Iné vedy o živote. Najsľubnejšie oblasti vedeckého výskumu Lekárske a biotechnológie
11. júla 2008Vedy o živote(vedy o živote) spájajú rôzne odvetvia biológie, biotechnológie a medicíny. V posledných rokoch je to jedna z priorít svetovej vedy a ekonómie. Výber biologických vied ako prioritnej oblasti rozvoja sa vysvetľuje niekoľkými dôvodmi. Tieto vedy sú základom pre zabezpečenie primárnych potrieb ľudstva.
V prvom rade je to zdravotníctvo. Aby ste sa postarali o zdravie, musíte pochopiť, čo sa deje so zdravým človekom a čo sa deje v patológii. Biologické vedy sa stávajú obzvlášť dôležitými, keďže sa predlžuje dĺžka života: potreba zabezpečiť starším členom spoločnosti zdravú a aktívnu starobu predstavuje nové výzvy pre biológiu a medicínu. Po druhé, rastúca svetová populácia a rastúca prosperita si vyžadujú vývoj nových spôsobov, ako zvýšiť produktivitu poľnohospodárstva, nové odrody rastlín – nielen produktívnejšie, ale aj so zlepšenými spotrebiteľskými vlastnosťami. Po tretie, zvyšujúci sa tlak, ktorý ľudstvo vyvíja na prírodu, si vyžaduje čoraz hlbšie štúdium ekológie a prijatie opatrení na zníženie tejto záťaže – napríklad prostredníctvom metód výroby biopalív, biodegradovateľných plastov, pokrokových poľnohospodárskych postupov, znižovania znečistenia životného prostredia a bioremediácie. – obnova znečistených alebo zničených biocenóz.
Ústredným článkom spájajúcim biologické vedy je biotechnológia v najširšom zmysle slova.
Priorita živých systémov
Osobná identifikácia a spoľahlivá diagnostika chorôb, pestovanie ľudských orgánov a vytváranie plodín s vysokým obsahom vitamínov, tukov a bielkovín, nové vakcíny a lieky – tieto a mnohé ďalšie technológie právom patria do najširšieho priestoru nazývaného „živé systémy“.
Vytvorenie rozvinutej ekonomiky v postindustriálnej spoločnosti nie je možné bez aktualizácie technologickej štruktúry a foriem vedeckej činnosti, ktoré zodpovedajú odchádzajúcemu ekonomickému systému. Jednou z kľúčových úloh nášho štátu je preto formovanie efektívneho a konkurencieschopného sektora vedy a inovácií. Hlavným nástrojom štátu v oblasti rozvoja vedy a techniky je federálny cieľový program „Výskum a vývoj v prioritných oblastiach rozvoja vedecko-technického komplexu Ruska na roky 2007–2012“. V rámci tohto programu štát financuje práce, ktoré zodpovedajú vybraným vedeckým a vedecko-technickým prioritám štátu, medzi ktoré patrí aj „Živé systémy“.
Pomocník STRF.ru:
Práca v prioritnej oblasti „Živé systémy“ sa vykonáva aj v rámci Federálneho cieľového programu „Výskum a vývoj v prioritných oblastiach rozvoja vedecko-technického komplexu Ruska na roky 2007-2012“. V rámci tohto smerovania boli v roku 2008 vyvinuté najmä tieto kritické technológie:
– biomedicínske a veterinárne technológie na podporu života a ochranu ľudí a zvierat;
– biokatalytické, biosyntetické a biosenzorové technológie;
– genomické a postgenomické technológie na výrobu liekov;
– bunkové technológie;
– bioinžinierske technológie.
koncepcia "vedy o živote" nahradil zaužívaný pojem „biologické vedy“ a dal spoločný názov všetkým vedám o živých veciach: zoológii a genetike, botanike a molekulárnej biológii, fyziológii a biochémii, ekológii a medicíne. Každý, kto pracuje v týchto oblastiach, sa zaoberá živými systémami, teda živými organizmami, či už je to človek alebo kvetina, vírus alebo baktéria. Môžeme povedať, že živé systémy sú všetko, čo sa rozmnožuje, dýcha, živí sa a pohybuje.
Nejde však len o zmenu názvu. Pojem „živé systémy“ je aktívnejší, štruktúrovanejší. Odráža systematický prístup k tejto interdisciplinárnej oblasti vedy a poznania, v ktorej pracujú biológovia, chemici, fyzici a matematici. Okrem toho je pojem „živé systémy“ veľmi technologický. Ide nielen o poznanie a objavovanie princípov organizácie živých vecí, ale aj o využitie týchto poznatkov vo forme nových technológií. Tento prístup pozýva rôznych odborníkov, aby spoločne prešli od vedeckej myšlienky k jej praktickej realizácii a využitiu v záujme ľudí.
Osobná identifikácia a spoľahlivá diagnostika chorôb, pestovanie ľudských orgánov a vytváranie plodín s vysokým obsahom vitamínov, tukov a bielkovín, nové vakcíny a lieky – tieto a mnohé ďalšie technológie právom patria do najširšieho priestoru nazývaného „živé systémy“. Výskum a vývoj realizovaný v tejto oblasti naplní náš priemysel špičkovými technológiami, zlepší zdravie a zvýši bezpečnosť ruských občanov. Preto sú živé systémy jednou z hlavných vládnych priorít v oblasti vedy a techniky, ktoré sú aktívne podporované prostredníctvom federálnych cielených programov.
Táto zbierka stručne predstaví čitateľovi koncept technologických platforiem a biotechnológií, ako aj niektoré vývojové trendy popredných ruských vedeckých tímov pracujúcich v prioritnom smere „Živé systémy“.
Pomocník STRF.ru:
Rozdelenie finančných prostriedkov smerom k „Živým systémom“ v rámci Federálneho cieľového programu v roku 2008 podľa regiónov (v miliónoch rubľov):
FEFD – 9 zmlúv, rozpočet 116,5
Volžský federálny okruh - 17 zmlúv, rozpočet 140,1
Severozápadný federálny okruh – 32 zmlúv, rozpočet 156,0
Sibírsky federálny okruh - 34 zmlúv, rozpočet 237,4
Uralský federálny okruh – 1 zmluva, rozpočet 50
Centrálny federálny okruh - 202 zmlúv, rozpočet 2507,8
Južný federálny okruh - 4 zmluvy, rozpočet 34,85
Vedomosti ako technológia
V rozhovoroch o vývoji základného a aplikovaného vývoja v oblasti živých systémov sa čoraz častejšie stretávame s pojmom „technológia“. V modernej, postindustriálnej ekonomike sa technológia chápe ako súbor zdokumentovaných poznatkov pre cieľavedomé činnosti využívajúce technické prostriedky (napríklad organizačné technológie, spotrebiteľské technológie, sociálne technológie, politické technológie). Treba si uvedomiť, že v trhovej ekonomike je technológia ako druh vedomostí tovar. Súbor vedomostí označený týmto pojmom vyvoláva otázky nielen o tom, čo robíme, ale aj o tom, ako a čo je najdôležitejšie, prečo to robíme.
Pri určovaní stratégií rozvoja vedecko-technického komplexu v národnom meradle sa používa pojem „technologická platforma“. Jasná definícia tohto pojmu zatiaľ neexistuje. Už teraz je však zrejmé, že tento pojem zahŕňa súbor poznatkov, metód, materiálno-technickú základňu a kvalifikovaný personál, ktorý sa mení v závislosti od externých objednávok na vedecko-technickú prácu. Prioritný smer „Živé systémy“ možno považovať za kombináciu viacerých technologických platforiem.
Tajomstvá odhalené
Zo živých systémov odvodzujeme technológie, ktoré sú pre prírodu normou života. Používa ich pri zrode, vývoji a smrti akéhokoľvek živého organizmu. Navyše na každej úrovni hierarchie živého systému – genetickej, bunkovej, organizmovej – existuje iný súbor technologických riešení.
Každý živý systém začína hlavnou molekulou života, DNA, ktorá uchováva a prenáša dedičné informácie z generácie na generáciu. DNA možno zhruba rozdeliť na sémantické úseky – gény. Vysielajú príkazy na syntézu určitých bielkovín, ktoré tvoria vlastnosti organizmu a zabezpečujú jeho život. Vedci odhadujú počet génov u ľudí na 20-25 tisíc. Ak sa vyskytnú chyby v génoch, nazývané mutácie, u človeka sa vyvinú vážne choroby. Objem textu „zaznamenaného“ v genóme je identický so súborom denníka Izvestija už 30 rokov.
DNA žije a funguje v bunke. Živá bunka je dokonalosť sama. Vie, ako premeniť zbytočné látky na užitočné, syntetizovať vnútorné lieky pre telo, stavebný materiál a oveľa viac. Každú minútu prebehnú v živej bunke milióny chemických reakcií za tých najobyčajnejších podmienok – vo vodnom prostredí, bez vysokého tlaku a teplôt.
Jedna bunka žije sama o sebe len v jednobunkových organizmoch - baktériách, ale väčšina živých systémov je mnohobunková. Telo dospelého človeka obsahuje v priemere 10 14 buniek. Rodia sa, transformujú, robia svoju prácu a umierajú. No zároveň žijú v harmónii a spolupráci, budujú kolektívne systémy obrany (imunitný systém), adaptácie (regulačný systém) a iné.
Krok za krokom odhaľujeme tajomstvá živých systémov a na základe tohto poznania tvoríme biotechnológie.
Biotechnológia
Biotechnológiu možno definovať ako procesy, v ktorých sa živé systémy alebo ich zložky používajú na výrobu látok alebo iných živých systémov. Živé bytosti sú pôvodné „továrne“, ktoré spracovávajú suroviny (živiny) na širokú škálu produktov potrebných na podporu ich života. A okrem toho sú tieto továrne schopné reprodukovať, to znamená vytvárať ďalšie veľmi podobné „továrne“.
Dnes už vieme veľa o tom, ako sú štruktúrovaní a fungujú „pracovníci“ živých tovární - genóm, bunkové štruktúry, proteíny, samotné bunky a telo ako celok.
