöbb élő rendszer többsejtű. A felnőtt emberi test átlagosan 10 14 sejtet tartalmaz. Megszületnek, átalakulnak, végzik munkájukat és meghalnak. De ugyanakkor harmóniában és együttműködésben élnek, kollektív védekezési (immunrendszer), alkalmazkodási (szabályozási rendszer) és egyéb rendszereket építenek.

Lépésről lépésre feltárjuk az élő rendszerek titkait, és ezen ismeretek alapján alkotunk biotechnológia.

Biotechnológia

A biotechnológiát olyan folyamatokként határozhatjuk meg, amelyek során élő rendszereket vagy azok összetevőit anyagok vagy más élő rendszerek előállítására használják fel. Az élőlények eredeti „gyárak”, amelyek a nyersanyagokat (tápanyagokat) az életük fenntartásához szükséges termékek széles választékává dolgozzák fel. Ráadásul ezek a gyárak képesek reprodukálni, vagyis más nagyon hasonló „gyárakat” generálni.

Ma már sokat tudunk az élő gyárak „munkásainak” felépítéséről és működéséről – a genomról, a sejtstruktúrákról, a fehérjékről, magukról a sejtekről és a test egészéről.

Ennek a – bár még hiányos – tudásnak köszönhetően a kutatók megtanulták kezelni az élő rendszerek egyes elemeit - géneket (genomikus technológiák), sejteket (sejttechnológiák) - és létrehozni a számunkra hasznos tulajdonságokkal rendelkező, géntechnológiával módosított élő szervezeteket (géntechnológia). Tudjuk, hogyan alakítsuk át a természetes „gyárakat” a szükséges termék előállításához (ipari biotechnológia). Ráadásul genetikailag módosítani kell ezeket a gyárakat, hogy szintetizálják azt, amire szükségünk van.

Így hozunk létre biotechnológiákat, amelyekről még lesz szó. Mielőtt azonban bemutatnánk a már az ember szolgálatába állított technológiák példáit, néhány szót kell ejteni egy elegáns megoldásról, amely ma segít a tudósoknak behatolni az élet titkaiba és megérteni az élő rendszerek mechanizmusait. Hiszen a sejtben végbemenő folyamatok láthatatlanok, a tudományos kutatáshoz olyan technológiákra van szükség, amelyekkel láthatóak és megérthetők. Ez a megoldás egyébként maga a biotechnológia.

Izzó mókusok

Ahhoz, hogy megtudja, hogyan működnek a gének, látnia kell munkájuk eredményét, vagyis a parancsukra szintetizálódó fehérjéket. Hogyan találhatjuk meg pontosan azokat, akiket keresünk? A tudósok olyan módszert találtak, amely láthatóvá teszi a fehérjéket, amelyek ultraibolya fényben világítanak.

Ilyen fényes fehérjék megtalálhatók a természetben, például a tengeri rákfélékben és a medúzákban. A második világháború idején a japánok a „tengeri szentjánosbogárból”, egy kéthéjú rákból származó port használták helyi fényforrásként. Amikor vízbe áztatták, fényesen izzott. O. Shimomura (Japán) ebből a tengeri szentjánosbogárból és medúzából izolált először világító fehérjéket a 20. század 50-es éveinek végén. Ezzel kezdődött a ma már híres GFP – zöld fluoreszcens fehérje – története. 2008-ban pedig O. Shimomura, M. Chelfi és R. Tsien (USA) megkapta a kémiai Nobel-díjat fluoreszcens fehérjékért. Ezeknek a fehérjéknek a segítségével a legkülönfélébb élő tárgyakat lehet fényessé varázsolni, a sejtszerkezetektől az egész állatig. Egy fluoreszkáló zseblámpa, amely génmanipulációval a kívánt fehérjékhez kapcsolható, lehetővé tette, hogy megnézzük, hol és mikor szintetizálódik ez a fehérje, és a sejt mely részeibe kerül. Forradalom volt a biológiában és az orvostudományban.

De a vörös fluoreszcens fehérjéket először két orosz kutató – Mihail Mats és Szergej Lukjanov – fedezte fel korallokban és más tengeri élőlényekben. Ma már a szivárvány minden színében megtalálhatóak a fluoreszkáló fehérjék, amelyek felhasználási területe igen széles: a biológia és az orvostudomány élvonalától, beleértve az onkológiát, a mérgező és robbanásveszélyes anyagok kimutatásán át a világító akváriumi halakig.

Az Orosz Tudományos Akadémia levelező tagja, S. Lukyanov (az Orosz Tudományos Akadémia Bioszerves Kémiai Intézete) vezetésével létrehozták az orosz Evrogen biotechnológiai vállalatot, amely világszerte látja el a tudósokat többszínű fluoreszcens címkékkel. Ma az Evrogen az egyik vezető szerepet tölt be a biológiai kutatásokhoz szükséges fluoreszcens fehérjék globális piacán.

Genetikai azonosítás

Mindannyian nagyon különbözőek vagyunk. Megjelenés, jellem, képességek, gyógyszerek iránti fogékonyság, idegenkedés egy adott ételtől - mindez genetikailag meghatározott. Mindannyiunk genomjának egyedisége megbízható eszközzé teszi az identitás azonosítására. Lényegében a génjeink ugyanazok az ujjlenyomatok, csak más természetűek. A DNS azonosítási módszert Alik Jeffreys brit kutató vezette be a törvényszéki gyakorlatba a múlt század 80-as éveiben. Ma ez már elterjedt és ismert eljárás az egész világon.

Oroszországban is használják. Az elemzéshez azonban külföldről vásárolunk reagenseket. Az Orosz Tudományos Akadémia Általános Genetikai Intézetében Nyikolaj Jankovszkij, az Orosz Tudományos Akadémia levelező tagjának vezetésével egy sor emberi DNS azonosítására szolgáló reagenst készítenek. Egy ilyen hazai eszköz megjelenése nagyon időszerű, mivel 2009. január 1-jén hatályba lép az Orosz Föderáció Állami Dumája által 2008. november 19-én elfogadott „A genomi regisztrációról szóló törvény”. Tudósaink fejlődése nemcsak az import visszautasítását teszi lehetővé, hanem a kriminológusok számára is fejlettebb eszközt ad, amely a nyugati analógokkal ellentétben erősen sérült DNS-sel dolgozik. És ez gyakori eset a törvényszéki orvostanban.

Ennek az eszköznek a segítségével egy másik fontos társadalmi feladatot is megoldanak - a törvénysértők genetikai adatainak bankjának létrehozását, amely növeli a bűncselekmények felderítését és csökkenti a nyomozási időt. Az Egyesült Királyságban a bűnöző világgal valamilyen módon kapcsolatban álló emberek genetikai adatbázisa már több millió embert számlál.

A DNS azonosítási módszer különösen alkalmas háborúkban, katasztrófákban és egyéb körülmények között elhunyt személyek azonosítására. Ma Oroszországban is használják. A leghíresebb eset az utolsó királyi család maradványainak azonosítása. Ennek a nagy munkának az utolsó szakaszát - a császár fiának és lányának maradványainak azonosítását - Jevgenyij Rogajev professzor, az Orosz Tudományos Akadémia Általános Genetikai Intézete genomikai osztályának vezetője végezte.

Végül a DNS azonosítási módszer másik alkalmazási területe az apaság megállapítása. A kutatások azt mutatják, hogy a törvényes apák több százaléka nem biológiai eredetű. Az apaságot hosszú ideig a gyermek és a szülő vérének elemzésével állapították meg - meghatározták a vércsoportot és az Rh-faktort, és összehasonlították az adatokat. Ez a módszer azonban eredendően megbízhatatlan volt, amint azt a kutatók ma már megértik, és számos olyan hibát okozott, amelyek személyes tragédiákhoz vezettek. A DNS azonosítás alkalmazása közel 100%-ra növelte az elemzés pontosságát. Ma ez a technika az apaság megállapítására Oroszországban elérhető.

Genetikai diagnosztika

Egy személy genomjának teljes elemzése jelenleg hatalmas összegbe – kétmillió dollárba – kerül. Igaz, tíz év múlva, a technológia fejlődésével az előrejelzések szerint ezer dollárra csökken az ár. De nem lehet minden gént leírni. Gyakran elegendő csak bizonyos géncsoportok munkáját értékelni, amelyek kritikusak a különböző betegségek előfordulása szempontjából.

A genetikai diagnosztika speciális eszközöket igényel, miniatűr, gyors és pontos. Ezeket az eszközöket biochipeknek nevezik. A világ első szabadalma a DNS szerkezetének meghatározására szolgáló biochipekre Oroszországé – Andrei Mirzabekov akadémikus, a Molekuláris Biológiai Intézet munkatársa. V.A. Engelhardt RAS. Aztán a múlt század 80-as éveinek végén Mirzabekov csapata mikromátrix technológiát fejlesztett ki. Később biochipnek nevezték őket.

