Shkenca të tjera të jetës. Fushat më premtuese të kërkimit shkencor Mjekësi dhe bioteknologji
11 korrik 2008Shkencat e jetes(shkencat e jetës) kombinojnë një sërë degësh të biologjisë, bioteknologjisë dhe mjekësisë. Vitet e fundit, ky ka qenë një nga prioritetet e shkencës dhe ekonomisë botërore. Zgjedhja e shkencave të jetës si një fushë prioritare e zhvillimit shpjegohet nga një sërë arsyesh. Këto shkenca janë baza për sigurimin e nevojave parësore të njerëzimit.
Para së gjithash, ky është kujdesi shëndetësor. Për t'u kujdesur për shëndetin, duhet të kuptoni se çfarë ndodh me një person të shëndetshëm dhe çfarë ndodh në patologji. Shkencat e jetës po bëhen veçanërisht të rëndësishme me rritjen e jetëgjatësisë: nevoja për t'u siguruar anëtarëve të moshuar të shoqërisë një pleqëri të shëndetshme dhe aktive paraqet sfida të reja për biologjinë dhe mjekësinë. Së dyti, rritja e popullsisë botërore dhe prosperiteti në rritje kërkojnë zhvillimin e mënyrave të reja për të rritur produktivitetin bujqësor, varietetet e reja të bimëve - jo vetëm më produktive, por edhe me pronat e përmirësuara të konsumatorit. Së treti, presioni në rritje i bërë nga njerëzimi mbi natyrën kërkon një studim gjithnjë e më të thelluar të ekologjisë dhe miratimin e masave për të reduktuar këtë ngarkesë - për shembull, përmes metodave të prodhimit të biokarburanteve, plastikës së biodegradueshme, praktikave të avancuara bujqësore, reduktimit të ndotjes së mjedisit dhe bioremediation. – restaurimi i biocenozave të ndotura ose të shkatërruara.
Lidhja qendrore që bashkon shkencat e jetës është bioteknologjia në kuptimin më të gjerë të termit.
Prioriteti i sistemeve të jetesës
Identifikimi personal dhe diagnostikimi i besueshëm i sëmundjeve, rritja e organeve njerëzore dhe krijimi i të korrave me përmbajtje të lartë të vitaminave, yndyrave dhe proteinave, vaksinave dhe ilaçeve të reja - këto dhe shumë teknologji të tjera me të drejtë i përkasin hapësirës më të gjerë të quajtur "sisteme të gjalla".
Krijimi i një ekonomie të zhvilluar në një shoqëri post-industriale është i pamundur pa përditësuar strukturën teknologjike dhe format e veprimtarisë shkencore që korrespondojnë me sistemin ekonomik në dalje. Prandaj, një nga detyrat kryesore të shtetit tonë është formimi i një sektori efektiv dhe konkurrues të shkencës dhe inovacionit. Instrumenti kryesor i shtetit në fushën e zhvillimit të shkencës dhe teknologjisë është programi federal i synuar "Kërkim dhe zhvillim në fushat prioritare për zhvillimin e kompleksit shkencor dhe teknik të Rusisë për 2007-2012". Në kuadër të këtij programi, shteti financon punë që korrespondon me prioritetet e përzgjedhura shtetërore shkencore dhe shkencore-teknike, një prej të cilave është “Sistemet e Jetesës”.
Ndihmë STRF.ru:
Puna në fushën prioritare "Sistemet e Jetesës" kryhet gjithashtu në kuadrin e Programit Federal të synuar "Kërkim dhe zhvillim në fushat prioritare të zhvillimit të kompleksit shkencor dhe teknologjik të Rusisë për 2007-2012". Në kuadër të këtij drejtimi në vitin 2008, në veçanti u zhvilluan teknologjitë e mëposhtme kritike:
– teknologjitë biomjekësore dhe veterinare për mbështetjen e jetës dhe mbrojtjen e njerëzve dhe kafshëve;
– teknologjitë biokatalitike, biosintetike dhe biosensore;
– teknologji gjenomike dhe postgjenomike për krijimin e barnave;
– teknologjitë celulare;
– teknologjitë bioinxhinierike.
Koncepti "Shkencat e jetes" erdhi për të zëvendësuar konceptin e zakonshëm të "shkencave biologjike" dhe u dha një emër të përbashkët të gjitha shkencave rreth gjallesave: zoologjisë dhe gjenetikës, botanikës dhe biologjisë molekulare, fiziologjisë dhe biokimisë, ekologjisë dhe mjekësisë. Të gjithë ata që punojnë në këto fusha merren me sisteme të gjalla, pra me organizma të gjallë, qoftë njeri apo lule, virus apo bakter. Mund të themi se sistemet e gjalla janë gjithçka që riprodhon, merr frymë, ushqehet dhe lëviz.