Vďaka týmto poznatkom, aj keď ešte neúplným, sa výskumníci naučili manipulovať s jednotlivými prvkami živých systémov – génmi (genomické technológie), bunkami (bunkové technológie) – a vytvárať geneticky modifikované živé organizmy s pre nás užitočnými vlastnosťami (genetické inžinierstvo). Vieme, ako prispôsobiť prírodné „továrne“ na výrobu produktu, ktorý potrebujeme (priemyselná biotechnológia). A navyše geneticky modifikovať tieto továrne tak, aby syntetizovali to, čo potrebujeme.
Takto vytvárame biotechnológie, o ktorých bude reč ďalej. Predtým, ako vám však predstavíme príklady technológií, ktoré už boli dané do služieb človeka, treba povedať pár slov o elegantnom riešení, ktoré dnes pomáha vedcom preniknúť do tajomstiev života a pochopiť mechanizmy živých systémov. Koniec koncov, procesy prebiehajúce v bunke sú neviditeľné a vedecký výskum vyžaduje technológie, pomocou ktorých ich možno vidieť a pochopiť. Mimochodom, toto riešenie je samo o sebe biotechnológia.
Žiariace veveričky
Ak chcete zistiť, ako fungujú gény, musíte vidieť výsledok ich práce, teda proteíny, ktoré sa na ich príkaz syntetizujú. Ako môžeme nájsť presne tie, ktoré hľadáme? Vedci našli metódu, vďaka ktorej sú bielkoviny viditeľné a žiaria v ultrafialovom svetle.
Takéto svietiace bielkoviny sa v prírode nachádzajú napríklad v morských kôrovcoch a medúzach. Počas druhej svetovej vojny Japonci používali ako miestny zdroj svetla prášok z „morskej svetlušky“, kôrovca s lastúrnikom. Keď bol namočený vo vode, jasne žiaril. Práve z tejto morskej svetlušky a medúzy O. Shimomura (Japonsko) koncom 50. rokov 20. storočia prvýkrát izoloval svietiace bielkoviny. To bol začiatok histórie dnes už známeho GFP – zeleného fluorescenčného proteínu. A v roku 2008 dostali O. Shimomura, M. Chelfi a R. Tsien (USA) Nobelovu cenu za chémiu za fluorescenčné proteíny. Pomocou týchto proteínov možno rozžiariť širokú škálu živých predmetov, od bunkových štruktúr až po celé zviera. Fluorescenčná baterka, ktorú bolo možné pripojiť k požadovaným proteínom pomocou genetickej manipulácie, umožnila vidieť, kde a kedy sa tento proteín syntetizuje a do ktorých častí bunky sa posiela. Bola to revolúcia v biológii a medicíne.
Ale červené fluorescenčné proteíny boli prvýkrát objavené v koraloch a iných morských organizmoch dvoma ruskými výskumníkmi - Michailom Matsom a Sergejom Lukyanovom. Teraz máme fluorescenčné proteíny vo všetkých farbách dúhy a ich využitie je veľmi široké: od špičkových biológie a medicíny vrátane onkológie a detekcie jedovatých a výbušných látok až po žiariace akváriové rybičky.
Pod vedením člena korešpondenta Ruskej akadémie vied S. Lukjanova (Ústav bioorganickej chémie Ruskej akadémie vied) vznikla ruská biotechnologická spoločnosť Evrogen, ktorá dodáva vedcom po celom svete viacfarebné fluorescenčné štítky. Dnes je Evrogen jedným z lídrov na svetovom trhu fluorescenčných proteínov pre biologický výskum.
Genetická identifikácia
Všetci sme veľmi odlišní. Vzhľad, charakter, schopnosti, náchylnosť na lieky, averzia k tomu či onému jedlu – to všetko je dané geneticky. Jedinečnosť genómu každého z nás z neho robí spoľahlivý nástroj na identifikáciu identity. Naše gény sú v podstate rovnaké odtlačky prstov, len inej povahy. Metódu DNA identifikácie zaviedol do forenznej praxe britský výskumník Alik Jeffreys v 80. rokoch minulého storočia. Dnes je to už bežný a známy postup na celom svete.
Používa sa aj v Rusku. Činidlá na analýzu však nakupujeme v zahraničí. V Ústave všeobecnej genetiky Ruskej akadémie vied pod vedením člena korešpondenta Ruskej akadémie vied Nikolaja Jankovského vzniká súbor činidiel na identifikáciu ľudskej DNA. Vznik takéhoto domáceho nástroja je veľmi aktuálny, keďže 1. januára 2009 nadobudne účinnosť zákon „O genomickej registrácii“, ktorý Štátna duma Ruskej federácie prijala 19. novembra 2008. Rozvoj našich vedcov nám umožní nielen odmietnuť dovoz, ale dá kriminológom aj pokročilejší nástroj, ktorý na rozdiel od západných analógov pracuje so značne poškodenou DNA. A to je v súdnom lekárstve bežný prípad.
Pomocou tohto nástroja bude vyriešená ďalšia dôležitá spoločenská úloha - vytvorenie banky genetických dát porušovateľov zákona, čím sa zvýši odhaľovanie trestných činov a skráti sa čas vyšetrovania. V Spojenom kráľovstve má genetická databáza ľudí, ktorí sú tak či onak spojení so svetom zločinu, už niekoľko miliónov ľudí.
Metóda identifikácie DNA je obzvlášť dobrá na identifikáciu ľudí, ktorí zomreli vo vojnách, katastrofách a iných okolnostiach. Dnes sa používa aj v Rusku. Najznámejším prípadom je identifikácia pozostatkov poslednej kráľovskej rodiny. Záverečnú fázu tohto veľkého diela – identifikáciu pozostatkov cisárovho syna a dcéry – vykonal profesor Evgeniy Rogaev, vedúci oddelenia genomiky Ústavu všeobecnej genetiky Ruskej akadémie vied.
Nakoniec ďalšou oblasťou použitia metódy identifikácie DNA je stanovenie otcovstva. Výskumy ukazujú, že niekoľko percent zákonných otcov nie je biologických. Otcovstvo sa dlho zisťovalo rozborom krvi dieťaťa a rodiča – zisťovala sa krvná skupina a Rh faktor a údaje sa porovnávali. Táto metóda však bola vo svojej podstate nespoľahlivá, ako vedci teraz chápu, a spôsobila veľa chýb, ktoré viedli k osobným tragédiám. Použitie DNA identifikácie zvýšilo presnosť analýzy na takmer 100%. Dnes je táto technika na určenie otcovstva dostupná v Rusku.
Genetická diagnostika
Urobiť kompletnú analýzu genómu jedného človeka v súčasnosti stojí obrovské množstvo peňazí – dva milióny dolárov. Je pravda, že o desať rokov, ako sa technológie zlepšujú, sa predpokladá, že cena klesne na tisíc dolárov. Ale je možné nepopísať všetky gény. Často stačí vyhodnotiť prácu iba určitých skupín génov, ktoré sú kritické pre výskyt rôznych ochorení.
Genetická diagnostika si vyžaduje špeciálne prístroje, miniatúrne, rýchle a presné. Tieto zariadenia sa nazývajú biočipy. Prvý svetový patent na biočipy na určovanie štruktúry DNA má Rusko – pomenovaný tím akademika Andreja Mirzabekova z Ústavu molekulárnej biológie. V.A. Engelhardt RAS. Potom, koncom 80-tych rokov minulého storočia, Mirzabekov tím vyvinul technológiu mikromatrice. Neskôr sa začali nazývať biočipy.
Biologické mikročipy sú malá doštička zo skla alebo plastu, na povrchu ktorej je veľa buniek. Každá z týchto jamiek obsahuje marker pre jednu alebo druhú časť genómu, ktorú je potrebné vo vzorke detegovať. Ak sa vzorka krvi pacienta nakvapká na biočip, môžeme zistiť, či obsahuje to, čo hľadáme – zodpovedajúca jamka bude svietiť vďaka fluorescenčnej nálepke.
Skúmaním použitého biočipu môžu výskumníci diagnostikovať predispozíciu k určitým chorobám, ako aj odhaliť nebezpečné vírusy v krvi pacienta, napríklad tuberkulózu alebo hepatitídu C. Vírus totiž nie je nič iné ako časť cudzej DNA. v proteínovom obale. Vďaka novej technike sa doba zložitých laboratórnych analýz biologických materiálov skrátila z niekoľkých týždňov na jeden deň.
Biologické mikrobiočipy dnes vyvíjajú desiatky spoločností v Európe a USA. Ruské biočipy však úspešne odolávajú konkurencii. Jedna analýza pomocou testovacieho systému Biochip-IMB stojí iba 500 rubľov, zatiaľ čo použitie zahraničného analógu stojí 200–500 USD.
A Ústav molekulárnej biológie Ruskej akadémie vied začal certifikovať biočipy, ktoré detegujú typy vírusu hepatitídy C u pacienta. Trhový potenciál novej technológie je obrovský. Pomocou tradičných testov sa totiž v každom treťom prípade nedá zistiť, do akej odrody nájdený vírus patrí. Teraz je tento problém vyriešený.
Pomocou DNA diagnostiky môžete nielen identifikovať choroby a predispozície k nim, ale aj upraviť každodennú stravu. Napríklad, či zaradiť plnotučné mlieko alebo nie. Faktom je, že u mnohých ľudí plnotučné mlieko spôsobuje nevoľnosť, hnačku a celkovú nevoľnosť. K tomu dochádza v dôsledku nedostatku enzýmu, ktorý štiepi mliečny cukor – laktózu. Z tohto dôvodu vznikajú v tele problémy. A prítomnosť enzýmu je určená geneticky. Podľa genetických štúdií tretina až polovica dospelých u nás (v závislosti od regiónu) nie je schopná stráviť plnotučné mlieko. Školská strava však stále vyžaduje pohár mlieka denne pre každé dieťa. Pomocou diagnostického testu DNA vyvinutého v Ústave všeobecnej genetiky Ruskej akadémie vied je ľahké určiť, komu možno plnotučné mlieko odporučiť a komu nie. To je cieľom projektu „Zachovanie zdravia zdravých ľudí“, ktorý realizuje Ruská akadémia vied spolu so správou regiónu Tambov.