A biológiai mikrochip egy kis üveg vagy műanyag lemez, amelynek felületén sok sejt található. Ezen üregek mindegyike tartalmaz egy markert a genom egyik vagy másik részére, amelyet kimutatni kell a mintában. Ha egy beteg vérmintáját a biochipre ejtik, megtudhatjuk, hogy az tartalmazza-e azt, amit keresünk – a megfelelő lyuk a fluoreszcens jelölés miatt világít.

Az elhasznált biochip vizsgálatával a kutatók diagnosztizálhatják bizonyos betegségekre való hajlamot, valamint veszélyes vírusokat is kimutathatnak a páciens vérében, például tuberkulózist vagy hepatitis C-t. Végül is a vírus nem más, mint egy idegen DNS-darab. fehérjehéjban. Az új technikának köszönhetően a biológiai anyagok komplex laboratóriumi vizsgálatainak időtartama több hétről egy napra csökkent.

Ma már több tucat vállalat fejleszt biológiai mikrobiochipeket Európában és az USA-ban. Az orosz biochipek azonban sikeresen ellenállnak a versenynek. Egy elemzés a Biochip-IMB tesztrendszerrel mindössze 500 rubelbe kerül, míg egy külföldi analóg használata 200-500 dollárba kerül.

Az Orosz Tudományos Akadémia Molekuláris Biológiai Intézete pedig megkezdte azoknak a biochipeknek a tanúsítását, amelyek kimutatják a hepatitis C vírus típusait egy páciensben. Az új technológia piaci potenciálja óriási. Hiszen a hagyományos tesztek segítségével minden harmadik esetben nem lehet kideríteni, hogy a talált vírus milyen fajtához tartozik. Most ez a probléma megoldódott.

A DNS-diagnosztika segítségével nemcsak a betegségeket és az ezekre való hajlamot azonosíthatja, hanem napi étrendjét is módosíthatja. Például, hogy bele kell-e venni a teljes tejet vagy sem. A tény az, hogy sok ember számára a teljes tej hányingert, hasmenést és általános rossz közérzetet okoz. Ez a tejcukrot lebontó enzim – a laktóz – hiánya miatt következik be. Emiatt problémák merülnek fel a szervezetben. Az enzim jelenléte pedig genetikailag meghatározott. A genetikai vizsgálatok szerint hazánkban a felnőttek harmada-fele (térségtől függően) nem képes megemészteni a teljes tejet. Az iskolai étrend azonban továbbra is megköveteli a napi egy pohár tejet minden gyermek számára. Az Orosz Tudományos Akadémia Általános Genetikai Intézetében kifejlesztett DNS-diagnosztikai teszt segítségével könnyen megállapítható, hogy kinek ajánlható teljes tej és kinek nem. Ez a célja az „Egészséges emberek egészségének megőrzése” projektnek, amelyet az Orosz Tudományos Akadémia valósít meg a Tambov régió közigazgatásával közösen.

Génterápia

A genetikai diagnosztika megalapozza a jövő orvostudományát. De az orvostudomány nem csak diagnózis, hanem kezelés is. Kijavíthatjuk-e a hibás géneket egy élő szervezetben, vagy helyettesíthetjük-e komplettekkel azokban a súlyos esetekben, amikor a hagyományos kezelés tehetetlen? A génterápia pontosan ezt a feladatot tűzi ki maga elé.

A génterápia lényege szavakban egyszerű: vagy „meg kell javítani” egy törött gént azoknak a szöveteknek, szerveknek a sejtjeiben, ahol nem működik, vagy egy teljes értékű gént juttatni a beteg szervezetébe, amit mi in vitro képes szintetizálni. Napjainkban számos módszert fejlesztettek ki új gének sejtekbe történő bejuttatására. Ez magában foglalja a génbejuttatást semlegesített vírusokkal, genetikai anyag mikroinjekcióját a sejtmagba, sejtek kilövését egy speciális fegyverből apró aranyrészecskékkel, amelyek egészséges géneket hordoznak a felületükön stb. Eddig nagyon kevés sikert értek el a gyakorlati génterápia. Vannak azonban fényes és szellemes felfedezések, beleértve az orosz laboratóriumokat is.

Az egyik ilyen, a rák kezelésére szánt ötlet „trójai falónak” nevezhető. A herpeszvírus egyik génje bekerül a rákos sejtekbe. Egy bizonyos ideig ez a „trójai faló” nem fedi fel magát. De amint a herpesz kezelésére széles körben használt gyógyszer (ganciklovir) bekerül a páciens szervezetébe, a gén elkezd dolgozni. Ennek eredményeként a sejtekben rendkívül mérgező anyag képződik, amely belülről pusztítja el a daganatot. A rákgénterápia másik lehetősége olyan gének eljuttatása a rákos sejtekhez, amelyek beindítják az úgynevezett „öngyilkos” fehérjék szintézisét, ami a rákos sejtek „öngyilkosságához” vezet.

A rákos sejtekbe történő génbejuttatás technológiáját a róla elnevezett Bioszerves Kémiai Intézet tudósainak nagy csapata fejleszti. M.M. Shemyakin és Yu.A. Ovchinnikov RAS, Orosz Onkológiai Kutatóközpont RAMS, Institute of Molecular Genetics RAS, Institute of Gene Biology RAS. A munkát Jevgenyij Sverdlov akadémikus vezeti. A projekt fő hangsúlya a tüdőrák (első hely a halálozásban) és a nyelőcsőrák (hetedik hely) elleni gyógyszerek létrehozására irányul. A készülő módszerek és tervek azonban hasznosak lesznek bármilyen típusú rák elleni küzdelemben, amelyből több mint száz van. A szükséges klinikai vizsgálatok után, siker esetén a gyógyszerek 2012-ben kerülnek a gyakorlatba.

A rák diagnózisa

Számos tudományos csoport Oroszországban és szerte a világon dolgozik a rák problémáján. Ez érthető: a rák minden évben valamivel kisebb halálos termést arat, mint a szív- és érrendszeri betegségek. A tudósok feladata olyan technológiák megalkotása, amelyek lehetővé teszik a rák legkorábbi stádiumban történő felismerését és a rákos sejtek célzott elpusztítását, anélkül, hogy a szervezet számára mellékhatásokat okozna. A korai és gyors diagnózis, amikor az elemzés csak néhány órát vesz igénybe, rendkívül fontos a hagyományos rákterápia szempontjából. Az orvosok tudják, hogy a betegséget a bimbóban könnyebb elpusztítani. Ezért a világ klinikáinak olyan diagnosztikai technológiákra van szükségük, amelyek megfelelnek ezeknek a követelményeknek. És itt jön a biotechnológia a kutatók segítségére.

A rák korai és gyors diagnosztizálásának új megközelítését a világon először Alexander Chetverin, az Orosz Tudományos Akadémia Protein Intézetéből javasolta. A módszer lényege, hogy a vérben azonosítják azokat az mRNS-molekulákat, amelyek információt távolítanak el a genom megfelelő részeiből, és hordozzák a rákos fehérjék szintézisének parancsát. Ha ilyen molekulák jelen vannak a páciens vérmintájában, akkor a rák diagnózisa felállítható. A probléma azonban az, hogy ezekből a molekulákból nagyon kevés van a vérmintában, míg sok más. Hogyan lehet megtalálni és megkülönböztetni azokat az egyedi példányokat, amelyekre szükségünk van? Ezt a problémát egy tudóscsoport oldotta meg A. Chetverin vezetésével.

A kutatók megtanulták szaporítani a keresett, de láthatatlan rákos sejt markermolekulákat az úgynevezett polimeráz láncreakció (PCR) segítségével.

Ennek eredményeként egyetlen láthatatlan molekulából egész molekuláris kolóniák nőnek ki, amelyek már mikroszkóp alatt is láthatók. Ha egy beteg vérmintája (mondjuk egy milliliter) legalább egy rákos sejtet és egy markermolekulát tartalmaz, akkor a kezdődő betegség kimutatható.

Az elemzés néhány óra alatt elvégezhető, és több ezer rubelbe kerül. De ha tömegesen használja, például egy éves megelőző orvosi vizsgálat során, akkor az ár 300-500 rubelre csökkenhet.

Rák kezelés

A rákkezelés területén is számos új megközelítés létezik, amelyek a biotechnológián alapulnak. Ezek egyike a specifikus antitestek rákellenes szerekként történő alkalmazása.

Az antitestek olyan fehérjemolekulák, amelyeket az immunrendszer sejtjei termelnek. Valójában ez egy vegyi fegyver, amelyet testünk mindenféle vírus, valamint saját testünk degenerált sejtjei - rákos sejtek - elleni küzdelemben használ. Ha maga az immunrendszer nem tud megbirkózni a rákkal, akkor lehet rajta segíteni.

A Molekuláris Immunológiai Laboratórium (az Orosz Tudományos Akadémia Bioszerves Kémiai Intézete) tudósai az Orosz Tudományos Akadémia levelező tagjának, Szergej Dejevnek a vezetésével olyan antitestek új generációját állítják elő, amelyek felismerik és elpusztítják a célpontot. Ez a megközelítés az úgynevezett „varázsgolyó” elvén alapul, amely mindig és pontosan megtalálja áldozatát. Az antitestek tökéletesen alkalmasak erre a szerepre. Molekulájuk egyik része „antennaként” szolgál, amely a célpontra – a rákos sejt felszínére – mutat. Az ellenanyag farkához pedig különféle károsító anyagok – toxinok, szerves molekulák, radioaktív izotópok – kapcsolódhatnak. Különböző hatásuk van, de végül mindegyik elpusztítja a daganatot.