Megjithatë, këtu nuk bëhet fjalë vetëm për ndryshimin e emrit. Termi "sisteme të gjalla" është më aktiv, më i strukturuar. Ai pasqyron një qasje sistematike ndaj kësaj fushe ndërdisiplinore të shkencës dhe dijes, në të cilën punojnë biologë, kimistë, fizikantë dhe matematikanë. Për më tepër, termi "Sisteme të Jetës" është shumë teknologjik. Ai përfshin jo vetëm njohjen dhe zbulimin e parimeve të organizimit të gjallesave, por edhe përdorimin e kësaj njohurie në formën e teknologjive të reja. Kjo qasje fton specialistë të ndryshëm që së bashku të kalojnë nga një ide shkencore në zbatimin dhe përdorimin praktik të saj në interes të njerëzve.
Identifikimi personal dhe diagnostikimi i besueshëm i sëmundjeve, rritja e organeve njerëzore dhe krijimi i të korrave me përmbajtje të lartë të vitaminave, yndyrave dhe proteinave, vaksinave dhe ilaçeve të reja - këto dhe shumë teknologji të tjera me të drejtë i përkasin hapësirës më të gjerë të quajtur "sisteme të gjalla". Kërkimi dhe zhvillimi i kryer në këtë fushë do të mbushë industrinë tonë me teknologji të teknologjisë së lartë, do të përmirësojë shëndetin dhe do të rrisë sigurinë e qytetarëve rusë. Kjo është arsyeja pse sistemet e jetesës janë një nga prioritetet kryesore të qeverisë në fushën e shkencës dhe teknologjisë, të mbështetur në mënyrë aktive përmes programeve federale të synuara.
Ky koleksion do të prezantojë shkurtimisht lexuesin me konceptin e platformave teknologjike dhe bioteknologjive, si dhe me disa zhvillime të ekipeve kryesore shkencore ruse që punojnë në drejtimin prioritar "Sistemet e gjalla".
Ndihmë STRF.ru:
Shpërndarja e fondeve në drejtim të "Sistemet e Jetesës" në kuadrin e Programit Federal të Targetit në 2008 sipas rajonit (milion rubla):
FEFD – 9 kontrata, buxheti 116.5
Rrethi Federal i Vollgës - 17 kontrata, buxheti 140.1
Rrethi Federal Veriperëndimor - 32 kontrata, buxheti 156.0
Rrethi Federal Siberian - 34 kontrata, buxheti 237.4
Rrethi Federal Ural – 1 kontratë, buxheti 50
Rrethi Federal Qendror - 202 kontrata, buxheti 2507.8
Rrethi Federal Jugor - 4 kontrata, buxheti 34,85
Njohuria si teknologji
Në bisedat për zhvillimin e zhvillimeve themelore dhe të aplikuara në fushën e sistemeve të gjalla, gjithnjë e më shumë ndeshet koncepti "teknologji". Në një ekonomi moderne, post-industriale, teknologjia kuptohet si një grup njohurish të dokumentuara për aktivitete të qëllimshme duke përdorur mjete teknike (për shembull, teknologji organizative, teknologji të konsumit, teknologji sociale, teknologji politike). Duhet theksuar se në një ekonomi tregu, teknologjia, si një lloj dijeje, është një mall. Trupi i njohurive të përcaktuara nga ky koncept ngre pyetje jo vetëm për atë që bëjmë, por edhe se si, dhe më e rëndësishmja, pse e bëjmë atë.
Gjatë përcaktimit të strategjive për zhvillimin e kompleksit shkencor dhe teknik në shkallë kombëtare, përdoret koncepti i "platformës teknologjike". Nuk ka ende një përkufizim të qartë të këtij termi. Sidoqoftë, tashmë është e qartë se ky koncept përfshin një grup njohurish, metodash, bazë materiale dhe teknike dhe personel të kualifikuar, i cili ndryshon në varësi të porosive të jashtme për punë shkencore dhe teknologjike. Drejtimi prioritar “Living Systems” mund të konsiderohet si një kombinim i disa platformave teknologjike.
Sekretet e Zbuluara
Nga sistemet e gjalla ne nxjerrim teknologji që janë norma e jetës për natyrën. Ajo i përdor ato gjatë lindjes, zhvillimit dhe vdekjes së çdo organizmi të gjallë. Për më tepër, në çdo nivel të hierarkisë së një sistemi të gjallë - gjenetik, qelizor, organizëm - ekziston një grup i ndryshëm zgjidhjesh teknologjike.