Génová terapia
Genetická diagnostika buduje základy medicíny budúcnosti. Ale medicína nie je len diagnóza, je to aj liečba. Môžeme opraviť chybné gény v živom organizme alebo ich nahradiť úplnými v tých ťažkých prípadoch, keď je tradičná liečba bezmocná? Presne túto úlohu si kladie génová terapia.
Podstata génovej terapie je slovami jednoduchá: je potrebné buď „opraviť“ pokazený gén v bunkách tých tkanív a orgánov, kde nefunguje, alebo dodať do tela pacienta plnohodnotný gén, ktorý môžu syntetizovať in vitro. Dnes bolo vyvinutých niekoľko metód na zavedenie nových génov do buniek. To zahŕňa dodávanie génov pomocou neutralizovaných vírusov, mikroinjekciu genetického materiálu do bunkového jadra, vystreľovanie buniek zo špeciálnej pištole drobnými zlatými čiastočkami, ktoré na svojom povrchu nesú zdravé gény atď. V oblasti praktická génová terapia. Existujú však jasné a vtipné objavy, a to aj v ruských laboratóriách.
Jeden z týchto nápadov, určený na liečbu rakoviny, možno nazvať „trójskym koňom“. Jeden z génov herpes vírusu sa zavádza do rakovinových buniek. Do určitého času sa tento „trójsky kôň“ neprejaví. Ale akonáhle sa do tela pacienta dostane liek široko používaný na liečbu herpesu (ganciklovir), gén začne fungovať. V dôsledku toho sa v bunkách vytvára extrémne toxická látka, ktorá ničí nádor zvnútra. Ďalšou možnosťou génovej terapie rakoviny je dodanie génov do rakovinových buniek, ktoré spustia syntézu takzvaných „samovražedných“ proteínov, čo vedie k „samovražde“ rakovinových buniek.
Technológiu na dodávanie génov do rakovinových buniek vyvíja veľký tím vedcov z Ústavu bioorganickej chémie pomenovaného po ňom. M.M. Shemyakin a Yu.A. Ovchinnikov RAS, Ruské onkologické výskumné centrum RAMS, Ústav molekulárnej genetiky RAS, Ústav génovej biológie RAS. Prácu vedie akademik Evgeniy Sverdlov. Hlavným zameraním projektu je vytvorenie liekov proti rakovine pľúc (prvé miesto v úmrtnosti) a rakovine pažeráka (siedme miesto). Vytvorené metódy a návrhy však budú užitočné v boji proti akémukoľvek druhu rakoviny, ktorých je viac ako sto. Po potrebných klinických skúškach, ak budú úspešné, vstúpia lieky do praxe v roku 2012.
Diagnóza rakoviny
Problémom rakoviny sa zaoberá veľké množstvo vedeckých tímov v Rusku a na celom svete. Je to pochopiteľné: rakovina každoročne zožne o niečo menšiu smrteľnú úrodu ako kardiovaskulárne ochorenia. Úlohou vedcov je vytvoriť technológie, ktoré umožnia odhaliť rakovinu v najskorších štádiách a cielene ničiť rakovinové bunky, bez vedľajších účinkov pre organizmus. Včasná a rýchla diagnostika, keď analýza trvá len niekoľko hodín, je mimoriadne dôležitá pre tradičnú liečbu rakoviny. Lekári vedia, že je ľahšie zničiť chorobu v zárodku. Preto kliniky po celom svete potrebujú diagnostické technológie, ktoré spĺňajú tieto požiadavky. A tu prichádza na pomoc výskumníkom biotechnológia.
Nový prístup k včasnej a rýchlej diagnostike rakoviny ako prvý na svete navrhol Alexander Chetverin z Inštitútu proteínov Ruskej akadémie vied. Podstatou metódy je identifikovať v krvi tie molekuly mRNA, ktoré odstraňujú informácie z príslušných častí genómu a nesú príkaz na syntézu rakovinových proteínov. Ak sú takéto molekuly prítomné vo vzorke krvi pacienta, potom je možné stanoviť diagnózu rakoviny. Problémom však je, že týchto molekúl je vo vzorke krvi veľmi málo, zatiaľ čo iných je veľa. Ako nájsť a rozoznať tie jednotlivé exempláre, ktoré potrebujeme? Tento problém vyriešil tím vedcov pod vedením A. Chetverina.
Výskumníci sa naučili množiť vyhľadávané, no neviditeľné molekuly markerov rakovinových buniek pomocou takzvanej polymerázovej reťazovej reakcie (PCR).
Výsledkom je, že z jednej neviditeľnej molekuly vyrastajú celé molekulárne kolónie, ktoré už možno vidieť pod mikroskopom. Ak vzorka krvi pacienta (povedzme jeden mililiter) obsahuje aspoň jednu rakovinovú bunku a jednu markerovú molekulu, potom je možné odhaliť začínajúce ochorenie.
Analýza môže byť vykonaná za pár hodín a stojí niekoľko tisíc rubľov. Ak ho však používate hromadne, napríklad počas ročnej preventívnej lekárskej prehliadky, cena môže klesnúť na 300–500 rubľov.
Liečba rakoviny
V oblasti liečby rakoviny existuje aj niekoľko nových prístupov, ktoré sa opierajú o biotechnológiu. Jedným z nich je použitie špecifických protilátok ako protirakovinových činidiel.
Protilátky sú proteínové molekuly produkované bunkami imunitného systému. V skutočnosti ide o chemickú zbraň, ktorú naše telo používa v boji proti všetkým druhom vírusov, ako aj degenerovaným bunkám nášho vlastného tela – rakovinovým bunkám. Ak si imunitný systém sám nevie poradiť s rakovinou, potom sa mu dá pomôcť.
Vedci z Laboratória molekulárnej imunológie (Ústav bioorganickej chémie Ruskej akadémie vied) pod vedením člena korešpondenta Ruskej akadémie vied Sergeja Deeva konštruujú novú generáciu protilátok, ktoré rozpoznajú cieľ a zničia ho. Tento prístup je založený na princípe takzvanej „magickej strely“, ktorá vždy a presne nájde svoju obeť. Protilátky sa na túto úlohu dokonale hodia. Jedna časť ich molekuly slúži ako „anténa“, ktorá smeruje na cieľ – povrch rakovinovej bunky. A na chvost protilátky môžu byť pripojené rôzne škodlivé látky - toxíny, organické molekuly, rádioaktívne izotopy. Majú rôzne účinky, ale všetky nakoniec zabijú nádor.
Rakovinové bunky môžu byť tiež zničené takmer prirodzene. Stačí spustiť mechanizmus programovanej bunkovej smrti, druhu samovraždy, ktorú poskytuje príroda. Vedci to nazývajú apoptóza. Samovražedný mechanizmus spúšťajú vnútrobunkové enzýmy, ktoré ničia proteíny vo vnútri bunky a samotnú DNA. Bohužiaľ, rakovinové bunky sú úžasne odolné, pretože sú schopné potlačiť svoje samovražedné „nálady“. Problémom je, že týchto enzýmov je v rakovinových bunkách veľmi málo, takže je ťažké spustiť apoptózu.
Aj tento problém sa však dá vyriešiť. Na spustenie samovražedného mechanizmu navrhujú sibírski vedci otvorenie membrán bunkových štruktúr, napríklad mitochondrií. Potom bunka nevyhnutne zomrie. Ústav bioorganickej chémie Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied, Štátne vedecké centrum „Vector“ (dedina Koltsovo), Mestská pľúcna chirurgická nemocnica (Novosibirsk), Vedecká a výrobná nadácia „Medical Technologies“ (Kurgan), a Výskumný ústav klinickej a experimentálnej imunológie Ruskej akadémie lekárskych vied (Novosibirsk) sa podieľajú na tomto veľkom projekte. Vedci spoločne vybrali látky, ktoré dokážu otvárať membrány bunkových štruktúr a vyvinuli metódu na dodanie týchto látok do rakovinovej bunky.
Vakcíny
Naše poznatky o imunitnom systéme zvierat sa dajú využiť nielen pri liečbe rakoviny, ale aj akýchkoľvek infekčných ochorení. Proti väčšine chorôb získavame imunitu „dedičstvom“, proti iným získavame imunitu tým, že trpíme chorobou spôsobenou novou infekciou. Ale imunita sa dá aj trénovať – napríklad očkovaním.
Účinnosť očkovania prvýkrát preukázal pred viac ako 200 rokmi lekár Edward Jenner, ktorý dokázal, že človek, ktorý mal kravské kiahne, sa stal voči kiahňam imúnny. Odvtedy sa mnohé choroby dostali pod kontrolu lekárov. Od čias Pasteura sa na vakcíny používali oslabené alebo usmrtené vírusy. To však prináša obmedzenia: neexistuje žiadna záruka, že vakcína je úplne bez aktívnych vírusových častíc, práca s mnohými z nich si vyžaduje veľkú opatrnosť, skladovateľnosť vakcíny závisí od podmienok skladovania.
Tieto ťažkosti možno prekonať pomocou metód genetického inžinierstva. S ich pomocou môžete vyrábať jednotlivé zložky baktérií a vírusov a potom ich podávať pacientom - ochranný účinok nebude horší ako pri použití bežných vakcín. Prvými vakcínami získanými pomocou genetického inžinierstva boli vakcíny pre zvieratá – proti slintačke a krívačke, besnote, úplavici a iným ochoreniam zvierat. Prvou geneticky upravenou vakcínou pre ľudí bola vakcína proti hepatitíde B.
Na väčšinu infekcií dnes vieme vyrobiť vakcíny – klasické alebo geneticky upravené. Hlavný problém je spojený s morom dvadsiateho storočia - AIDS. Očkovanie mu robí dobre. Koniec koncov, posilňuje imunitný systém a núti telo produkovať viac imunitných buniek. V týchto bunkách žije a množí sa vírus ľudskej imunodeficiencie (HIV), ktorý spôsobuje AIDS. Inými slovami, dávame mu ešte viac príležitostí – infikovať nové, zdravé bunky imunitného systému.