A rákos sejtek szinte természetes úton is elpusztulhatnak. Elég beindítani a programozott sejthalál mechanizmusát, egyfajta öngyilkosságot, amelyet a természet biztosít. A tudósok úgy hívják apoptózis. Az öngyilkossági mechanizmust olyan intracelluláris enzimek váltják ki, amelyek elpusztítják a sejten belüli fehérjéket és magát a DNS-t. Sajnos a rákos sejtek elképesztően rugalmasak, mert képesek elnyomni öngyilkos „hangulatukat”. A probléma az, hogy nagyon kevés ilyen enzim található a rákos sejtekben, ezért nehéz az apoptózist kiváltani.

Azonban ez a probléma is megoldható. Az öngyilkossági mechanizmus beindítására a szibériai tudósok sejtszerkezetek, például mitokondriumok membránjának megnyitását javasolják. Akkor a sejt elkerülhetetlenül meghal. Az Orosz Tudományos Akadémia Szibériai Kirendeltségének Bioszerves Kémiai Intézete, a „Vector” Állami Tudományos Központ (Koltsovo falu), a Városi Tüdősebészeti Kórház (Novoszibirszk), az „Orvosi Technológiák” Tudományos és Termelési Alapítvány (Kurgan), és az Orosz Orvostudományi Akadémia Klinikai és Kísérleti Immunológiai Kutatóintézete (Novoszibirszk) vesz részt ebben a nagy projektben. A kutatók közösen olyan anyagokat választottak ki, amelyek képesek megnyitni a sejtszerkezetek membránjait, és kidolgoztak egy módszert ezen anyagok rákos sejtbe juttatására.

Védőoltások

Az állatok immunrendszerével kapcsolatos ismereteinket nemcsak a rák, hanem bármilyen fertőző betegség kezelésére is felhasználhatjuk. A legtöbb betegség ellen „öröklődés útján” kapunk immunitást, mások ellen új fertőzés okozta betegségben szenvedünk. De az immunitást is lehet edzeni – például védőoltással.

A védőoltás hatékonyságát először több mint 200 évvel ezelőtt Edward Jenner orvos mutatta be, aki bebizonyította, hogy a tehénhimlőben szenvedő személy immunissá vált a himlővel szemben. Azóta számos betegséget az orvosok ellenőrzése alá vontak. Pasteur kora óta gyengített vagy elpusztult vírusokat használnak vakcinákhoz. Ez azonban korlátokat támaszt: nincs garancia arra, hogy az oltóanyag teljesen mentes az aktív vírusrészecskéktől; sokukkal való munka nagy körültekintést igényel; a vakcina eltarthatósága a tárolási körülményektől függ.

Ezeket a nehézségeket géntechnológiai módszerekkel lehet leküzdeni. Segítségükkel előállíthatja a baktériumok és vírusok egyes összetevőit, majd befecskendezheti azokat a betegekbe - a védőhatás nem lesz rosszabb, mint a hagyományos vakcinák használatakor. A géntechnológiával előállított első vakcinák állatoknak szánt vakcinák voltak - ragadós száj- és körömfájás, veszettség, vérhas és egyéb állatbetegségek ellen. Az első, genetikailag módosított emberi vakcina a hepatitis B vakcina volt.

Manapság a legtöbb fertőzés ellen készíthetünk vakcinákat – klasszikus vagy genetikailag módosított. A fő probléma a huszadik század pestiséhez, az AIDS-hez kapcsolódik. Jót tesz neki az oltás. Végül is erősíti az immunrendszert, és arra kényszeríti a szervezetet, hogy több immunsejtet termeljen. Az AIDS-et okozó humán immundeficiencia vírus (HIV) ezekben a sejtekben él és szaporodik. Más szóval, még több lehetőséget adunk neki – az immunrendszer új, egészséges sejtjeit megfertőzni.

Az AIDS elleni vakcinák felkutatására irányuló kutatások hosszú múltra tekintenek vissza, és R. V. Petrov, V. A. Kabanov és R. M. Khaitov jövőbeli akadémikusok felfedezésén alapulnak, amelyeket a múlt század 70-es éveiben tettek. A lényege az polielektrolitok (töltött polimer molekulák, amelyek vízben oldódnak) kölcsönhatásba lépnek az immunrendszer sejtjeivel, és ez utóbbiakat intenzív antitest-termelésre késztetik. És ha például a vírushéjat alkotó fehérjék egyike egy polielektrolit molekulához kapcsolódik, akkor ezzel a vírussal szembeni immunválasz aktiválódik. Ennek az oltóanyagnak a hatásmechanizmusa alapvetően különbözik az összes korábban a világon létrehozott vakcinától.

Az első a világon, és eddig az egyetlen polielektrolit, amelyet megengedett az emberi szervezetbe juttatni polioxidónium. Ezután az influenzavírus fehérjéit „rávarrták” a polimerre. Az eredmény a „Grippol” vakcina lett, amely közel 10 éve véd meg emberek millióit a vírusfertőzésektől Oroszországban.

Napjainkban ugyanezzel a módszerrel készítik az AIDS elleni oltóanyagot. Az AIDS-vírusra jellemző fehérjét egy polielektrolithoz kötötték. A kapott vakcinát sikeresen tesztelték egereken és nyulakon. A preklinikai vizsgálatok eredményei alapján az Orosz Tudományos Akadémia Immunológiai Intézete engedélyt kapott arra, hogy önkéntesek részvételével klinikai vizsgálatokat végezzen. Ha a gyógyszer tesztelésének minden szakasza sikeres, akkor nemcsak a HIV-fertőzés megelőzésére, hanem az AIDS kezelésére is alkalmazható.

Biotechnológiával adományozott gyógyszerek

A gyógyszerek továbbra is az orvosi gyakorlat fő eszközei maradnak. A gyógyszerek oroszlánrészét előállító vegyipar lehetőségei azonban korlátozottak. Számos anyag kémiai szintézise bonyolult és gyakran lehetetlen, például a fehérjék túlnyomó többségének szintézise. És itt jön a biotechnológia a megmentésre.

A mikroorganizmusok felhasználásával készült gyógyszerek előállítása hosszú múltra tekint vissza. Az első antibiotikumot, a penicillint 1928-ban izolálták a penészből, ipari gyártása 1940-ben kezdődött. A penicillint követően más antibiotikumokat fedeztek fel, és megkezdődött tömegtermelésük.

Sok emberi fehérje alapú gyógyszert sokáig csak kis mennyiségben lehetett beszerezni, előállításuk igen költséges volt. A géntechnológia reményt adott arra, hogy a fehérjegyógyszerek köre és számuk meredeken növekedni fog. És ezek az elvárások beigazolódtak. Több tucat biotechnológiai úton előállított gyógyszer került már be az orvosi gyakorlatba. Szakértők szerint a géntechnológiával előállított fehérjéken alapuló gyógyszerek globális piacának éves volumene 15%-kal növekszik, és 2010-re eléri a 18 milliárd dollárt.

Biotechnológusaink ezen a területen végzett munkájának legszembetűnőbb példája a génmanipulált humán inzulin, amelyet a Bioszerves Kémiai Intézetben állítanak elő. M.M.Shemyakin és Yu.A.Ovchinnikov RAS. Az inzulin, vagyis egy fehérje szerkezetű hormon szabályozza a cukor lebontását szervezetünkben. Állatokból kinyerhető. Ezt csinálták korábban. De még a sertések hasnyálmirigyéből származó inzulin – a hozzánk biokémiailag legközelebb álló állatok – még mindig kissé különbözik az emberi inzulintól.

Az emberi szervezetben aktivitása alacsonyabb, mint az emberi inzulin aktivitása. Ráadásul immunrendszerünk nem tolerálja az idegen fehérjéket, és mindent megtesz azok kilökődéséért. Ezért előfordulhat, hogy a befecskendezett sertésinzulin eltűnik, mielőtt terápiás hatást fejt ki. A problémát a géntechnológiai technológia oldotta meg, amelyet ma emberi inzulin előállítására használnak, Oroszországban is.

A génmanipulált humán inzulin mellett a Bioszerves Kémiai Intézetben. M. M. Shemyakina és Yu. A. Ovchinnikova, az Orosz Tudományos Akadémia, az Orosz Tudományos Akadémia Bioszerves Kémiai Intézetének munkatársai, az Orosz Orvostudományi Akadémia Hematológiai Kutatóközpontjával közösen létrehoztak egy technológiát fehérjék előállítására a tömeges tömegek leküzdésére. vérveszteség. A humán szérum albumin és a véralvadási faktor kiváló elsősegély- és újraélesztési eszköz, amely keresett a katasztrófagyógyászatban.