Çdo sistem i gjallë fillon me molekulën kryesore të jetës, ADN-në, e cila ruan dhe transmeton informacionin trashëgues nga brezi në brez. ADN-ja mund të ndahet përafërsisht në seksione semantike - gjene. Ata dërgojnë komanda për të sintetizuar disa proteina që formojnë karakteristikat e organizmit dhe sigurojnë jetën e tij. Shkencëtarët vlerësojnë numrin e gjeneve te njerëzit në 20-25 mijë. Nëse ndodhin gabime në gjene, të quajtura mutacione, një person zhvillon sëmundje serioze. Vëllimi i tekstit të "regjistruar" në gjenom është identik me dosjen e gazetës së përditshme Izvestia për 30 vjet.
ADN-ja jeton dhe punon në qelizë. Një qelizë e gjallë është vetë përsosmëria. Ajo di të shndërrojë substancat e padobishme në të dobishme, të sintetizojë ilaçe të brendshme për trupin, materiale ndërtimi dhe shumë më tepër. Çdo minutë, miliona reaksione kimike ndodhin në një qelizë të gjallë në kushtet më të zakonshme - në një mjedis ujor, pa presion dhe temperatura të larta.
Një qelizë jeton në vetvete vetëm në organizmat njëqelizorë - bakteret, por shumica e sistemeve të gjalla janë shumëqelizore. Trupi i njeriut të rritur përmban mesatarisht 10 14 qeliza. Ata lindin, transformohen, bëjnë punën e tyre dhe vdesin. Por në të njëjtën kohë ata jetojnë në harmoni dhe bashkëpunim, duke ndërtuar sisteme kolektive të mbrojtjes (sistemi imunitar), përshtatje (sistemi rregullator) dhe të tjera.
Hap pas hapi zbulojmë sekretet e sistemeve të gjalla dhe, bazuar në këto njohuri, krijojmë bioteknologjia.
Bioteknologjia
Bioteknologjia mund të përkufizohet si procese në të cilat sistemet e gjalla ose përbërësit e tyre përdoren për të prodhuar substanca ose sisteme të tjera të gjalla. Qeniet e gjalla janë "fabrika" origjinale që përpunojnë lëndët e para (lëndët ushqyese) në një shumëllojshmëri të gjerë produktesh të nevojshme për të mbështetur jetën e tyre. Dhe përveç kësaj, këto fabrika janë të afta të riprodhohen, domethënë të gjenerojnë "fabrika" të tjera shumë të ngjashme.
Sot ne tashmë dimë shumë për mënyrën se si janë strukturuar dhe funksionojnë "punëtorët" e fabrikave të gjalla - gjenomi, strukturat qelizore, proteinat, vetë qelizat dhe trupi në tërësi.
Falë kësaj njohurie, megjithëse ende të paplotë, studiuesit kanë mësuar të manipulojnë elemente individuale të sistemeve të gjalla - gjenet (teknologjitë gjenomike), qelizat (teknologjitë qelizore) - dhe të krijojnë organizma të gjallë të modifikuar gjenetikisht me tipare të dobishme për ne (inxhinieri gjenetike). Ne dimë të përshtatim “fabrikat” natyrore për të prodhuar produktin që na nevojitet (bioteknologjia industriale). Dhe për më tepër, modifikoni gjenetikisht këto fabrika në mënyrë që të sintetizojnë atë që na nevojitet.
Kështu krijojmë bioteknologjitë, të cilat do të diskutohen më tej. Por, përpara se t'ju prezantojmë me shembuj teknologjish që tashmë janë vënë në shërbim të njeriut, duhen thënë disa fjalë për një zgjidhje elegante që sot i ndihmon shkencëtarët të depërtojnë në misteret e jetës dhe të kuptojnë mekanizmat e sistemeve të jetesës. Në fund të fundit, proceset që ndodhin në një qelizë janë të padukshme dhe kërkimi shkencor kërkon teknologji me të cilat ato mund të shihen dhe kuptohen. Nga rruga, kjo zgjidhje është bioteknologji në vetvete.
Ketrat e ndezur
Për të zbuluar se si funksionojnë gjenet, duhet të shihni rezultatin e punës së tyre, domethënë proteinat që sintetizohen me komandën e tyre. Si mund t'i dallojmë saktësisht ata që kërkojmë? Shkencëtarët kanë gjetur një metodë që i bën proteinat të dukshme, që shkëlqejnë në dritën ultravjollcë.