Výskum hľadania vakcín proti AIDS má dlhú históriu a je založený na objave, ktorý v 70. rokoch minulého storočia urobili budúci akademici R. V. Petrov, V. A. Kabanov a R. M. Khaitov. Jeho podstatou je to polyelektrolyty (nabité polymérne molekuly, ktoré sú rozpustné vo vode) interagujú s bunkami imunitného systému a indukujú ich, aby intenzívne produkovali protilátky. A ak sa napríklad jeden z proteínov, ktoré tvoria obal vírusu, pripojí k molekule polyelektrolytu, aktivuje sa imunitná odpoveď proti tomuto vírusu. Mechanizmus účinku tejto vakcíny je zásadne odlišný od všetkých vakcín, ktoré boli predtým na svete vytvorené.
Prvým na svete a zatiaľ jediným polyelektrolytom, ktorý je dovolené vpraviť do ľudského tela, bol polyoxidonium. Potom boli na polymér „prišité“ proteíny vírusu chrípky. Výsledkom bola vakcína „Grippol“, ktorá už takmer 10 rokov chráni milióny ľudí v Rusku pred vírusovou infekciou.
Dnes sa rovnakou metódou vytvára vakcína proti AIDS. Proteín charakteristický pre vírus AIDS bol naviazaný na polyelektrolyt. Výsledná vakcína bola úspešne testovaná na myšiach a králikoch. Na základe výsledkov predklinických testov bolo Ústavu imunológie Ruskej akadémie vied udelené povolenie vykonávať klinické skúšky za účasti dobrovoľníkov. Ak sú všetky štádiá testovania lieku úspešné, môže sa použiť nielen na prevenciu infekcie HIV, ale aj na liečbu AIDS.
Lieky darované biotechnológiami
Lieky stále zostávajú hlavným nástrojom lekárskej praxe. Možnosti chemického priemyslu, ktorý vyrába leví podiel liekov, sú však obmedzené. Chemická syntéza mnohých látok je zložitá a často nemožná, ako napríklad syntéza veľkej väčšiny bielkovín. A tu prichádza na pomoc biotechnológia.
Výroba liekov pomocou mikroorganizmov má dlhú históriu. Prvé antibiotikum, penicilín, bolo izolované z plesní v roku 1928 a jeho priemyselná výroba sa začala v roku 1940. Po penicilíne boli objavené ďalšie antibiotiká a začala sa ich masová výroba.
Mnoho liekov na báze ľudských bielkovín sa dalo dlho získať len v malom množstve, ich výroba bola veľmi drahá. Genetické inžinierstvo dalo nádej, že sortiment proteínových liekov a ich počet sa prudko zvýši. A tieto očakávania boli oprávnené. Do lekárskej praxe sa dostalo už niekoľko desiatok liekov získaných biotechnologickými prostriedkami. Podľa odborníkov sa ročný objem globálneho trhu s liekmi na báze proteínov vytvorených genetickým inžinierstvom zvyšuje o 15 % a do roku 2010 bude predstavovať 18 miliárd dolárov.
Najvýraznejším príkladom práce našich biotechnológov v tejto oblasti je geneticky upravený ľudský inzulín, ktorý sa vyrába v Ústave bioorganickej chémie pomenovanom po ňom. M.M.Shemyakin a Yu.A.Ovchinnikov RAS. Inzulín, teda hormón s bielkovinovou štruktúrou, reguluje rozklad cukru v našom tele. Dá sa extrahovať zo zvierat. To robili predtým. Ale aj inzulín z pankreasu ošípaných – zvierat, ktoré sú nám biochemicky najbližšie – sa predsa len mierne líši od ľudského inzulínu.
Jeho aktivita v ľudskom tele je nižšia ako aktivita ľudského inzulínu. Náš imunitný systém navyše netoleruje cudzie proteíny a robí všetko pre to, aby ich odmietal. Preto môže injikovaný bravčový inzulín zmiznúť skôr, ako stihne mať terapeutický účinok. Problém vyriešila technológia genetického inžinierstva, ktorá sa dnes používa na výrobu ľudského inzulínu, a to aj v Rusku.
Okrem geneticky upraveného ľudského inzulínu v Ústave bioorganickej chémie. M.M. Shemyakina a Yu.A. Ovchinnikova z Ruskej akadémie vied, Ústav bioorganickej chémie Ruskej akadémie vied spolu s Hematologickým výskumným centrom Ruskej akadémie lekárskych vied vytvorili technológiu na výrobu proteínov na boj proti strata krvi. Ľudský sérový albumín a faktor zrážanlivosti krvi sú vynikajúce nástroje prvej pomoci a resuscitácie, ktoré sú žiadané v medicíne katastrof.
Geneticky modifikované rastliny
Naše znalosti genetiky, ktoré sa každým dňom rozširujú, nám umožnili vytvárať nielen genetické testy na diagnostiku chorôb a žiarivé bielkoviny, vakcíny a lieky, ale aj nové organizmy. Dnes je sotva človek, ktorý by nepočul o geneticky modifikovaných alebo transgénnych organizmoch (GMO). Ide o rastliny alebo živočíchy, do ktorých boli zvonku zavedené gény DNA, čo týmto organizmom dáva nové vlastnosti, ktoré sú užitočné z ľudského hľadiska.
GMO armáda je veľká. V jej radoch sú prospešné mikróby, ktoré pracujú v biotechnologických továrňach a produkujú pre nás množstvo užitočných látok, plodiny s vylepšenými vlastnosťami a cicavce produkujúce viac mäsa a viac mlieka.
Jedným z najrozšírenejších pododdielov GMO sú samozrejme rastliny. Veď od nepamäti slúžili ako potrava pre ľudí a krmivo pre zvieratá. Z rastlín získavame vlákna pre stavebníctvo, látky do liečiv a parfumov, suroviny pre chemický priemysel a energetiku, oheň a teplo.
Pokračujeme v zlepšovaní kvality rastlín a vývoji nových odrôd prostredníctvom selektívneho šľachtenia. Ale tento starostlivý a prácny proces si vyžaduje veľa času. Genetické inžinierstvo, ktoré nám umožnilo vložiť užitočné gény do genómu rastlín, pozdvihlo šľachtenie na zásadne novú úroveň.
Úplne prvou transgénnou rastlinou, ktorá vznikla pred štvrťstoročím, bol tabak a dnes sa vo svete v priemyselnom meradle používa 160 transgénnych plodín. Sú medzi nimi kukurica a sója, ryža a repka, bavlna a ľan, paradajky a tekvica, tabak a repa, zemiaky a klinčeky a iné.
V Bioinžinierskom centre Ruskej akadémie vied, ktoré vedie akademik K.G. Skryabin. spolu s bieloruskými kolegami vytvorili prvú domácu geneticky modifikovanú plodinu - odrodu zemiakov Elizaveta, odolnú proti pásavke zemiakovej.
Prvé geneticky modifikované plodiny vyvinuté začiatkom 80. rokov minulého storočia boli odolné voči herbicídom a hmyzu. Dnes s pomocou genetického inžinierstva získavame odrody, ktoré obsahujú viac živín, sú odolné voči baktériám a vírusom, sú odolné voči suchu a chladu. V roku 1994 boli prvýkrát vytvorené rôzne paradajky, ktoré neboli náchylné na hnilobu. Táto odroda sa objavila na trhu s geneticky modifikovanými potravinami do dvoch rokov. Ďalší transgénny produkt, zlatá ryža, sa stal všeobecne známym. V nej sa na rozdiel od bežnej ryže tvorí betakarotén – prekurzor vitamínu A, ktorý je pre rast organizmu absolútne nevyhnutný. Zlatá ryža čiastočne rieši problém primeranej výživy pre obyvateľov krajín, kde je ryža stále hlavným jedlom v strave. A to sú najmenej dve miliardy ľudí.
Výživa a produktivita nie sú jediné ciele, ktoré sledujú genetickí inžinieri. Je možné vytvoriť odrody rastlín, ktoré budú vo svojich listoch a plodoch obsahovať vakcíny a lieky. To je veľmi cenné a pohodlné: vakcíny vyrobené z transgénnych rastlín nemôžu byť kontaminované nebezpečnými živočíšnymi vírusmi a samotné rastliny sa ľahko pestujú vo veľkých množstvách. A nakoniec, „jedlé“ vakcíny môžu byť vytvorené na základe rastlín, keď na očkovanie stačí zjesť určité množstvo akéhokoľvek transgénneho ovocia alebo zeleniny, napríklad zemiakov alebo banánov. Napríklad mrkva obsahuje látky, ktoré sa podieľajú na tvorbe imunitnej odpovede organizmu. Takéto rastliny spoločne vytvárajú vedci z dvoch popredných biologických ústavov na Sibíri: Ústavu cytológie a genetiky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied a Ústavu chemickej biológie a základnej medicíny SB RAS.
Nedá sa povedať, že spoločnosť je opatrná voči geneticky modifikovaným rastlinám (GMP). A v samotnej vedeckej komunite prebieha diskusia o možnom potenciálnom nebezpečenstve GMR. Na celom svete preto prebieha výskum zameraný na posúdenie rizík spojených s používaním GMR – potravinárskych, agrotechnických a environmentálnych. Zatiaľ čo Svetová zdravotnícka organizácia uvádza nasledovné: „Skúsenosti získané za 10 rokov komerčného využívania GM plodín, analýzy výsledkov špeciálnych štúdií ukazujú: k dnešnému dňu neexistuje jediný preukázaný prípad toxicity alebo nežiaducich účinkov registrovaných GM plodín. plodiny ako zdroje potravy alebo krmiva na svete."
Od roku 1996, kedy sa začalo komerčné pestovanie GMR, do roku 2007 sa celková plocha osiata transgénnymi rastlinami zvýšila z 1,7 milióna na 114 miliónov hektárov, čo je asi 9 % celkovej ornej plochy na svete. Okrem toho 99 % tejto plochy zaberá päť plodín: sója, bavlna, ryža, kukurica a repka. V celkovom objeme ich produkcie tvoria geneticky modifikované odrody vyše 25 %. Absolútnym lídrom v používaní GMR sú Spojené štáty americké, kde už v roku 2002 bolo 75 % bavlny a sóje transgénnych. V Argentíne bol podiel transgénnej sóje 99 %, v Kanade sa takto vyprodukovalo 65 % repky a v Číne 51 % bavlny. V roku 2007 sa 12 miliónov farmárov zaoberalo pestovaním uhľovodíkov, z ktorých 90 % žije v rozvojových krajinách. V Rusku je priemyselné pestovanie uhľovodíkov zákonom zakázané.