Genetikailag módosított növények

Napról napra bővülő genetikai tudásunk lehetővé tette számunkra, hogy ne csak betegségek diagnosztizálására szolgáló genetikai teszteket, izzó fehérjéket, oltásokat és gyógyszereket, hanem új organizmusokat is készítsünk. Ma már alig van olyan ember, aki ne hallott volna a genetikailag módosított vagy transzgenikus szervezetekről (GMO-k). Ezek olyan növények vagy állatok, amelyekbe a DNS-géneket kívülről vitték be, új, emberi szempontból hasznos tulajdonságokat adva ezeknek az organizmusoknak.

A GMO-sereg nagy. Soraiban megtalálhatók a biotechnológiai gyárakban dolgozó, számunkra sok hasznos anyagot előállító hasznos mikrobák, a jobb tulajdonságokkal rendelkező növények, valamint a több húst és több tejet termelő emlősök.

A GMO-k egyik legelterjedtebb alosztálya természetesen a növények. Végtére is, ősidők óta szolgáltak élelmiszerként embereknek és állati takarmánynak. Növényekből építkezéshez szükséges rostokat, gyógyszerekhez és parfümökhöz szükséges anyagokat, vegyipari alapanyagokat és energiát, tüzet és hőt nyerünk.

Szelektív nemesítéssel folytatjuk a növények minőségének javítását és új fajták fejlesztését. De ez a fáradságos és munkaigényes folyamat sok időt vesz igénybe. A géntechnológia, amely lehetővé tette számunkra, hogy hasznos géneket építsünk be a növények genomjába, a nemesítést alapvetően új szintre emelte.

A legelső transzgénikus növény, amelyet negyed évszázaddal ezelőtt hoztak létre, a dohány volt, és ma már 160 transzgénikus növényt használnak ipari méretekben a világon. Köztük kukorica és szójabab, rizs és repce, gyapot és len, paradicsom és sütőtök, dohány és cékla, burgonya és szegfűszeg és mások.

Az Orosz Tudományos Akadémia Biomérnöki Központjában, K. G. Skryabin akadémikus vezetésével. fehérorosz kollégákkal közösen létrehozták az első hazai génmódosított növényt - a Colorado burgonyabogárral szemben ellenálló Elizaveta burgonyafajtát.

Az 1980-as évek elején kifejlesztett első génmódosított növények ellenállóak voltak a gyomirtókkal és rovarokkal szemben. Ma már a géntechnológia segítségével olyan fajtákat kapunk, amelyek több tápanyagot tartalmaznak, ellenállnak a baktériumoknak és vírusoknak, ellenállnak a szárazságnak és a hidegnek. 1994-ben először hoztak létre olyan paradicsomfajtákat, amelyek nem voltak érzékenyek a rothadásra. Ez a fajta két éven belül megjelent a génmódosított élelmiszerek piacán. Egy másik transzgénikus termék, az Aranyrizs széles körben ismertté vált. Ebben, a szokásos rizzsel ellentétben, béta-karotin képződik - az A-vitamin előfutára, amely feltétlenül szükséges a test növekedéséhez. Az aranyrizs részben megoldja a megfelelő táplálkozás problémáját azon országok lakosai számára, ahol még mindig a rizs a fő étel az étrendben. És ez legalább kétmilliárd ember.

A táplálkozás és a termelékenység nem az egyetlen cél, amelyet a génmérnökök követnek. Lehetőség van olyan növényfajták létrehozására, amelyeknek levelei és gyümölcsei vakcinákat és gyógyszereket tartalmaznak. Ez nagyon értékes és kényelmes: a transzgénikus növényekből készült vakcinák nem szennyeződhetnek veszélyes állati vírusokkal, és maguk a növények is könnyen termeszthetők nagy mennyiségben. És végül „ehető” vakcinák hozhatók létre növények alapján, amikor az oltáshoz elegendő bizonyos mennyiségű transzgenikus gyümölcs vagy zöldség, például burgonya vagy banán elfogyasztása. Például a sárgarépa olyan anyagokat tartalmaz, amelyek részt vesznek a szervezet immunválaszának kialakításában. Az ilyen növényeket Szibéria két vezető biológiai intézetének tudósai közösen hozták létre: az Orosz Tudományos Akadémia Szibériai Fiókjának Citológiai és Genetikai Intézete és az SB RAS Kémiai Biológiai és Alapvető Orvostudományi Intézete.

Nem mondható el, hogy a társadalom ódzkodik a genetikailag módosított növényektől (GMP). Magában a tudományos közösségben pedig folyamatos vita folyik a GMR lehetséges veszélyéről. Ezért világszerte kutatások folynak a GMR használatával kapcsolatos kockázatok felmérésére – élelmiszerek, agrotechnikai és környezetvédelmi. Míg az Egészségügyi Világszervezet a következőket állítja: „A géntechnológiával módosított növények 10 éves kereskedelmi felhasználása során szerzett tapasztalatok, a speciális tanulmányok eredményeinek elemzése azt mutatja: a mai napig egyetlen bizonyított eset sem volt a regisztrált GM-ek toxicitásával vagy káros hatásaival kapcsolatban. a növények élelmiszer- vagy takarmányforrások a világon.”

1996-tól, amikor a GMR kereskedelmi célú termesztése megkezdődött, 2007-ig a transzgénikus növényekkel bevetett teljes terület 1,7 millióról 114 millió hektárra nőtt, ami a világ összes szántóterületének körülbelül 9%-a. Sőt, ennek a területnek 99%-át öt kultúrnövény foglalja el: szójabab, gyapot, rizs, kukorica és repce. Termelésük teljes mennyiségében a géntechnológiával módosított fajták több mint 25%-ot tesznek ki. A GMR használatában abszolút vezető szerepet tölt be az Egyesült Államok, ahol már 2002-ben a gyapot és a szójabab 75%-a transzgénikus volt. Argentínában a transzgénikus szójabab részesedése 99%, Kanadában a repcemag 65% -a, Kínában pedig a gyapot 51% -a. 2007-ben 12 millió gazdálkodó foglalkozott szénhidrogén-termesztéssel, ezek 90%-a fejlődő országokban él. Oroszországban törvény tiltja a szénhidrogének ipari termesztését.

Genetikailag módosított állatok

A génmérnökök hasonló stratégiát alkalmaznak új állatfajták kifejlesztésére. Ilyenkor bármely értékes tulajdonság megnyilvánulásáért felelős gén bekerül a megtermékenyített petesejtbe, amelyből új szervezet fejlődik tovább. Például, ha egy állat génkészletét kiegészítik egy növekedésserkentő hormon génjével, akkor az ilyen állatok gyorsabban fognak növekedni kevesebb táplálék mellett. Az eredmény olcsóbb hús.

Egy állat nem csak hús és tej forrása lehet, hanem a tejben található gyógyászati ​​anyagok is. Például a legértékesebb emberi fehérjék. Néhányról már beszéltünk. Most ez a lista kiegészíthető laktoferrinnel, egy olyan fehérjével, amely megvédi az újszülött gyermekeket a veszélyes mikroorganizmusoktól, amíg ki nem alakul saját immunitásuk.

A nő szervezete ezt az anyagot az anyatej első részeivel állítja elő. Sajnos nem minden anyának van teje, ezért az újszülöttek egészségének megőrzése érdekében humán laktoferrint kell hozzáadni a tápszerhez. Ha az étrendben elegendő védőfehérje van, akkor a műcsecsemők különböző gyomor-bélrendszeri fertőzések miatti mortalitása tízszeresére csökkenthető. Ez a fehérje nem csak a bébiétel-iparban keresett, hanem például a kozmetikai iparban is.

Az Orosz Tudományos Akadémia Génbiológiai Intézetében és a Fehéroroszországi Nemzeti Tudományos Akadémia Állattenyésztési Tudományos és Gyakorlati Központjában fejlesztik a humán laktoferrinnel történő kecsketej előállításának technológiáját. Idén megszületett az első két transzgénikus kecske. Több éves kutatás során 25 millió rubelt költöttek mindegyik létrehozására. Csak meg kell várnunk, amíg felnőnek, elszaporodnak és elkezdenek tejet termelni értékes emberi fehérjével.

Sejtmérnökség

A biotechnológiának van egy másik izgalmas területe: a sejttechnológia. Az őssejtek, amelyek képességeikben fantasztikusak, az emberi szervezetben élnek és működnek. Helyettesítik az elhalt sejteket (mondjuk egy eritrocita, egy vörösvértest, csak 100 napig él), begyógyítják töréseinket, sebeinket, helyreállítják a sérült szöveteket.

Az őssejtek létezését Alekszandr Makszimov, szentpétervári orosz hematológus jósolta meg még 1909-ben. Néhány évtizeddel később elméleti feltételezése kísérletileg is beigazolódott: őssejteket fedeztek fel és izoláltak. Az igazi fellendülés azonban a huszadik század végén kezdődött, amikor a kísérleti technológiák terén elért haladás lehetővé tette e sejtekben rejlő lehetőségek felismerését.