Proteina të tilla ndriçuese gjenden në natyrë, për shembull, në krustacet e detit dhe kandil deti. Gjatë Luftës së Dytë Botërore, japonezët përdorën pluhur nga "zjarret e detit", një krustace me një guaskë bivalve, si një burim drite vendas. Kur u zhyt në ujë, shkëlqeu shkëlqyeshëm. Ishte nga kjo xixëllonja e detit dhe kandil deti që O. Shimomura (Japoni) izoloi për herë të parë proteinat ndriçuese në fund të viteve 50 të shekullit të 20-të. Ky ishte fillimi i historisë së tanimë të famshme GFP - proteina fluoreshente jeshile. Dhe në vitin 2008, O. Shimomura, M. Chelfi dhe R. Tsien (SHBA) morën çmimin Nobel në Kimi për proteinat fluoreshente. Me ndihmën e këtyre proteinave, një shumëllojshmëri e gjerë e objekteve të gjalla mund të bëhen të shkëlqejnë, nga strukturat qelizore deri te një kafshë e tërë. Një elektrik dore fluoreshente, e cila mund t'i ngjitej proteinave të dëshiruara duke përdorur manipulime gjenetike, bëri të mundur që të shihej se ku dhe kur sintetizohet kjo proteinë dhe në cilat pjesë të qelizës dërgohet. Ishte një revolucion në biologji dhe mjekësi.
Por proteinat fluoreshente të kuqe u zbuluan për herë të parë në koralet dhe organizmat e tjerë detarë nga dy studiues rusë - Mikhail Mats dhe Sergei Lukyanov. Tani kemi proteina fluoreshente në të gjitha ngjyrat e ylberit, dhe aplikimet e tyre janë shumë të gjera: nga teknologjia e fundit e biologjisë dhe mjekësisë, duke përfshirë onkologjinë, dhe zbulimin e substancave helmuese dhe shpërthyese, te peshqit e ndezur të akuariumit.
Nën udhëheqjen e anëtarit korrespondues të Akademisë Ruse të Shkencave S. Lukyanov (Instituti i Kimisë Bioorganike të Akademisë së Shkencave Ruse), u krijua kompania bioteknologjike ruse Evrogen, e cila furnizon shkencëtarët në mbarë botën me etiketa fluoreshente me shumë ngjyra. Sot, Evrogen është një nga liderët në tregun global të proteinave fluoreshente për kërkime biologjike.
Identifikimi gjenetik
Të gjithë jemi shumë të ndryshëm. Pamja, karakteri, aftësitë, ndjeshmëria ndaj ilaçeve, neveria ndaj këtij apo atij ushqimi - e gjithë kjo përcaktohet gjenetikisht. Veçantia e gjenomit të secilit prej nesh e bën atë një mjet të besueshëm për identifikimin e identitetit. Në thelb, gjenet tona janë të njëjtat gjurmë gishtash, vetëm të një natyre të ndryshme. Metoda e identifikimit të ADN-së u fut në praktikën mjeko-ligjore nga studiuesi britanik Alik Jeffreys në vitet 80 të shekullit të kaluar. Sot kjo është tashmë një procedurë e zakonshme dhe e njohur në të gjithë botën.
Përdoret gjithashtu në Rusi. Megjithatë, ne blejmë reagentë për analiza jashtë vendit. Në Institutin e Gjenetikës së Përgjithshme të Akademisë së Shkencave Ruse, nën udhëheqjen e Anëtarit Korrespondent të Akademisë së Shkencave Ruse, Nikolai Yankovsky, po krijohet një grup reagentësh për identifikimin e ADN-së njerëzore. Shfaqja e një mjeti të tillë vendas është shumë në kohë, pasi më 1 janar 2009 do të hyjë në fuqi Ligji "Për Regjistrimin e Gjenomit", i miratuar nga Duma e Shtetit të Federatës Ruse më 19 nëntor 2008. Zhvillimi i shkencëtarëve tanë jo vetëm që do të na lejojë të refuzojmë importet, por gjithashtu do t'u japë kriminologëve një mjet më të avancuar që, ndryshe nga analogët perëndimorë, funksionon me ADN të dëmtuar rëndë. Dhe ky është një rast i zakonshëm në mjekësinë ligjore.
Me ndihmën e këtij mjeti do të zgjidhet një tjetër detyrë e rëndësishme sociale - krijimi i një banke të të dhënave gjenetike të shkelësve të ligjit, e cila do të rrisë zbulimin e krimeve dhe do të zvogëlojë kohën e hetimit. Në Mbretërinë e Bashkuar, baza e të dhënave gjenetike e njerëzve që në një mënyrë ose në një tjetër janë të lidhur me botën kriminale numëron tashmë disa milionë njerëz.