Geneticky modifikované zvieratá
Genetickí inžinieri používajú podobnú stratégiu na vývoj nových plemien zvierat. V tomto prípade sa gén zodpovedný za prejav akejkoľvek hodnotnej vlastnosti zavedie do oplodneného vajíčka, z ktorého sa ďalej vyvíja nový organizmus. Napríklad, ak je súbor génov zvieraťa doplnený o gén hormónu stimulujúceho rast, potom takéto zvieratá budú rásť rýchlejšie s menšou spotrebou potravy. Výsledkom je lacnejšie mäso.
Zviera môže byť zdrojom nielen mäsa a mlieka, ale aj liečivých látok obsiahnutých v tomto mlieku. Napríklad najcennejšie ľudské bielkoviny. O niektorých sme už hovorili. Teraz môže byť tento zoznam doplnený o laktoferín, proteín, ktorý chráni novonarodené deti pred nebezpečnými mikroorganizmami, kým sa nevytvorí ich vlastná imunita.
Ženské telo produkuje túto látku s prvými porciami materského mlieka. Žiaľ, nie všetky matky majú mlieko, preto sa musí ľudský laktoferín pridávať do umelej výživy, aby sa zachovalo zdravie novorodencov. Ak je v strave dostatok ochranných bielkovín, potom sa úmrtnosť umelých dojčiat na rôzne gastrointestinálne infekcie môže desaťnásobne znížiť. Tento proteín je žiadaný nielen v priemysle detskej výživy, ale napríklad aj v kozmetickom priemysle.
Technológia výroby kozieho mlieka s ľudským laktoferínom sa vyvíja v Ústave génovej biológie Ruskej akadémie vied a vo Vedecko-praktickom centre Národnej akadémie vied Bieloruska pre chov zvierat. Tento rok sa narodili prvé dve transgénne kozy. Počas niekoľkých rokov výskumu sa na vytvorenie každého z nich vynaložilo 25 miliónov rubľov. Musíme len počkať, kým vyrastú, rozmnožia sa a začnú produkovať mlieko s cennými ľudskými bielkovinami.
Bunkové inžinierstvo
Existuje ďalšia vzrušujúca oblasť biotechnológie: bunková technológia. V ľudskom tele žijú a pracujú kmeňové bunky, ktoré sú svojimi schopnosťami fantastické. Nahrádzajú odumreté bunky (povedzme erytrocyt, červená krvinka, žije len 100 dní), liečia naše zlomeniny a rany a obnovujú poškodené tkanivo.
Existenciu kmeňových buniek predpovedal ruský hematológ z Petrohradu Alexander Maksimov už v roku 1909. O niekoľko desaťročí neskôr sa jeho teoretický predpoklad potvrdil experimentálne: boli objavené a izolované kmeňové bunky. Skutočný boom však začal na konci dvadsiateho storočia, keď pokrok v oblasti experimentálnych technológií umožnil rozpoznať potenciál týchto buniek.
Pokrok v medicíne spojený s využívaním kmeňových buniek bol zatiaľ viac než skromný. Vieme, ako tieto bunky izolovať, skladovať, množiť a experimentovať s nimi. Stále však úplne nerozumieme mechanizmu ich magických premien, keď sa kmeňová bunka bez tváre zmení na krvinku alebo svalové tkanivo. Ešte sme úplne nepochopili chemický jazyk, v ktorom kmeňová bunka dostáva príkaz na transformáciu. Táto neznalosť vytvára riziká z používania kmeňových buniek a bráni ich aktívnej implementácii v lekárskej praxi. Pokroky však existujú v liečbe nehojacich sa zlomenín u starších ľudí, ako aj v regeneračnej liečbe po infarktoch a operáciách srdca.
V Rusku bola vyvinutá metóda na liečbu popálenín sietnice pomocou ľudských mozgových kmeňových buniek. Ak sa tieto bunky zavedú do oka, aktívne sa presunú do oblasti popálenia, usadia sa vo vonkajšej a vnútornej vrstve poškodenej sietnice a stimulujú hojenie popálenia. Metódu vyvinula výskumná skupina vedcov z Moskovského výskumného ústavu očných chorôb pomenovaných po ňom. G. Helmholtz Ministerstvo zdravotníctva Ruskej federácie, Ústav vývojovej biológie pomenovaný po. N.K.Koltsov RAS, Ústav génovej biológie RAS a Vedecké centrum pre pôrodníctvo, gynekológiu a perinatológiu Ruskej akadémie lekárskych vied.
Momentálne sme v štádiu hromadenia poznatkov o kmeňových bunkách. Úsilie vedcov sa zameriava na výskum, na vytváranie infraštruktúry, najmä bánk kmeňových buniek, z ktorých prvou v Rusku bola Gemabank. Rastúce orgány, liečba roztrúsenej sklerózy a neurodegeneratívnych ochorení sú budúcnosťou, aj keď nie až tak vzdialenou.
Bioinformatika
Množstvo vedomostí a informácií rastie ako snehová guľa. Pochopením princípov fungovania živých systémov si uvedomíme neskutočnú zložitosť štruktúry živej hmoty, v ktorej sú rôzne biochemické reakcie navzájom zložito prepletené a tvoria zložité siete. Túto „pavučinu“ života je možné rozpliesť iba použitím moderných matematických metód na modelovanie procesov v živých systémoch.
Preto sa na priesečníku biológie a matematiky zrodil nový smer – bioinformatika, bez ktorej je práca biotechnológov už nemysliteľná. Väčšina bioinformatických metód, samozrejme, funguje pre medicínu, konkrétne pri hľadaní nových liečivých zlúčenín. Možno ich vyhľadávať na základe znalosti štruktúry molekuly, ktorá je zodpovedná za vznik konkrétneho ochorenia. Ak sa takáto molekula zablokuje akoukoľvek látkou vybranou s vysokou presnosťou, potom je možné priebeh ochorenia zastaviť. Bioinformatika umožňuje objaviť blokujúcu molekulu vhodnú na klinické použitie. Ak poznáme cieľ, povedzme, štruktúru proteínu „spôsobujúceho ochorenie“, potom pomocou počítačových programov môžeme simulovať chemickú štruktúru lieku. Tento prístup vám umožňuje výrazne ušetriť čas a zdroje, ktoré sú potrebné na triedenie a testovanie desiatok tisíc chemických zlúčenín.
Medzi lídrov vo výrobe liekov s využitím bioinformatiky v Rusku patrí spoločnosť Himrar. Pri hľadaní potenciálnych protirakovinových liekov sa podieľa najmä na skríningu mnohých tisícok chemických zlúčenín. Medzi najmocnejšie ruské vedecké centrá zaoberajúce sa bioinformatikou patrí aj Ústav cytológie a genetiky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied. Od 60. rokov 20. storočia sa v akademickom meste Novosibirsk vytvorila jedinečná vedecká škola združujúca biológov a matematikov. Hlavnou oblasťou práce novosibirských bioinformatikov je analýza proteínových interakcií vo vnútri buniek a hľadanie potenciálnych molekulárnych cieľov pre nové lieky.
Aby sme pochopili mechanizmus vzniku konkrétneho ochorenia, je dôležité vedieť, ktoré z tisícok génov pracujúcich v chorej bunke sú v skutočnosti zodpovedné za ochorenie. Túto nie jednoduchú úlohu komplikuje skutočnosť, že gény spravidla nefungujú samostatne, ale iba v kombinácii s inými génmi. Ako však môžeme vziať do úvahy podiel iných génov na konkrétnej chorobe? A tu bioinformatika prichádza na pomoc lekárom. Pomocou matematických algoritmov je možné zostaviť mapu, na ktorej priesečníky ciest zobrazujú interakcie génov. Takéto mapy odhaľujú zhluky génov pôsobiacich v chorej bunke v rôznych štádiách choroby. Tieto informácie sú mimoriadne dôležité napríklad pre výber stratégie liečby rakoviny v závislosti od štádia ochorenia.
Priemyselná biotechnológia
Človek využíva biotechnológiu od nepamäti. Ľudia vyrábali syr z mlieka, kvasenú kapustu na zimu a zo všetkého, čo bolo kvasené, pripravovali veselé nápoje. Všetko sú to klasické mikrobiologické procesy, pri ktorých je hlavnou hybnou silou mikroorganizmus, najmenší živý systém.
V súčasnosti sa rozsah problémov, ktoré riešia biotechnológie, neuveriteľne rozšíril. Už sme hovorili o genetickej diagnostike chorôb, nových vakcínach a liekoch získaných pomocou biotechnológií a geneticky modifikovaných organizmoch. Život však prináša aj ďalšie výzvy. Obrovské chemické výrobné zariadenia, kde získavame látky potrebné na vytvorenie pohodlného životného prostredia (vlákna, plasty, stavebné materiály a mnohé ďalšie), sa dnes už nezdajú byť také atraktívne ako pred 60 rokmi. Spotrebúvajú veľa energie a zdrojov (vysoké tlaky, teploty, katalyzátory z drahých kovov), znečisťujú životné prostredie a zaberajú vzácnu pôdu. Môžu tu biotechnológovia ponúknuť náhradu?
Áno môžu. Napríklad geneticky modifikované mikroorganizmy, ktoré fungujú ako účinné katalyzátory priemyselných chemických procesov. Takéto biokatalyzátory vznikli vo Všeruskom výskumnom ústave genetiky a selekcie mikroorganizmov napríklad pre nebezpečné a špinavé štádium výroby toxickej látky akrylamid. Používa sa na výrobu polyméru polyakrylamid, používa sa pri úprave vody, pri výrobe plienok a pri výrobe natieraného papiera a na mnohé iné účely. Biokatalyzátor umožňuje chemickou reakciou produkovať monomér pri izbovej teplote, bez použitia agresívnych činidiel a vysokého tlaku.