Eddig az őssejtek felhasználásával kapcsolatos orvostudomány fejlődése több mint szerény volt. Tudjuk, hogyan lehet ezeket a sejteket elkülöníteni, tárolni, szaporítani és kísérletezni velük. De még mindig nem értjük teljesen mágikus átalakulásuk mechanizmusát, amikor egy arctalan őssejt vérsejtté vagy izomszövetté változik. Még nem értjük teljesen azt a kémiai nyelvet, amelyen az őssejt megkapja az átalakulási parancsot. Ez a tudatlanság kockázatot jelent az őssejtek használatából, és akadályozza azok aktív alkalmazását az orvosi gyakorlatban. Előrelépések vannak azonban az idős emberek nem gyógyuló törésének kezelésében, valamint a szívroham és szívműtét utáni helyreállító kezelésben.

Oroszországban kifejlesztettek egy módszert a retina égési sérüléseinek kezelésére emberi agyi őssejtek felhasználásával. Ha ezeket a sejteket a szembe juttatják, akkor aktívan az égési területre költöznek, megtelepednek a sérült retina külső és belső rétegében, és serkentik az égési sérülés gyógyulását. A módszert a Moszkvai Szembetegségek Kutatóintézetének kutatócsoportja fejlesztette ki. G. Helmholtz Az Orosz Föderáció Egészségügyi Minisztériuma, Fejlődésbiológiai Intézet névadója. N.K.Koltsov RAS, RAS Génbiológiai Intézet és az Orosz Orvostudományi Akadémia Szülészeti, Nőgyógyászati ​​és Perinatológiai Tudományos Központja.

Jelenleg az őssejtekről szóló ismeretek felhalmozásának szakaszában vagyunk. A tudósok erőfeszítései a kutatásra, az infrastruktúra létrehozására összpontosulnak, különösen az őssejtbankok, amelyek közül az első Oroszországban a Gemabank volt. A szervek növekedése, a sclerosis multiplex és a neurodegeneratív betegségek kezelése a jövő, bár nem olyan távoli.

Bioinformatika

A tudás és az információ mennyisége hógolyóként nő. Az élő rendszerek működési elveit megértve ráébredünk az élő anyag szerkezetének hihetetlen összetettségére, amelyben a különféle biokémiai reakciók bonyolultan összefonódnak egymással, és bonyolult hálózatokat alkotnak. Az életnek ezt a „hálóját” csak modern matematikai módszerek segítségével lehet feloldani az élő rendszerekben zajló folyamatok modellezésére.

Éppen ezért a biológia és a matematika metszéspontjában egy új irány született - a bioinformatika, amely nélkül a biotechnológusok munkája már nem képzelhető el. A legtöbb bioinformatikai módszer természetesen az orvostudomány számára, nevezetesen új gyógyászati ​​vegyületek felkutatására szolgál. Egy adott betegség kialakulásáért felelős molekula szerkezetének ismerete alapján kereshetők. Ha egy ilyen molekulát bármilyen nagy pontossággal kiválasztott anyaggal blokkolnak, akkor a betegség lefolyása megállítható. A bioinformatika lehetővé teszi a klinikai felhasználásra alkalmas blokkoló molekula felfedezését. Ha ismerjük a célpontot, mondjuk egy „betegséget okozó” fehérje szerkezetét, akkor számítógépes programok segítségével szimulálhatjuk a gyógyszer kémiai szerkezetét. Ezzel a megközelítéssel jelentősen megtakaríthat időt és erőforrásokat, amelyek több tízezer kémiai vegyület válogatására és tesztelésére fordítódnak.

A bioinformatikát használó gyógyszerek előállításának vezetői közé tartozik Oroszországban a Himrar cég. A potenciális rákellenes gyógyszerek felkutatásában különösen sok ezer kémiai vegyület szűrésében vesz részt. A bioinformatikával foglalkozó legerősebb orosz tudományos központok közé tartozik az Orosz Tudományos Akadémia Szibériai Kirendeltségének Citológiai és Genetikai Intézete is. A huszadik század 60-as éveivel kezdődően a novoszibirszki akadémiai városban egyedülálló tudományos iskola alakult, amely egyesítette a biológusokat és a matematikusokat. A novoszibirszki bioinformatikusok fő munkaterülete a sejteken belüli fehérjekölcsönhatások elemzése és az új gyógyszerek lehetséges molekuláris célpontjainak keresése.

Egy adott betegség kialakulásának mechanizmusának megértéséhez fontos tudni, hogy a beteg sejtben dolgozó több ezer gén közül melyik felelős a betegségért. Ezt az egyáltalán nem könnyű feladatot bonyolítja, hogy a gének általában nem önállóan, hanem csak más génekkel kombinálva működnek. De hogyan vehetjük figyelembe más gének hozzájárulását egy adott betegséghez? És itt a bioinformatika jön az orvosok segítségére. Matematikai algoritmusok segítségével olyan térképet lehet készíteni, amelyen az utak metszéspontjai a gének kölcsönhatásait mutatják. Az ilyen térképek olyan gének klasztereit mutatják be, amelyek egy beteg sejtben a betegség különböző szakaszaiban működnek. Ezek az információk rendkívül fontosak például a rákkezelési stratégia kiválasztásához a betegség stádiumától függően.

Ipari biotechnológia

Az ember időtlen idők óta használja a biotechnológiát. Az emberek tejből sajtot készítettek, káposztát kelesztettek télire, és minden erjesztettből vidám italt készítettek. Mindezek klasszikus mikrobiológiai folyamatok, amelyekben a fő hajtóerő egy mikroorganizmus, a legkisebb élő rendszer.

Mára a biotechnológia által megoldott problémák köre hihetetlenül kibővült. A betegségek genetikai diagnosztikájáról, a biotechnológiával előállított új vakcinákról és gyógyszerekről, valamint a génmódosított szervezetekről már volt szó. Az élet azonban más kihívásokkal is szembesül. Az óriási vegyszergyártó létesítmények, ahol beszerezzük a kényelmes lakókörnyezet kialakításához szükséges anyagokat (szálak, műanyagok, építőanyagok és még sok más), ma már nem tűnnek olyan vonzónak, mint 60 évvel ezelőtt. Rengeteg energiát és erőforrást fogyasztanak (magas nyomás, hőmérséklet, nemesfémből készült katalizátorok), szennyezik a környezetet, értékes földeket foglalnak el. A biotechnológusok kínálhatnak itt helyettesítést?

Igen, ők tudják. Például genetikailag módosított mikroorganizmusok, amelyek hatékony katalizátorként működnek az ipari kémiai folyamatokban. Ilyen biokatalizátorokat az Összoroszországi Genetikai és Mikroorganizmusok Kiválasztási Kutatóintézetében hoztak létre például az akrilamid mérgező anyag előállításának veszélyes és piszkos szakaszára. Polimer előállítására használják poliakrilamid, vízkezelésben, pelenkák gyártásában és bevonatos papír előállításában és sok más célra használják. A biokatalizátor lehetővé teszi egy kémiai reakcióban, hogy szobahőmérsékleten monomer jöjjön létre, agresszív reagensek és nagy nyomás nélkül.

A biokatalizátort a ZAO Bioamid (Saratov) tudományos csoportja, Szergej Voronin vezetésével került ipari felhasználásra Oroszországban. Ugyanez a csapat fejlesztette ki az aszparaginsav előállítására szolgáló biotechnológiát, és létrehozta az importhelyettesítő szívgyógyszert, az Asparkam L-t. A gyógyszer már belépett a piacra Oroszországban és Fehéroroszországban. Az orosz gyógyszer nemcsak olcsóbb, mint az importált analógok, hanem az orvosok szerint hatékonyabb is. Az a tény, hogy az Asparkam L a savnak csak egy optikai izomerjét tartalmazza, azt, amelyiknek terápiás hatása van. A nyugati analóg, a panangin pedig két optikai izomer, az L és a D keverékén alapul, amelyek közül a második egyszerűen előtétként szolgál. A Bioamida csapatának felfedezése az, hogy el tudták választani ezt a két nehezen elkülöníthető izomert, és ipari alapokra helyezték az eljárást.

Elképzelhető, hogy a jövőben a vegyipari óriásüzemek teljesen eltűnnek, és helyettük kis, biztonságos, környezetet nem károsító műhelyek fognak működni, ahol a mikroorganizmusok működnek majd, előállítva az összes szükséges köztes terméket a különböző iparágak számára. Ráadásul a kis zöld gyárak, legyenek azok mikroorganizmusok vagy növények, lehetővé teszik, hogy vegyi reaktorban nem állíthatók elő hasznos anyagokat. Például pókselyem fehérje. A csapóhálók keretszálai, amelyeket a pók sző áldozatainak, többszörösen húzósabbak, mint az acél. Úgy tűnik, műhelyekben pókokat ültet, és fehérjeszálakat húz belőlük. De a pókok nem élnek ugyanabban az üvegben - megeszik egymást.

Gyönyörű megoldást talált a Vlagyimir Bogush (Állami Genetikai és Mikroorganizmus-szelekciós Kutatóintézet) és a Biológiai Tudományok Doktora Eleonora Piruzyan (Orosz Tudományos Akadémia Általános Genetikai Intézete) vezette tudóscsapat. Először a pókselyemfehérje szintéziséért felelős géneket izolálták a pók genomjából. Ezeket a géneket azután élesztő- és dohánysejtekbe inszertálták. Mindketten elkezdték termelni a szükséges fehérjét. Ennek eredményeként létrejött az alap egy egyedülálló és szinte természetes szerkezeti anyag, könnyű és rendkívül tartós gyártástechnológiához, amelyből kötelek, páncélok és még sok más készíthető.