Metoda e identifikimit të ADN-së është veçanërisht e mirë për identifikimin e njerëzve që vdiqën në luftëra, fatkeqësi dhe rrethana të tjera. Sot përdoret edhe në Rusi. Rasti më i famshëm është identifikimi i eshtrave të familjes së fundit mbretërore. Faza e fundit e kësaj pune të madhe - identifikimi i eshtrave të djalit dhe vajzës së perandorit - u krye nga profesori Evgeniy Rogaev, kreu i departamentit të gjenomikës të Institutit të Gjenetikës së Përgjithshme të Akademisë së Shkencave Ruse.
Së fundi, një fushë tjetër e aplikimit të metodës së identifikimit të ADN-së është vendosja e atësisë. Hulumtimet tregojnë se disa për qind e baballarëve ligjorë nuk janë biologjikë. Për një kohë të gjatë, atësia u vendos duke analizuar gjakun e fëmijës dhe prindit - u përcaktuan grupi i gjakut dhe faktori Rh dhe u krahasuan të dhënat. Megjithatë, kjo metodë ishte në thelb jo e besueshme, siç e kuptojnë studiuesit tani, dhe prodhoi shumë gabime që rezultuan në tragjedi personale. Përdorimi i identifikimit të ADN-së ka rritur saktësinë e analizës në pothuajse 100%. Sot kjo teknikë për vendosjen e atësisë është e disponueshme në Rusi.
Diagnostifikimi gjenetik
Për të bërë një analizë të plotë të gjenomit të një personi aktualisht kushton një shumë e madhe parash - dy milionë dollarë. Vërtetë, në dhjetë vjet, ndërsa teknologjia përmirësohet, çmimi parashikohet të bjerë në një mijë dollarë. Por është e mundur të mos përshkruhen të gjitha gjenet. Shpesh është e mjaftueshme për të vlerësuar punën e vetëm grupeve të caktuara të gjeneve që janë kritike për shfaqjen e sëmundjeve të ndryshme.
Diagnostifikimi gjenetik kërkon pajisje speciale, në miniaturë, të shpejtë dhe të saktë. Këto pajisje quhen bioçipa. Patenta e parë në botë për biokipat për përcaktimin e strukturës së ADN-së i përket Rusisë - ekipi i Akademik Andrei Mirzabekov nga Instituti i Biologjisë Molekulare me emrin. V.A. Engelhardt RAS. Pastaj, në fund të viteve 80 të shekullit të kaluar, ekipi i Mirzabekov zhvilloi teknologjinë e mikromatriksit. Ata filluan të quheshin bioçipa më vonë.
Mikroçipet biologjike janë një pjatë e vogël prej qelqi ose plastike, në sipërfaqen e së cilës ka shumë qeliza. Secili prej këtyre puseve përmban një shënues për një ose një pjesë tjetër të gjenomit që duhet të zbulohet në mostër. Nëse mostra e gjakut të pacientit hidhet në biokipi, ne mund të zbulojmë nëse përmban atë që kërkojmë - pusi përkatës do të shkëlqejë për shkak të një etikete fluoreshente.
Duke ekzaminuar një bioçip të shpenzuar, studiuesit mund të bëjnë një diagnozë të predispozicionit ndaj sëmundjeve të caktuara, si dhe të zbulojnë viruse të rrezikshme në gjakun e pacientit, për shembull, tuberkulozi ose hepatiti C. Në fund të fundit, një virus nuk është gjë tjetër veçse një pjesë e ADN-së së huaj. në një guaskë proteine. Falë teknikës së re, kohëzgjatja e analizave komplekse laboratorike të materialeve biologjike është reduktuar nga disa javë në një ditë.
Sot, mikrobioçipet biologjike po zhvillohen nga dhjetëra kompani në Evropë dhe SHBA. Sidoqoftë, bioçipet ruse i rezistojnë me sukses konkurrencës. Një analizë duke përdorur sistemin e testimit Biochip-IMB kushton vetëm 500 rubla, ndërsa përdorimi i një analoge të huaj kushton 200-500 dollarë.
Dhe Instituti i Biologjisë Molekulare i Akademisë së Shkencave Ruse ka filluar certifikimin e biokipeve që zbulojnë llojet e virusit të hepatitit C në një pacient. Potenciali i tregut të teknologjisë së re është i madh. Në fund të fundit, me ndihmën e testeve tradicionale, në çdo rast të tretë nuk është e mundur të zbulohet se cilës varietet i përket virusi i gjetur. Tani ky problem është zgjidhur.