Biokatalyzátor sa dostal do priemyselného využitia v Rusku vďaka úsiliu vedeckého tímu ZAO Bioamid (Saratov) pod vedením Sergeja Voronina. Ten istý tím vyvinul biotechnológiu na výrobu kyseliny asparágovej a vytvoril import nahrádzajúci srdcový liek Asparkam L. Droga už vstúpila na trh v Rusku a Bielorusku. Ruská droga je nielen lacnejšia ako dovážané analógy, ale podľa lekárov je aj účinnejšia. Faktom je, že Asparkam L obsahuje iba jeden optický izomér kyseliny, a to ten, ktorý má terapeutické účinky. A západný analóg, panangin, je založený na zmesi dvoch optických izomérov, L a D, z ktorých druhý jednoducho slúži ako balast. Objav tímu Bioamida je, že boli schopní oddeliť tieto dva ťažko oddeliteľné izoméry a dať proces na priemyselný základ.
Je možné, že v budúcnosti úplne zaniknú obrovské chemické závody a namiesto nich budú malé bezpečné dielne, ktoré nepoškodzujú životné prostredie, kde budú pracovať mikroorganizmy vyrábajúce všetky potrebné medziprodukty pre rôzne priemyselné odvetvia. Navyše, malé zelené továrne, či už ide o mikroorganizmy alebo rastliny, nám umožňujú získať užitočné látky, ktoré sa nedajú vyrobiť v chemickom reaktore. Napríklad proteín z pavúčieho hodvábu. Rámové vlákna záchytných sietí, ktoré pavúk pletie pre svoje obete, sú niekoľkonásobne pevnejšie ako oceľ. Zdalo by sa, že v dielňach pestujete pavúky a ťaháte z nich proteínové vlákna. Ale pavúky nežijú v tej istej nádobe - budú sa jesť navzájom.
Krásne riešenie našiel tím vedcov pod vedením doktora biologických vied Vladimira Bogusha (Štátny výskumný ústav genetiky a selekcie mikroorganizmov) a doktorky biologických vied Eleonory Piruzyan (Ústav všeobecnej genetiky Ruskej akadémie vied). Najprv boli z genómu pavúka izolované gény zodpovedné za syntézu proteínu pavúčieho hodvábu. Tieto gény sa potom vložili do buniek kvasiniek a tabaku. Obaja začali produkovať proteín, ktorý potrebujeme. Vďaka tomu bol vytvorený základ pre výrobnú technológiu jedinečného a takmer prírodného konštrukčného materiálu, ľahkého a extrémne odolného, z ktorého sa dajú vyrobiť laná, nepriestrelné vesty a mnohé ďalšie.
Existujú aj iné problémy. Napríklad obrovské množstvo odpadu. Biotechnológia nám umožňuje premeniť odpad na príjem. Vedľajšie produkty z poľnohospodárstva, lesníctva a spracovania potravín možno premeniť na metán, bioplyn vhodný na vykurovanie a energetiku. Alebo môžete použiť metanol a etanol, hlavné zložky biopalív.
Priemyselné aplikácie biotechnológie sa aktívne podieľajú na Chemickej fakulte Moskovskej štátnej univerzity. M.V. Lomonosov. Zahŕňa niekoľko laboratórií zapojených do rôznych projektov – od tvorby priemyselných biosenzorov po výrobu enzýmov pre jemnú organickú syntézu, od technológií recyklácie priemyselných odpadov až po vývoj metód výroby biopalív.
Veda, obchod, vláda
Dosiahnuté úspechy sú výsledkom spoločného úsilia biológov, chemikov, lekárov a ďalších špecialistov pracujúcich v priestore živých systémov. Vzťah medzi rôznymi disciplínami sa ukázal byť plodný. Samozrejme, biotechnológia nie je všeliekom na riešenie globálnych problémov, ale nástrojom, ktorý pri správnom použití sľubuje veľké vyhliadky.
Dnes je celkový objem biotechnologického trhu vo svete 8 biliónov. dolárov. Biotechnológie vedú aj z hľadiska financovania výskumu a vývoja: len v Spojených štátoch vládne agentúry a súkromné spoločnosti ročne vynakladajú na tieto účely viac ako 30 miliárd dolárov.
Investície do vedy a techniky v konečnom dôsledku prinesú ekonomické výhody. Ale samotná biotechnológia nevyrieši zložité zdravotné alebo potravinové problémy. Musí sa vytvoriť priaznivá zdravotnícka infraštruktúra a priemyselná štruktúra, aby sa zaručil prístup k novým diagnostickým technikám, vakcínam a liekom a rastlinám so zlepšenými vlastnosťami. Aj tu je mimoriadne dôležitý efektívny komunikačný systém medzi vedou a biznisom. Napokon, absolútne nevyhnutnou podmienkou budovania efektívneho inovatívneho sektora ekonomiky je interakcia vedeckých a obchodných štruktúr so štátom.
Pomôžte STRF.ru
V roku 2008 bolo podaných 939 žiadostí na vypracovanie tém v smere „Živé systémy“ (pre porovnanie: spolu za program je 3180),
– do súťaže bolo podaných 396 prihlášok (spolu 1597),
– uskutočnilo sa 179 súťaží (spolu 731)
– súťaží sa zúčastnili organizácie z 23 rezortov (spolu 36), z nich 17 zvíťazilo
– bolo uzatvorených 179 zmlúv (spolu 731)
– Do dnešného dňa pokračuje 120 zmlúv (spolu 630)
– Žiadosti o vypracovanie tém o živých systémoch zaslalo 346 organizácií (spolu 842).
– 254 organizácií (spolu 806) podalo prihlášky do súťaže ako hlavné prihlášky
– do súťaže sa ako spolurealizátori prihlásilo 190 organizácií (spolu 636)
– priemerná súťaž o žreby v smere je 2 212 (priemer programu – 2 185)
– zmluvný rozpočet na rok 2008 predstavoval 1 041,2 milióna rubľov. (21,74 % z celkového rozpočtu programu)Dynamika rastu a distribúcie financií v oblasti životných systémov v rámci Federálneho cieľového vedeckého a technického programu na roky 2002–2006 a Federálneho cieľového programu na roky 2007–2012:
2005 – 303 zmlúv, 1168,7 milióna rubľov. (100 %)
2006 – 289 zmlúv, 1227,0 milióna rubľov. (105 %)
2007 – 284 zmlúv, 2657,9 milióna rubľov. (227 %)
2008 - 299 zmlúv, 3242,6 milióna rubľov. (277 %)
Vedy nevznikajú samy od seba, nie preto, že by ich niekto vymyslel jednoducho „zo záujmu“. Akákoľvek veda sa objavuje v dôsledku potreby ľudstva vyriešiť určité problémy, ktoré vznikli v procese jej vývoja. Výnimkou nie je ani biológia, ktorá vznikla aj v súvislosti s riešením pre človeka veľmi dôležitých problémov. Jednou z nich bolo vždy hlbšie pochopenie procesov v živej prírode spojených s výrobou potravinárskych produktov, t.j. poznanie vlastností života rastlín a živočíchov, ich zmien pod vplyvom človeka, spôsobov získavania spoľahlivej a stále bohatšia úroda. Riešenie tohto problému je jedným zo základných dôvodov rozvoja biológie.
Ďalšou, nemenej dôležitou „jarou“ je štúdium biologických charakteristík človeka. Človek je produktom vývoja živej prírody. Všetky procesy nášho života sú podobné tým, ktoré sa vyskytujú v prírode. A preto iba hlboké pochopenie biologických procesov slúži ako vedecký základ medicíny. Vznik vedomia, ktoré znamená obrovský krok vpred v sebapoznaní hmoty, tiež nemožno pochopiť bez hlbokého výskumu živej prírody minimálne v dvoch smeroch – vznik a rozvoj mozgu ako orgánu myslenia (hádanky myslenia stále zostáva nevyriešené) a vznik sociality, verejného obrazu života.
Zvyšujúca sa produkcia potravín a rozvoj medicíny sú dôležité, ale nie jediné problémy, ktoré predurčili vývoj biológie ako vedy na tisíce rokov. Divoká príroda je zdrojom mnohých materiálov a produktov potrebných pre ľudstvo. Aby ste ich správne používali, musíte poznať ich vlastnosti, vedieť, kde ich v prírode hľadať a ako ich získať. V mnohých ohľadoch je počiatočným zdrojom takýchto vedomostí biológia. To však nevyčerpáva význam biologických vied.
V 20. storočí Populácia Zeme vzrástla natoľko, že rozvoj ľudskej spoločnosti sa stal určujúcim faktorom rozvoja biosféry Zeme. Dnes sa ukázalo, že živá príroda nie je len zdrojom potravy a mnohých potrebných produktov a materiálov, ale aj nevyhnutnou podmienkou existencie samotného ľudstva. Naše vzťahy s ňou sa ukázali byť oveľa užšie a vitálnejšie, ako si na začiatku 20. storočia mysleli.
Napríklad vzduch sa zdal byť rovnakým nevyčerpateľným a stálym zdrojom prírody ako napríklad slnečné svetlo. V skutočnosti to nie je pravda. Kvalitatívne zloženie atmosféry, na ktoré sme zvyknutí, s 20,95 % kyslíka a 0,03 % oxidu uhličitého, je derivátom činnosti živých bytostí: dýchanie a fotosyntéza rastlín, oxidácia odumretých organických látok. Kyslík vo vzduchu vzniká len ako výsledok života rastlín. Hlavnými továrňami na kyslík na Zemi sú tropické pralesy a morské riasy. Ale dnes, ako ukazujú pozorovania, množstvo oxidu uhličitého v zemskej atmosfére neustále rastie v dôsledku uvoľňovania obrovského množstva uhlíka počas spaľovania ropy, plynu, uhlia, dreva, ako aj iných antropogénnych procesov. Od roku 1958 do roku 1980 sa množstvo oxidu uhličitého v zemskej atmosfére zvýšilo o 4 %. Do konca storočia sa jeho obsah môže zvýšiť o viac ako 10%. V 70. rokoch XX storočia množstvo kyslíka vstupujúceho do atmosféry v dôsledku činnosti rastlín sa odhadovalo na t/rok a ročná spotreba ľudstva sa odhadovala na t/rok. To znamená, že už žijeme zo zásob kyslíka nahromadených v minulosti, počas miliónov rokov vývoja živých bytostí na planéte.