Vannak más problémák is. Például hatalmas mennyiségű hulladék. A biotechnológia lehetővé teszi számunkra, hogy a hulladékot bevételekké alakítsuk. A mezőgazdaságból, erdőgazdálkodásból és élelmiszer-feldolgozásból származó melléktermékek metánná, fűtésre és energiára alkalmas biogázzá alakíthatók. Vagy használhat metanolt és etanolt, a bioüzemanyagok fő összetevőit.

A biotechnológia ipari alkalmazásai aktívan részt vesznek a Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Karán. M. V. Lomonoszov. Számos laboratóriumot foglal magában, amelyek különféle projektekben vesznek részt – az ipari bioszenzorok létrehozásától a finom szerves szintézishez szükséges enzimek előállításáig, az ipari hulladék-újrahasznosítási technológiáktól a bioüzemanyagok előállítási módszereinek kidolgozásáig.

Tudomány, üzlet, kormány

Az elért sikerek a biológusok, vegyészek, orvosok és más, az élő rendszerek terében dolgozó szakemberek együttes munkájának eredménye. A különböző tudományágak közötti kapcsolat gyümölcsözőnek bizonyult. Természetesen a biotechnológia nem csodaszer a globális problémák megoldására, hanem egy olyan eszköz, amely helyes használat esetén nagyszerű kilátásokkal kecsegtet.

Ma a világ biotechnológiai piacának teljes volumene 8 billió. dollárt. A biotechnológiák a kutatás-fejlesztés finanszírozását tekintve is vezetnek: csak az Egyesült Államokban a kormányzati szervek és a magáncégek évente több mint 30 milliárd dollárt költenek ezekre a célokra.

A tudományba és technológiába történő befektetések végső soron gazdasági haszonnal járnak. De a biotechnológia önmagában nem oldja meg az összetett egészségügyi vagy élelmiszer-problémákat. Kedvező egészségügyi infrastruktúrát és ipari struktúrát kell kialakítani az új diagnosztikai technikákhoz, oltóanyagokhoz és gyógyszerekhez, valamint a jobb tulajdonságokkal rendelkező növényekhez való hozzáférés biztosítására. Itt is rendkívül fontos a hatékony kommunikációs rendszer a tudomány és az üzleti élet között. Végül a gazdaság hatékony innovatív szektorának felépítésének feltétlenül szükséges feltétele a tudományos és kereskedelmi struktúrák kölcsönhatása az állammal.

Segítség STRF.ru
2008-ban 939 pályázat érkezett be az „Élő rendszerek” témakörbe történő témafejlesztésre (összehasonlításképpen: a program összesen 3180),
– a pályázatra 396 jelentkezés érkezett (összesen 1597),
– 179 versenyt rendeztek (összesen 731)
– 23 szakosztály szervezete (összesen 36) vett részt a versenyeken, közülük 17 nyert
– 179 szerződést kötöttek (összesen 731)
– A mai napig 120 szerződés (összesen 630)
– 346 szervezet (összesen 842) küldött pályázatot élő rendszerek témakörének kidolgozására
– A versenyre vezető pályázatként 254 szervezet (összesen 806) nyújtott be pályázatot
– A pályázatra 190 szervezet nyújtott be pályázatot társlebonyolítóként (összesen 636)
– átlagos verseny a telkekért az irányban 2212 (a program átlaga – 2185)
– a 2008-as szerződéses költségvetés 1041,2 millió rubelt tett ki. (a program teljes költségvetésének 21,74%-a)

A növekedés dinamikája és a finanszírozás elosztása az élő rendszerek területén a 2002–2006-os szövetségi tudományos és műszaki célprogram és a 2007–2012-es szövetségi célprogram keretében:
2005 – 303 szerződés, 1168,7 millió rubel. (100%)
2006 – 289 szerződés, 1227,0 millió rubel. (105%)
2007 – 284 szerződés, 2657,9 millió rubel. (227%)
2008 - 299 szerződés, 3242,6 millió rubel. (277%)

A tudományok nem jönnek létre maguktól, nem azért, mert valaki egyszerűen „érdekből” találja ki őket. Bármely tudomány annak eredményeként jelenik meg, hogy az emberiségnek meg kell oldania bizonyos problémákat, amelyek a fejlődése során merültek fel. Ez alól a biológia sem kivétel, az emberek számára nagyon fontos problémák megoldása kapcsán is felmerült. Ezek egyike mindig is az élő természetben az élelmiszer-előállítással összefüggő folyamatok mélyebb megértése volt, vagyis a növények és állatok életének sajátosságainak, az ember hatására bekövetkező változásainak ismerete, a megbízható, ill. egyre gazdagabb termés. A probléma megoldása a biológia fejlődésének egyik alapvető oka.

Egy másik, nem kevésbé fontos „tavasz” az emberi biológiai jellemzők tanulmányozása. Az ember az élő természet fejlődésének terméke. Életünk minden folyamata hasonló a természetben előfordulóhoz. Ezért csak a biológiai folyamatok mély megértése szolgál az orvostudomány tudományos alapjául. A tudat megjelenése, amely óriási előrelépést jelent az anyag önismeretében, szintén nem érthető meg az élő természet mélyreható kutatása nélkül, legalább két irányban - az agy, mint gondolkodási szerv megjelenése és fejlődése (a rejtvény) a gondolkodás továbbra is megoldatlan) és a szocialitás, a közélet megjelenése.

Az élelmiszer-termelés fokozása és az orvostudomány fejlődése fontos, de nem az egyetlen probléma, amely évezredek óta meghatározza a biológia mint tudomány fejlődését. A vadon élő állatok számos, az emberiség számára szükséges anyag és termék forrása. Ismernie kell tulajdonságaikat a helyes használathoz, tudnia kell, hol keresse őket a természetben, és hogyan szerezze be. Az ilyen ismeretek kezdeti forrása sok tekintetben a biológia. De ez nem meríti ki a biológiai tudományok jelentőségét.

A 20. században A Föld lakossága annyira megnövekedett, hogy az emberi társadalom fejlődése meghatározó tényezővé vált a Föld bioszféra fejlődésében. Mára világossá vált, hogy az élő természet nemcsak táplálékforrás és számos szükséges termék, anyag, hanem magának az emberiségnek a létfeltétele is. A vele való kapcsolatunk sokkal szorosabbnak és élettelibbnek bizonyult, mint azt a 20. század elején gondolták.

Például a levegő ugyanolyan kimeríthetetlen és állandó természeti erőforrásnak tűnt, mint mondjuk a napfény. Valójában ez nem igaz. A légkör általunk megszokott minőségi összetétele, 20,95% oxigén és 0,03% szén-dioxid, az élőlények tevékenységének származéka: a növények légzése és fotoszintézise, ​​az elhalt szerves anyagok oxidációja. A levegőben lévő oxigén csak a növények életének eredményeként keletkezik. A Föld fő oxigéngyárai a trópusi erdők és az óceáni algák. De manapság, amint azt a megfigyelések mutatják, a Föld légkörében lévő szén-dioxid mennyisége folyamatosan növekszik, mivel hatalmas mennyiségű szén szabadul fel az olaj, gáz, szén, fa elégetésekor, valamint más antropogén folyamatok során. 1958-tól 1980-ig a Föld légkörében lévő szén-dioxid mennyisége 4%-kal nőtt. A század végére a tartalma több mint 10%-kal emelkedhet. A 70-es években XX század a növényi tevékenység következtében a légkörbe kerülő oxigén mennyiségét t/évben, az emberiség éves fogyasztását t/évben becsülték. Ez azt jelenti, hogy már a múltban, a bolygó élőlényeinek több millió éves fejlődése során felhalmozott oxigéntartalékokból élünk.

Azt, hogy milyen vizet iszunk, pontosabban ennek a víznek a tisztaságát, minőségét is elsősorban az élő természet határozza meg. Tisztítóberendezéseink csak befejezik azt a hatalmas, számunkra láthatatlan folyamatot, amely a természetben zajlik: a talajban vagy a tározóban lévő víz többszörösen áthalad a gerinctelen állatok számtalan testén, kiszűri őket, és a szerves és szervetlen szennyeződésektől megszabadítva azzá válik. ahogy a folyókban, tavakban és forrásokban ismerjük.

Így a Föld levegőjének és vízének minőségi összetétele az élő szervezetek létfontosságú tevékenységétől függ. Hozzá kell tenni, hogy a talaj termékenysége - a betakarítás alapja - a talajban élő élőlények létfontosságú tevékenységének eredménye: hatalmas számú baktérium, gerinctelen, alga.

Az emberiség nem létezhet élő természet nélkül. Ezért létfontosságú, hogy „működőképes állapotban” tartsuk.