Duke përdorur diagnostikimin e ADN-së, ju jo vetëm që mund të identifikoni sëmundjet dhe predispozicion ndaj tyre, por edhe të rregulloni dietën tuaj të përditshme. Për shembull, nëse duhet të përfshihet qumështi i plotë apo jo. Fakti është se për shumë njerëz, qumështi i plotë shkakton të përziera, diarre dhe keqtrajtim të përgjithshëm. Kjo ndodh për shkak të mungesës së një enzime që zbërthen sheqerin e qumështit - laktozën. Për shkak të kësaj, lindin telashe në trup. Dhe prania e enzimës përcaktohet gjenetikisht. Sipas studimeve gjenetike, nga një e treta deri në gjysma e të rriturve në vendin tonë (në varësi të rajonit) nuk janë në gjendje të tresin qumështin e plotë. Megjithatë, dieta e shkollës kërkon ende një gotë qumësht në ditë për çdo fëmijë. Duke përdorur një test diagnostikues të ADN-së të zhvilluar në Institutin e Gjenetikës së Përgjithshme të Akademisë së Shkencave Ruse, është e lehtë të përcaktohet se kujt mund t'i rekomandohet qumësht i plotë dhe kujt jo. Ky është qëllimi i projektit "Ruajtja e shëndetit të njerëzve të shëndetshëm", i zbatuar nga Akademia Ruse e Shkencave së bashku me administratën e rajonit Tambov.
Terapia gjenetike
Diagnostifikimi gjenetik ndërton themelet për mjekësinë e së ardhmes. Por mjekësia nuk është vetëm një diagnozë, por është edhe një trajtim. A mund t'i korrigjojmë gjenet me defekt në një organizëm të gjallë ose t'i zëvendësojmë me ato të plota në ato raste të rënda kur trajtimi tradicional është i pafuqishëm? Kjo është pikërisht detyra që i vendos vetes terapia gjenetike.
Thelbi i terapisë gjenetike është i thjeshtë me fjalë: është e nevojshme ose të "riparojmë" një gjen të thyer në qelizat e atyre indeve dhe organeve ku nuk funksionon, ose të dërgojmë një gjen të plotë në trupin e pacientit, të cilin ne. mund të sintetizohet in vitro. Sot, janë zhvilluar disa metoda për futjen e gjeneve të reja në qeliza. Kjo përfshin shpërndarjen e gjeneve duke përdorur viruse të neutralizuara, mikroinjektimin e materialit gjenetik në bërthamën e qelizës, shkrepjen e qelizave nga një armë speciale me grimca të vogla ari që mbajnë gjene të shëndetshme në sipërfaqen e tyre, etj. Deri më tani, ka pasur shumë pak sukses në fushën e terapi gjenetike praktike. Sidoqoftë, ka zbulime të ndritshme dhe të mprehta të bëra, përfshirë në laboratorët rusë.
Një nga këto ide, e destinuar për trajtimin e kancerit, mund të quhet "kali i Trojës". Një nga gjenet e virusit herpes futet në qelizat e kancerit. Deri në një kohë të caktuar, ky "kalë trojan" nuk zbulohet. Por sapo një ilaç i përdorur gjerësisht për trajtimin e herpesit (ganciclovir) futet në trupin e pacientit, gjeni fillon të funksionojë. Si rezultat, një substancë jashtëzakonisht toksike formohet në qeliza, duke shkatërruar tumorin nga brenda. Një tjetër opsion për terapinë e gjeneve të kancerit është shpërndarja e gjeneve në qelizat kancerogjene që do të nxisin sintezën e të ashtuquajturave proteina "vetëvrasëse", duke çuar në "vetëvrasjen" e qelizave kancerogjene.
Teknologjia për shpërndarjen e gjeneve në qelizat e kancerit është duke u zhvilluar nga një ekip i madh shkencëtarësh nga Instituti i Kimisë Bioorganike me emrin. M.M. Shemyakin dhe Yu.A. Ovchinnikov RAS, Qendra Ruse e Kërkimeve Onkologjike RAMS, Instituti i Gjenetikës Molekulare RAS, Instituti i Biologjisë Gjenetike RAS. Puna drejtohet nga akademiku Evgeniy Sverdlov. Fokusi kryesor i projektit është krijimi i barnave kundër kancerit të mushkërive (vendi i parë në vdekshmëri) dhe kancerit të ezofagut (vendi i shtatë). Megjithatë, metodat dhe dizajnet e krijuara do të jenë të dobishme në luftën kundër çdo lloj kanceri, prej të cilëve ka më shumë se njëqind. Pas provave të nevojshme klinike, nëse janë të suksesshme, barnat do të hyjnë në praktikë në vitin 2012.