O vode, ktorú pijeme, presnejšie o čistote tejto vody, o jej kvalite rozhoduje predovšetkým živá príroda. Naše čistiarne len dotvárajú obrovský proces, ktorý sa deje v prírode, pre nás neviditeľný: voda v pôde alebo nádrži opakovane prechádza cez telá nespočetných bezstavovcov, je nimi filtrovaná a zbavená organických a anorganických nečistôt sa stáva tou istou. ako ho poznáme v riekach, jazerách a prameňoch.
Kvalitatívne zloženie vzduchu a vody na Zemi teda závisí od životnej činnosti živých organizmov. Treba dodať, že úrodnosť pôdy – základ úrody – je výsledkom životnej činnosti živých organizmov žijúcich v pôde: obrovského množstva baktérií, bezstavovcov, rias.
Ľudstvo nemôže existovať bez živej prírody. Preto je pre nás životne dôležité udržiavať ho v „pracovnom stave“.
Bohužiaľ to nie je také jednoduché. V dôsledku ľudského skúmania celého povrchu planéty, rozvoja poľnohospodárstva, priemyslu, odlesňovania, znečisťovania kontinentov a oceánov mizne z povrchu Zeme čoraz väčší počet druhov rastlín, húb a živočíchov. Zmiznutý druh nie je možné obnoviť. Je produktom miliónov rokov evolúcie a má jedinečný genofond – jedinečný kód dedičnej informácie, ktorý určuje jedinečné vlastnosti každého druhu. Podľa niektorých odhadov začiatkom 80. rokov. Vo svete bol v priemere každý deň zničený jeden druh zvieraťa, do roku 2000 sa táto rýchlosť môže zvýšiť na jeden druh za hodinu. U nás mizne jeden druh stavovca v priemere za 3,5 roka. Ako môžeme zmeniť tento trend a vrátiť sa k evolučne opodstatnenej ceste neustáleho zvyšovania celkového „sumu života“ namiesto jeho znižovania? Tento problém sa týka celého ľudstva, no bez práce biológov je nemožné ho vyriešiť.
Obrazne povedané, moderná biológia je obrovská, viacposchodová budova obsahujúca tisíce „miestností“ – smery, disciplíny, celé nezávislé vedy. Len ich vymenovanie môže zabrať desiatky strán.
V budove biológie sú akoby štyri hlavné „poschodia“, zodpovedajúce základným úrovniam organizácie živej hmoty. Prvé „poschodie“ je molekulárne genetické. Predmetom skúmania živých vecí sú tu jednotky dedičnej informácie (gény), ich zmeny - mutácie a samotný proces prenosu dedičnej informácie. Druhé „poschodie“ je ontogenetické, čiže úroveň individuálneho vývoja. Udalosti na tomto „poschodí“ sú v biológii stále najmenej študované. Tu nastáva záhadný proces, ktorý určuje, ako sa na správnom mieste a v správnom čase objaví to, čo by sa malo objaviť počas normálneho vývoja každého jedinca – noha alebo oko u zvieraťa, list alebo kôra u rastliny. Ďalšie „poschodie“ je úroveň populácie-druh. Elementárnymi jednotkami na tejto úrovni sú populácie, teda relatívne malé, dlhodobo existujúce skupiny jedincov toho istého druhu, v rámci ktorých dochádza k výmene dedičných informácií. Základnými javmi sú tu nezvratné zmeny v genotypovom zložení populácií a v konečnom dôsledku vznik rôznych adaptácií a nových druhov. Na poslednom, štvrtom „poschodí“ prebiehajú procesy v ekologických systémoch rôzneho rozsahu – komplexné spoločenstvá mnohých druhov až po biosférické procesy ako celok. Elementárnymi štruktúrami týchto spoločenstiev sú biogeocenózy a elementárnymi javmi sú prechod biogeocenózy z jedného stavu dynamickej rovnováhy do druhého, čo v konečnom dôsledku vedie k zmene celej biosféry ako celku. Každá úroveň má svoje vlastné zákony, ale udalosti, ktoré sa dejú na každej z nich, úzko súvisia s udalosťami na iných úrovniach.
V posledných desaťročiach sa molekulárna biológia trochu posunula vpred (pokiaľ ide o počet vedcov zamestnaných v tejto oblasti a finančné prostriedky pridelené v rôznych krajinách na rozvoj tejto konkrétnej oblasti výskumu). Dosiahli sa pozoruhodné výsledky, od čisto teoretických (rozlúštenie genetického kódu a syntéza prvých umelých génov) až po praktické (napríklad vývoj genetického inžinierstva). Populačná biológia sa v súčasnosti začína rýchlo rozvíjať, čo umožní úspešne riešiť mnohé moderné problémy spojené so zvyšovaním produkcie potravinových produktov potrebných pre rastúcu ľudskú populáciu, so zachovaním rýchlo miznúcich druhov živých organizmov, množstvo problémov spojených s tzv. grandiózna úloha prechodu k riadeniu evolučného vývoja stále väčšej a väčšej populácie.viac typov. Intenzívny rozvoj biosférického „poschodia“ výskumu nie je ďaleko.
Netreba si myslieť, že biológovia v klasických odboroch – zoológia, botanika, morfológia, fyziológia, systematika a iné – už urobili všetko. Čaká tu ešte veľa práce. Vedeli ste, že menej ako polovica organizmov obývajúcich našu planétu bola vedecky opísaná (uvádzame presné popisy a uvádzame aj vedecký názov) – len asi 4,5 milióna druhov a podľa niektorých odhadov nie viac ako tretina alebo dokonca jeden štvrtina z nich? Aj v našej krajine, ktorá sa nachádza prevažne v miernom klimatickom pásme, ktoré sa nevyznačuje rozmanitosťou organických foriem, vedci každoročne objavujú desiatky nových druhov (najmä bezstavovcov).
Nie je fascinujúci výskum paleontológov, ktorí pomocou roztrúsených zvyškov fosílnych organizmov obnovujú vzhľad dávno vyhynutých zvierat, rekonštruujú povahu minulých období a zisťujú spôsoby vývoja organického sveta?
A tu na výskumníkov čakajú najzaujímavejšie nálezy. Aký senzačný bol napríklad objav najstarších predjadrových fosílií v horninách starých viac ako 3 miliardy rokov! To znamená, že život na Zemi existoval už vtedy. Nemenej fascinujúca a plná objavov je práca genetikov, zoológov, botanikov, biochemikov, fyziológov atď.
Nás ľudí je na Zemi stále viac a chceme žiť stále lepšie. Rozvoj spoločnosti si preto vyžaduje stále viac surovín a rôznorodých produktov. Z toho vyplýva obrovská úloha zintenzívniť celé národné hospodárstvo vrátane tých odvetví, ktoré súvisia s biológiou, predovšetkým poľnohospodárstvo, lesníctvo, poľovníctvo a rybárstvo. Ale nielen tieto odvetvia. U nás sa napríklad vytvoril a úspešne rozvíja mikrobiologický priemysel - obrovské odvetvie národného hospodárstva, ktoré poskytuje potravinové a krmivové produkty (pre hospodárske zvieratá a hydinu, chované ryby a pod.), najnovšie lieky a liečivá. a dokonca pomáha extrahovať rôzne minerály. Rozbehlo sa a už prináša prvé ovocie ďalšie biologické odvetvie národného hospodárstva - biotechnológia, založená na využívaní procesov a štruktúr objavených fyzikálno-chemickou (molekulárnou) biológiou na vytváranie látok a produktov potrebných pre ľudstvo. O rozvoji najvýznamnejších oblastí biologických vied, rozšírení ich praktického prepojenia s medicínou a poľnohospodárstvom pojednávajú „Hlavné smery hospodárskeho a sociálneho rozvoja ZSSR na roky 1986 – 1990 a na obdobie do roku 2000“, prijaté r. XXVII. zjazde KSSZ.
Intenzifikácia znamená aj šetrenie prírodných zdrojov a ich zachovanie v záujme rozvíjajúcej sa spoločnosti. Pozoruhodnou vlastnosťou živých prírodných zdrojov je ich obnoviteľnosť, schopnosť obnovy v dôsledku rozmnožovania živých organizmov. Zintenzívnením využívania živých prírodných zdrojov je preto možné a potrebné zabezpečiť, aby nám slúžili neobmedzene dlho. To sa dá dosiahnuť organizovaním skutočného ekonomického, hospodárneho využívania a udržiavania živých síl prírody. Mnoho vedcov pracuje na riešení týchto problémov. Všetkým týmto otázkam venuje strana a vláda veľkú pozornosť. Program CPSU (nové vydanie) uvádza: „Strana považuje za potrebné posilniť kontrolu nad environmentálnym manažmentom a širšie rozšíriť environmentálnu výchovu obyvateľstva.
Keď vznikla myšlienka vytvoriť túto knihu, jednou z hlavných úloh stanovených pre tím autorov bolo porozprávať o dôležitých a zaujímavých črtách modernej biológie, o tom, čo sa už v jej rôznych oblastiach dosiahlo a aké nevyriešené problémy biológovia tvár. Chceli sme bez toho, aby sme opakovali učebnicu, ale opierali sme sa o poznatky zo školských osnov biológie, ukázať, na čom biológovia pracujú v laboratóriách a na expedíciách. Slovník obsahuje aj množstvo esejí o vynikajúcich biológoch našej krajiny a iných krajín. Vďaka práci našich predchodcov vo vede máme poznatky, ktoré máme dnes.
Pár slov o tom, ako čítať túto knihu. V texte často nájdete slová písané kurzívou. To znamená, že o tomto koncepte je v slovníku špeciálny článok. Abecedný register umiestnený na konci knihy vám pomôže orientovať sa v obsahu slovníka. Nezabudnite si pozrieť zoznam odporúčaných materiálov na čítanie.