Sajnos ezt nem olyan egyszerű megtenni. A bolygó teljes felszínének emberi feltárása, a mezőgazdaság, az ipar fejlődése, az erdőirtás, a kontinensek és az óceánok szennyeződése következtében egyre több növény-, gomba- és állatfaj tűnik el a Föld színéről. Egy eltűnt fajt nem lehet helyreállítani. Több millió éves evolúció eredménye, és egyedi génállománya van – az örökletes információ egyedi kódja, amely meghatározza az egyes fajok egyedi tulajdonságait. Egyes becslések szerint a 80-as évek elején. A világon átlagosan naponta egy állatfaj pusztult el, 2000-re ez az arány óránként egy fajra nőhet. Hazánkban átlagosan 3,5 évente tűnik el egy-egy gerinces állatfaj. Hogyan változtathatunk ezen a tendencián, és hogyan térhetünk vissza arra az evolúciósan indokolt útra, hogy a teljes „életösszeget” folyamatosan növeljük ahelyett, hogy csökkentenünk? Ez a probléma az egész emberiséget érinti, de biológusok munkája nélkül lehetetlen megoldani.

Képletesen szólva, a modern biológia egy hatalmas, többszintes épület, amely több ezer „szobát” tartalmaz - irányokat, tudományágakat, teljes független tudományokat. Csak felsorolásuk több tucat oldalt vehet igénybe.

A biológia épületében mintegy négy fő „emelet” van, amelyek megfelelnek az élő anyag szerveződésének alapvető szintjei. Az első „emelet” molekuláris genetikai. Az élőlények tanulmányozásának tárgya itt az örökletes információ egységei (gének), azok változásai - mutációk, valamint az örökletes információ továbbításának folyamata. A második „emelet” az ontogenetikai, vagyis az egyedfejlődés szintje. Az ezen az „padlón” zajló eseményeket még mindig a legkevésbé tanulmányozzák a biológiában. Itt egy titokzatos folyamat játszódik le, amely meghatározza, hogy a megfelelő helyen, a megfelelő időben jelenjen meg, minek kell megjelennie az egyes egyedek normális fejlődése során - egy láb vagy egy állatban egy szem, egy növényben egy levél vagy kéreg. A következő „szint” a populáció-fajszint. Az elemi egységek ezen a szinten a populációk, azaz egyazon faj egyedeinek viszonylag kicsi, régóta létező csoportjai, amelyeken belül megtörténik az örökletes információcsere. Az elemi jelenségek itt a populációk genotípusos összetételének visszafordíthatatlan változásai és végső soron eltérő alkalmazkodások és új fajok megjelenése. Az utolsó, negyedik „emeleten” különböző léptékű ökológiai rendszerekben zajlanak folyamatok - sok faj összetett közösségeiben, egészen a bioszféra folyamatok egészéig. E közösségek elemi struktúrái a biogeocenózisok, az elemi jelenségek pedig a biogeocenózis egyik dinamikus egyensúlyi állapotból a másikba való átmenete, ami végső soron az egész bioszféra egészének megváltozásához vezet. Minden szintnek megvannak a maga törvényei, de az egyes szinteken előforduló események szorosan kapcsolódnak más szinteken zajló eseményekhez.

Az elmúlt évtizedekben a molekuláris biológia valamelyest előrelépett (az ezen a területen foglalkoztatott tudósok számát és a különböző országokban e kutatási terület fejlesztésére elkülönített pénzeszközöket tekintve). Figyelemreméltó eredmények születtek, a tisztán elméletitől (a genetikai kód megfejtése és az első mesterséges gének szintézise) egészen a gyakorlatiakig (például a génsebészet fejlesztése). A populációbiológia mostanra kezd rohamosan fejlődni, ami lehetővé teszi számos modern probléma sikeres megoldását, amelyek a növekvő emberi populációhoz szükséges élelmiszertermékek termelésének növelésével, a gyorsan eltűnő élőlényfajok megőrzésével kapcsolatosak, számos, az emberi szervezettel összefüggő probléma. az átmenet grandiózus feladata egy egyre nagyobb és nagyobb népesség evolúciós fejlődésének irányítására.több típus. Nincs messze a kutatás bioszféra „padlójának” intenzív fejlesztése.

Nem szabad azt gondolni, hogy a biológusok a klasszikus területeken - állattan, botanika, morfológia, fiziológia, szisztematika és mások - már mindent megtettek. Itt még sok a tennivaló. Tudta-e, hogy a bolygónkon élő élőlények kevesebb mint felét írták le tudományosan (pontos leírásokat és tudományos nevet adnak) – mindössze körülbelül 4,5 millió fajt, és egyes becslések szerint nem több, mint egyharmada vagy akár egy negyedük? Még hazánkban is, amely főként mérsékelt éghajlati övezetben található, és nem különbözik a szerves formák sokféleségétől, a tudósok évente több tucat új fajt (főleg gerincteleneket) fedeznek fel.

Hát nem lenyűgöző a paleontológusok kutatása, akik fosszilis élőlények szétszórt maradványait felhasználva újrateremtik a régen kihalt állatok megjelenését, rekonstruálják az elmúlt korok természetét, és kiderítik a szerves világ fejlődési útjait?

És itt várják a kutatókat a legérdekesebb leletek. Milyen szenzációs volt például a legrégebbi atommag előtti kövületek felfedezése több mint 3 milliárd éves kőzetekben! Ez azt jelenti, hogy már akkor is létezett élet a Földön. A genetikusok, zoológusok, botanikusok, biokémikusok, fiziológusok stb. munkája nem kevésbé lenyűgöző és tele van felfedezésekkel.

Egyre többen vagyunk a Földön, és egyre jobban szeretnénk élni. Ezért a társadalom fejlődéséhez egyre több nyersanyagra és változatos termékekre van szükség. Ebből adódik az a hatalmas feladat, hogy az egész nemzetgazdaságot intenzívebbé kell tenni, beleértve a biológiához kapcsolódó ágazatokat is, elsősorban a mezőgazdaságot, az erdőgazdálkodást, a vadászatot és a halászatot. De nem csak ezek az iparágak. Hazánkban például létrejött és sikeresen fejlődik a mikrobiológiai ipar - a nemzetgazdaság hatalmas ága, amely élelmiszereket és takarmányokat (állat- és baromfiállomány, tenyésztett hal stb.), a legújabb gyógyszereket és gyógyszereket, és még a különféle ásványi anyagok kinyerését is segíti. Elindult és már meg is hozza első gyümölcseit a nemzetgazdaság egy másik biológiai ága - a biotechnológia, amely a fizikai-kémiai (molekuláris) biológia által felfedezett folyamatok és struktúrák felhasználásán alapul az emberiség számára szükséges anyagok és termékek létrehozására. A biológia tudományok legfontosabb területeinek fejlődését, gyakorlati kapcsolatának bővítését az orvostudománysal és a mezőgazdasággal a „Szovjetunió gazdasági és társadalmi fejlődésének fő irányai 1986-1990 és a 2000-ig tartó időszakra” című c. az SZKP XXVII.

Az intenzitás a természeti erőforrások megszorítását és megőrzését is jelenti a fejlődő társadalom érdekében. Az élő természeti erőforrások figyelemre méltó tulajdonsága a megújuló képességük, az élő szervezetek szaporodásának eredményeként történő helyreállítási képessége. Ezért az élő természeti erőforrások felhasználásának intenzívebbé tételével biztosítható és szükséges, hogy meghatározatlan ideig szolgáljanak bennünket. Ez a természet élőerőinek valós gazdaságos, gazdaságos felhasználásának és fenntartásának megszervezésével valósítható meg. Sok tudós dolgozik ezen problémák megoldásán. Mindezekre a kérdésekre nagy figyelmet fordít a párt és a kormány. Az SZKP Program (új kiadás) kimondja: „A Párt szükségesnek tartja a környezetgazdálkodás feletti ellenőrzés megerősítését és a lakosság környezeti nevelésének szélesebb körű kiterjesztését.”

Amikor felmerült e könyv megalkotásának ötlete, a szerzők csapatának egyik fő feladata az volt, hogy beszéljenek a modern biológia fontos és érdekes vonásairól, arról, hogy mi történt már a különböző területein, és milyen megoldatlan problémákkal küzdenek a biológusok. arc. A tankönyv megismétlése nélkül, hanem a biológia iskolai tantervének ismereteire támaszkodva szerettük volna bemutatni, min dolgoznak a biológusok laboratóriumokban és expedíciókon. A szótár számos esszét is tartalmaz hazánk és más országok kiváló biológusairól. Tudományos elődeink munkájának köszönhetjük azt a tudást, amivel ma rendelkezünk.

Néhány szó arról, hogyan kell olvasni ezt a könyvet. A szövegben gyakran találhat dőlt betűs szavakat. Ez azt jelenti, hogy a szótárban külön cikk található erről a fogalomról. A könyv végén található betűrendes tárgymutató segít eligazodni a szótár tartalmában. Feltétlenül vessen egy pillantást az ajánlott olvasmányok listájára.

Reméljük, hogy az „Egy fiatal biológus enciklopédikus szótára” segít sok új és lenyűgöző dolgot megtanulni az élő természetről, választ talál kérdéseire, valamint felébreszti és felkelti az érdeklődést az élőlények csodálatos tudománya - a biológia - iránt.