Diagnoza e kancerit
Një numër i madh ekipesh shkencore në Rusi dhe në mbarë botën po punojnë për problemin e kancerit. Kjo është e kuptueshme: çdo vit, kanceri korr një korrje vdekjeprurëse pak më të vogël se sëmundjet kardiovaskulare. Detyra e shkencëtarëve është të krijojnë teknologji që bëjnë të mundur zbulimin e kancerit në fazat më të hershme dhe shkatërrimin e qelizave kancerogjene në mënyrë të synuar, pa efekte anësore për trupin. Diagnoza e hershme dhe e shpejtë, kur analiza zgjat vetëm disa orë, është jashtëzakonisht e rëndësishme për terapinë tradicionale të kancerit. Mjekët e dinë se është më e lehtë të shkatërrohet sëmundja në syth. Prandaj, klinikat në mbarë botën kanë nevojë për teknologji diagnostikuese që plotësojnë këto kërkesa. Dhe këtu bioteknologjia u vjen në ndihmë studiuesve.
Një qasje e re për diagnostikimin e hershëm dhe të shpejtë të kancerit u propozua për herë të parë në botë nga Alexander Chetverin nga Instituti i Proteinave të Akademisë Ruse të Shkencave. Thelbi i metodës është të identifikojë në gjak ato molekula mRNA që heqin informacionin nga pjesët përkatëse të gjenomit dhe mbajnë komandën për sintezën e proteinave të kancerit. Nëse molekula të tilla janë të pranishme në mostrën e gjakut të pacientit, atëherë mund të bëhet një diagnozë e kancerit. Megjithatë, problemi është se ka shumë pak nga këto molekula në mostrën e gjakut, ndërsa ka shumë të tjera. Si të gjejmë dhe dallojmë ato ekzemplarë të vetëm që na duhen? Ky problem u zgjidh nga një ekip shkencëtarësh nën udhëheqjen e A. Chetverin.
Studiuesit kanë mësuar të shumëfishojnë molekulat e shënjuesve të qelizave kancerogjene të kërkuara, por të padukshme, duke përdorur të ashtuquajturin reaksion zinxhir polimerazë (PCR).
Si rezultat, koloni të tëra molekulare rriten nga një molekulë e padukshme, e cila tashmë mund të shihet nën një mikroskop. Nëse mostra e gjakut të një pacienti (të themi, një mililitër) përmban të paktën një qelizë kanceroze dhe një molekulë shënues, atëherë sëmundja fillestare mund të zbulohet.
Analiza mund të bëhet në vetëm disa orë, dhe kushton disa mijëra rubla. Por nëse e përdorni në masë, për shembull, gjatë një ekzaminimi mjekësor parandalues vjetor, atëherë çmimi mund të bjerë në 300-500 rubla.
Trajtimi i kancerit
Në fushën e trajtimit të kancerit, ka edhe disa qasje të reja që mbështeten në bioteknologji. Një prej tyre është përdorimi i antitrupave specifikë si agjentë antikancerogjenë.
Antitrupat janë molekula proteinike të prodhuara nga qelizat e sistemit imunitar. Në fakt, kjo është një armë kimike që trupi ynë e përdor në luftën kundër të gjitha llojeve të viruseve, si dhe qelizave të degjeneruara të trupit tonë - qelizave kancerogjene. Nëse vetë sistemi imunitar nuk mund ta përballojë kancerin, atëherë ai mund të ndihmohet.
Shkencëtarët nga Laboratori i Imunologjisë Molekulare (Instituti i Kimisë Bioorganike të Akademisë së Shkencave Ruse), nën udhëheqjen e Anëtarit Korrespondent të Akademisë së Shkencave Ruse Sergei Deev, po ndërtojnë një gjeneratë të re të antitrupave që njohin objektivin dhe e shkatërrojnë atë. Kjo qasje bazohet në parimin e të ashtuquajturit "plumb magjik", i cili gjithmonë dhe me saktësi gjen viktimën e tij. Antitrupat janë të përshtatshëm për këtë rol. Një pjesë e molekulës së tyre shërben si një "antenë" që tregon objektivin - sipërfaqja e qelizës së kancerit. Dhe agjentë të ndryshëm dëmtues - toksina, molekula organike, izotope radioaktive - mund të ngjiten në bishtin e antitrupave. Ata kanë efekte të ndryshme, por të gjitha në fund e vrasin tumorin.
Qelizat e kancerit gjithashtu mund të shkatërrohen pothuajse natyrshëm. Mjafton të aktivizohet mekanizmi i vdekjes së programuar të qelizave, një lloj vetëvrasjeje e siguruar nga natyra. Shkencëtarët e quajnë atë apoptoza. Mekanizmi i vetëvrasjes nxitet nga enzimat ndërqelizore që shkatërrojnë proteinat brenda qelizës dhe vetë ADN-në. Fatkeqësisht, qelizat e kancerit janë jashtëzakonisht elastike, sepse ato janë në gjendje të shtypin "humorin" e tyre vetëvrasës. Problemi është se ka shumë pak nga këto enzima në qelizat e kancerit, kështu që është e vështirë të shkaktohet apoptoza.