Dúfame, že „Encyklopedický slovník mladého biológa“ vám pomôže naučiť sa veľa nových a fascinujúcich vecí o živej prírode, nájsť odpovede na vaše otázky a prebudiť a rozvinúť záujem o úžasnú vedu o živých veciach – biológiu.
Fyzici vedia o kvantových efektoch už viac ako sto rokov, napríklad o schopnosti kvánt zmiznúť na jednom mieste a objaviť sa na inom, alebo byť na dvoch miestach súčasne. Úžasné vlastnosti kvantovej mechaniky však platia nielen pre fyziku, ale aj pre biológiu.
Najlepším príkladom kvantovej biológie je fotosyntéza: rastliny a niektoré baktérie využívajú energiu zo slnečného žiarenia na stavbu molekúl, ktoré potrebujú. Ukazuje sa, že fotosyntéza sa v skutočnosti spolieha na prekvapivý jav – malé masy energie „preskúmajú“ všetky možné spôsoby využitia a potom „vyberú“ ten najefektívnejší. Možno sa navigácia vtákov, mutácie DNA a dokonca aj náš čuch tak či onak spoliehajú na kvantové efekty. Hoci je táto oblasť vedy stále veľmi špekulatívna a kontroverzná, vedci sa domnievajú, že po získaní nápadov z kvantovej biológie by nápady mohli viesť k vytvoreniu nových liekov a biomimetických systémov (biomimetria je ďalšou novou vedeckou oblasťou, kde sa biologické systémy a štruktúry používajú na vytvárať nové materiály a zariadenia).
3. Exometeorológia
Jupiter Spolu s exoceanografmi a exogeológmi sa exometeorológovia zaujímajú o štúdium prírodných procesov vyskytujúcich sa na iných planétach. Teraz, keď výkonné teleskopy umožnili študovať vnútorné procesy blízkych planét a mesiacov, môžu exometeorológovia sledovať ich atmosférické a poveternostné podmienky. a Saturn so svojím neuveriteľným rozsahom sú hlavnými kandidátmi na výskum, rovnako ako Mars s jeho pravidelnými prachovými búrkami.
Exometeorológovia dokonca skúmajú planéty mimo našej slnečnej sústavy. A čo je zaujímavé je, že nakoniec môžu nájsť známky mimozemského života na exoplanétach detekciou organických stôp alebo zvýšených hladín oxidu uhličitého v atmosfére - znak priemyselnej civilizácie.
4. Nutrigenomika
Nutrigenomika je štúdium komplexných vzťahov medzi jedlom a expresiou genómu. Vedci pracujúci v tejto oblasti sa snažia pochopiť úlohu genetických variácií a stravovacích reakcií v tom, ako živiny ovplyvňujú genóm.
Jedlo má skutočne obrovský vplyv na vaše zdravie – a začína doslova na molekulárnej úrovni. Nutrigenomika funguje oboma smermi: študuje, ako presne náš genóm ovplyvňuje gastronomické preferencie a naopak. Hlavným cieľom disciplíny je vytvoriť personalizovanú výživu – to je zabezpečiť, aby naše jedlo bolo ideálne prispôsobené našej jedinečnej sade génov.
5. Kliodynamika
Kliodynamika je disciplína, ktorá spája historickú makrosociológiu, ekonomickú históriu (kliometriu), matematické modelovanie dlhodobých spoločenských procesov, ako aj systematizáciu a analýzu historických údajov.
Názov pochádza z mena gréckej múzy histórie a poézie Clio. Zjednodušene povedané, kliodynamika je pokusom predpovedať a popísať široké sociálne súvislosti histórie – jednak na štúdium minulosti, jednak ako potenciálny spôsob predpovedania budúcnosti, napríklad na predpovedanie sociálnych nepokojov.
6. Syntetická biológia
Syntetická biológia je návrh a konštrukcia nových biologických častí, zariadení a systémov. Zahŕňa tiež modernizáciu existujúcich biologických systémov pre nekonečné množstvo užitočných aplikácií.
Craig Venter, jeden z popredných odborníkov v tejto oblasti, v roku 2008 oznámil, že zrekonštruoval celý genóm baktérie zlepením jej chemických zložiek. O dva roky neskôr jeho tím vytvoril „syntetický život“ – molekuly DNA digitálne kódované, potom 3D vytlačené a vložené do živých baktérií.
V budúcnosti majú biológovia v úmysle analyzovať rôzne typy genómov, aby vytvorili užitočné organizmy na zavedenie do tela a bioroboty, ktoré dokážu produkovať chemikálie - biopalivá - od nuly. Existujú aj nápady na vytvorenie umelých baktérií alebo vakcín bojujúcich proti znečisteniu na liečbu závažných chorôb. Potenciál tejto vednej disciplíny je jednoducho obrovský.
7. Rekombinantná memetika
Táto oblasť vedy je v plienkach, no už teraz je jasné, že je to len otázka času – skôr či neskôr vedci lepšie pochopia celú ľudskú noosféru (úhrn všetkých informácií, ktoré ľudia poznajú) a ako šírenie informácií ovplyvňuje takmer všetky aspekty ľudského života.
Podobne ako rekombinantná DNA, kde sa rôzne genetické sekvencie spájajú, aby vytvorili niečo nové, rekombinantná memetika študuje, ako sa myšlienky prenášané z človeka na človeka dajú upraviť a skombinovať s inými mémami a memeplexmi – vytvorenými komplexmi vzájomne prepojených mémov. To môže byť užitočné na „sociálne terapeutické“ účely, napríklad na boj proti šíreniu radikálnych a extrémistických ideológií.
8. Výpočtová sociológia
Podobne ako kliodynamika, aj výpočtová sociológia študuje sociálne javy a trendy. Ťažiskom tejto disciplíny je používanie počítačov a súvisiacich technológií spracovania informácií. Samozrejme, táto disciplína sa rozvinula až s príchodom počítačov a rozšírením internetu.
Osobitná pozornosť sa v tejto disciplíne venuje obrovským tokom informácií z nášho každodenného života, napríklad e-mailom, telefonátom, príspevkom na sociálnych sieťach, nákupom kreditných kariet, vyhľadávacím dopytom atď. Príkladom práce môže byť štúdium štruktúry sociálnych sietí a toho, ako sa cez ne šíria informácie, alebo ako vznikajú intímne vzťahy na internete.
9. Kognitívna ekonómia
Vo všeobecnosti sa ekonómia nespája s tradičnými vednými disciplínami, čo sa však môže zmeniť v dôsledku úzkej interakcie všetkých vedných oblastí. Táto disciplína sa často zamieňa s behaviorálnou ekonómiou (štúdium nášho správania v kontexte ekonomických rozhodnutí). Kognitívna ekonómia je veda o tom, ako myslíme. Lee Caldwell, autor blogu o tejto disciplíne, o tom píše:
„Kognitívna (alebo finančná) ekonómia... sa pozerá na to, čo sa v skutočnosti deje v mysli človeka, keď sa rozhoduje. Aká je vnútorná štruktúra rozhodovania, čo ho ovplyvňuje, aké informácie v tejto chvíli myseľ vníma a ako sa spracováva, aké vnútorné formy preferencie má človek a v konečnom dôsledku, ako sa všetky tieto procesy odrážajú v správaní? ?
Inými slovami, vedci začínajú svoj výskum na nižšej, zjednodušenej úrovni a vytvárajú mikromodely princípov rozhodovania, aby vyvinuli model ekonomického správania vo veľkom meradle. Táto vedná disciplína často interaguje s príbuznými oblasťami, ako je počítačová ekonómia alebo kognitívna veda.
10. Plastová elektronika
Elektronika zvyčajne zahŕňa inertné a anorganické vodiče a polovodiče, ako je meď a kremík. Ale nové odvetvie elektroniky využíva vodivé polyméry a vodivé malé molekuly, ktoré sú založené na uhlíku. Organická elektronika zahŕňa návrh, syntézu a spracovanie funkčných organických a anorganických materiálov spolu s vývojom pokročilých mikro- a nanotechnológií.
V skutočnosti to nie je až taká nová veda; prvý vývoj sa uskutočnil už v 70. rokoch 20. storočia. Len nedávno sa však podarilo spojiť všetky nahromadené údaje, najmä vďaka revolúcii nanotechnológií. Vďaka organickej elektronike možno čoskoro budeme mať organické solárne články, samoorganizujúce sa monovrstvy v elektronických zariadeniach a organickú protetiku, ktoré budú v budúcnosti schopné nahradiť poškodené končatiny pre ľudí: v budúcnosti sa môžu takzvaní kyborgovia skladať z tzv. viac organickej hmoty ako syntetických častí.
11. Výpočtová biológia
Ak máte rovnako radi matematiku a biológiu, potom je táto disciplína práve pre vás. Výpočtová biológia sa snaží pochopiť biologické procesy prostredníctvom jazyka matematiky. To sa rovnako používa pre iné kvantitatívne systémy, ako je fyzika a informatika. Vedci z Ottawskej univerzity vysvetľujú, ako to bolo možné:
„S rozvojom biologických prístrojov a ľahkým prístupom k výpočtovej sile musí biológia ako taká pracovať s čoraz väčším množstvom údajov a rýchlosť získaných poznatkov len rastie. Zmysel dát teda teraz vyžaduje výpočtový prístup. Biológia zároveň z pohľadu fyzikov a matematikov dozrela na úroveň, kde možno experimentálne testovať teoretické modely biologických mechanizmov. To viedlo k rozvoju výpočtovej biológie.
Vedci pracujúci v tejto oblasti analyzujú a merajú všetko od molekúl po ekosystémy.
Ako funguje „brainmail“ – prenos správ z mozgu do mozgu cez internet
10 záhad sveta, ktoré veda konečne odhalila 10 hlavných otázok o vesmíre, na ktoré vedci práve teraz hľadajú odpovede 8 vecí, ktoré veda nedokáže vysvetliť 2 500 rokov stará vedecká záhada: Prečo zívame 3 najhlúpejšie argumenty, ktorými odporcovia evolučnej teórie ospravedlňujú svoju nevedomosť Je možné realizovať schopnosti superhrdinov pomocou moderných technológií?