A fizikai és matematikai tudományok doktora, Alexander Pechen a fizika és a kapcsolódó tudományok legígéretesebb területeit ismertette a Lenta.ru-nak a fiatal tudósok legnagyobb díja, a National Blavatnik Award eredményei alapján. Jelenleg Pechen a V.A. Matematikai Intézet vezető kutatója és tudományos titkára. Steklov Orosz Tudományos Akadémia, a Moszkvai Állami Egyetem Fizikai Karán tanult, a Princeton Egyetemen dolgozott, és az első oroszok egyike lett, aki 2009-ben megkapta a Blavatnik-díjat.

fő téma

Fotó: Jens Kalaene / ZB / Global Look

A fotonika a fény felhasználásának lehetőségeit kutatja információk továbbítására, tárolására, feldolgozására, mikroobjektumok (sejtek, makromolekulák) és kvantumrendszerek (egyedi atomok) vezérlésére. A fotonika alapú technológiák felgyorsíthatják vagy energiahatékonyabbá tehetik az információk továbbítását, tárolását és feldolgozását. Ez fontos például az adatközpontok számára, amelyek ma a legnagyobb energiafogyasztók az Egyesült Államokban. A modulált fény és a mesterségesen előállított, különleges optikai tulajdonságokkal rendelkező, a természetben nem fellelhető anyagok a lézer- és fotokémia alapját képezik, valamint olyan érdekességek, mint a „láthatatlanná tevő köpeny” és az optikai csipesz.

A fotonika gyakorlati alkalmazásai

Fotó: Tachi Laboratory, a Tokiói Egyetem

A metaanyagok a mesterséges anyagok új osztálya, különleges optikai tulajdonságokkal, amelyek lehetővé teszik a tárgyak elrejtését és láthatatlanná tételét. Elméletileg az ilyen anyagokat először Viktor Veselago szovjet fizikus tanulmányozta.

Jelenleg az ilyen anyagok aktív fejlesztése folyik. Például 2009-ben a fizikusok láthatatlan szőnyegeket fedeztek fel az infravörös fény számára.

Az optikai csipeszek egy olyan eszköz, amely lehetővé teszi mikroszkopikus tárgyak lézerfénnyel történő manipulálását, például egyes sejtek és fehérjemolekulák rendezését és mozgatását.

A Leonyid Blavatnik orosz-amerikai milliárdos által alapított díjat az Egyesült Államokban dolgozó, 42 év alatti kutatóknak ítélik oda. Az összeg - 250 ezer dollár - lehetővé teszi, hogy a fiatal tudósok Nobel-díjának egyfajta analógjának tekintsük. Az Egyesült Államokban díjazták az idei díjazottakat, és szimpóziumot tartottak korunk legígéretesebb tudományos irányzatainak szentelve.

Jelöltek

A díjat három kategóriában ítélik oda: „élettudományok” (biológia, orvostudomány, neurobiológia stb.), „fizikai és mérnöki tudományok”, „kémia”. 2015-ben 147 amerikai intézmény és egyetem közel 300 jelöltjét jelölték. Körülbelül tíz döntőst választottak ki minden szakterületen. Ezután minden döntős csoportból egy-egy díjazottat választottak ki. Az idei év mindhárom kitüntetettje a Kaliforniai Egyetemről származik: Edward Chang (San Francisco-i Egyetem, Élettudományi Egyetem), Syed Jafar (Irvine-i Egyetem, Fizikai Tudományok) és Christopher Chang (University of Berkeley, Kémia).

Most a fotonikában a kvantumrendszerek, azaz az egyes atomok vagy molekulák vezérlésének új megközelítése alakul ki. (Ez Alexander Pechen tudományos munkáinak fő témája - kb. "Tapes.ru"). A részecskéket hagyományosan változó sugárzási intenzitású lézerrel szabályozzák. Az új módszerek a környezetet használják erre. Hatását a hagyományos rendszerekben szinte soha nem lehet kiküszöbölni, az atomi és molekuláris kvantumrendszerekre pedig romboló hatású. Most azonban figyelembe veszik a külső környezet hatását, és azt használják fel e rendszerek szabályozására.

A kvantumrendszerek vezérlését a kémiai reakciók sebességének lézerekkel történő szabályozására használják, hogy növeljék a kívánt reakciótermék hozamát, és szelektíven megszakítsák a kémiai kötéseket összetett molekulákban, izotóp-szétválasztást lézerrel vagy inkoherens optikai sugárzással. A kvantumvezérlést mind a még kutatás alatt álló kvantumszámításban, mind a gyakorlatban - a mágneses rezonancia képalkotó szkennerek sebességének növelésére - használják.

Kvantumszimulátorok és új anyagok

A kvantumanyagok felhasználhatók kvantummemória-eszközökben, magas hőmérsékletű szupravezetés, kvantumpontokon alapuló biodiagnosztika és lézerindukált grafén alapú szuperkondenzátorok létrehozására.

A biológiai molekulák, kristályok, atommagok és más összetett rendszerek szimulálásához nagyszámú részecske kvantumdinamikáját kell kiszámítani, amely a modern számítástechnikai eszközök számára teljesen elérhetetlen. A kvantumszimulátorok modellkvantumrendszerek, amelyek paraméterei beállíthatók más, gyakorlati érdeklődésre számot tartó komplex rendszerek szimulálására. Valójában a kvantumszimulátorok analóg kvantumszámítógépek.

Orvosi és biotechnológia

Fotó: Robson Fernandjes / Estadao Conteudo / Global Look

Az élettudományok területén a tudósok nagyobb figyelmet fordítanak a telemedicina fejlesztésére - a telekommunikációs technológiák, például az okostelefonok, valamint a különféle orvosi érzékelők használatára a betegségek távoli diagnosztizálására, személyes orvosi látogatás nélkül. Ez az irány volt a legszembetűnőbb a tudományos fejlesztések kommercializálódásának példái között.

Az idegtudomány egyik ígéretes területe azonban az optogenetika, amely az idegsejtek irányítását vizsgálja fényimpulzusok segítségével. A száloptikás fényvezetők és fényérzékeny fehérjék használata nagy pontosságú hatások elérését teszi lehetővé az idegsejteken. Az agy különböző területeinek speciális aktiválásával és leállításával az optogenetika forradalmasította az idegrendszer kutatását az elmúlt években.

Matematikai fizika

A modern elméleti modellek bonyolult matematikai apparátust igényelnek. Nobel-díjat ugyan nem osztanak ki ezen a tudományágon, de vannak kevésbé ismertek, valamint a kapcsolódó területek jelölései. Például Clement Hongler 2014-ben elnyerte a regionális Blavatnik-díjat. Figyelemre méltó, hogy PhD fokozatát az orosz matematikus és a Fields-érmes Stanislav Smirnov irányítása alatt szerezte meg. Hongler új, pontos eredményekről számolt be az Ising-modellben, egy matematikai modellben, amelyet az anyagok mágnesezési folyamatának leírására használnak. Az Ising-modell szolgál alapul a D-Wave-nek, az eddigi legnagyobb kvantumszámítógépnek is, amelyet a D-Wave Systems gyártott. Fenntartást teszek amellett, hogy folytatódjanak a viták arról, hogy ezeket a számítógépeket milyen mértékben kell kvantumnak tekinteni.

Hongler munkája a statisztikai mechanika, a valószínűségszámítás, a komplex elemzés és a kvantumtérelmélet metszéspontjában áll. Ő és szerzőtársai szigorú eredményeket értek el az Ising-modell tanulmányozása során, többek között olyan fontos területen, mint a kritikus Ising-modell és a Belavin, Polyakov és Zamolodchikov konformális térelmélete közötti kapcsolat megteremtése – egy univerzális elmélet, amely a leírni a fizika különböző kritikus jelenségeit, vagyis azokat a helyzeteket, amikor valamely paraméter, például a hőmérséklet enyhe változása a legradikálisabb változáshoz vezet egy fizikai rendszer viselkedésében.

Szintén érdekesek a csillagokhoz nem kötődő vándorbolygókhoz kapcsolódó területek, illetve az új megfigyelő műszerek létrehozása, amelyeket hamarosan üzembe helyeznek a Naprendszeren kívüli bolygók felkutatására és tanulmányozására. Segítenek jelentősen bővíteni ismereteinket az ilyen bolygókkal kapcsolatban, feltárják légkörük kémiai összetételét, meghatározzák a szerves anyagok jelenlétét, és életet keresnek ott.

A kutatás kommercializálása

A jelenlegi trend a tudományos felfedezések kommercializálása. Az említett díjnak szentelt rendezvényen csaknem kéttucat orvosi diagnosztika, energiatárolás és adatelemzés területén tevékenykedő céget alapítottak díjazottak. A Harvard Blavatnik Biomedical Accelerator is fejlődik.

A modern tudomány színvonala lehetővé teszi, hogy az alapkutatásról viszonylag gyorsan áttérjünk az alkalmazott kutatásra, majd a tudományos felfedezéseket a kereskedelmi termékekre alkalmazzuk.