Megjithatë, edhe ky problem mund të zgjidhet. Për të nxitur mekanizmin e vetëvrasjes, shkencëtarët siberianë propozojnë hapjen e membranave të strukturave qelizore, për shembull, mitokondrive. Atëherë qeliza do të vdesë në mënyrë të pashmangshme. Instituti i Kimisë Bioorganike të Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave Ruse, Qendra Shkencore Shtetërore "Vector" (fshati Koltsovo), Spitali Mushkëror Kirurgjik Komunal (Novosibirsk), Fondacioni Shkencor dhe Prodhues "Teknologjitë Mjekësore" (Kurgan), dhe Instituti Kërkimor i Imunologjisë Klinike dhe Eksperimentale i Akademisë Ruse të Shkencave Mjekësore (Novosibirsk) po marrin pjesë në këtë projekt të madh. Së bashku, studiuesit zgjodhën substanca që mund të hapin membranat e strukturave qelizore dhe zhvilluan një metodë për dërgimin e këtyre substancave në qelizën e kancerit.
Vaksina
Njohuritë tona për sistemin imunitar të kafshëve mund të përdoren jo vetëm për të trajtuar kancerin, por edhe për çdo sëmundje infektive. Ne marrim imunitet ndaj shumicës së sëmundjeve "me trashëgimi"; ndaj të tjerëve fitojmë imunitet duke vuajtur nga një sëmundje e shkaktuar nga një infeksion i ri. Por imuniteti gjithashtu mund të trajnohet - për shembull, përmes vaksinimit.
Efektiviteti i vaksinimit u demonstrua për herë të parë më shumë se 200 vjet më parë nga mjeku Edward Jenner, i cili vërtetoi se një person që kishte lisë lopësh bë imun ndaj lisë. Që atëherë, shumë sëmundje janë vënë nën kontrollin e mjekëve. Që nga koha e Pasterit, viruset e dobësuar ose të vrarë janë përdorur për vaksina. Por kjo imponon kufizime: nuk ka asnjë garanci që vaksina është plotësisht e lirë nga grimcat virale aktive; puna me shumë prej tyre kërkon kujdes të madh; jetëgjatësia e vaksinës varet nga kushtet e ruajtjes.
Këto vështirësi mund të kapërcehen duke përdorur metoda të inxhinierisë gjenetike. Me ndihmën e tyre, ju mund të prodhoni përbërës individualë të baktereve dhe viruseve, dhe më pas t'i injektoni ato te pacientët - efekti mbrojtës nuk do të jetë më i keq sesa kur përdorni vaksina konvencionale. Vaksinat e para të marra duke përdorur inxhinierinë gjenetike ishin vaksinat për kafshët - kundër sëmundjes Afta Epizootike, tërbimit, dizenterisë dhe sëmundjeve të tjera të kafshëve. Vaksina e parë e krijuar gjenetikisht për njerëzit ishte vaksina e hepatitit B.
Sot, për shumicën e infeksioneve ne mund të bëjmë vaksina - klasike ose të inxhinieruara gjenetikisht. Problemi kryesor lidhet me murtajën e shekullit të njëzetë - SIDA-n. Vaksinimi është i mirë për të. Në fund të fundit, ai rrit sistemin imunitar dhe e detyron trupin të prodhojë më shumë qeliza imune. Virusi i mungesës së imunitetit të njeriut (HIV), i cili shkakton AIDS, jeton dhe shumohet në këto qeliza. Me fjalë të tjera, ne i japim edhe më shumë mundësi - qeliza të reja, të shëndetshme të sistemit imunitar për të infektuar.
Hulumtimi për gjetjen e vaksinave kundër SIDA-s ka një histori të gjatë dhe bazohet në një zbulim të bërë në vitet 70 të shekullit të kaluar nga akademikët e ardhshëm R.V. Petrov, V.A. Kabanov dhe R.M. Khaitov. Thelbi i saj është se polielektrolite (molekula të ngarkuara të polimerit që janë të tretshme në ujë) ndërveprojnë me qelizat e sistemit imunitar dhe i shtyjnë këta të fundit të prodhojnë intensivisht antitrupa. Dhe nëse, për shembull, një nga proteinat që përbëjnë guaskën e virusit është e lidhur me një molekulë polielektroliti, një përgjigje imune kundër këtij virusi do të aktivizohet. Mekanizmi i veprimit të kësaj vaksine është thelbësisht i ndryshëm nga të gjitha vaksinat që janë krijuar më parë në botë.
I pari në botë dhe deri tani i vetmi polielektrolit që lejohet të futet në trupin e njeriut ishte polioksidoniumi. Pastaj proteinat e virusit të gripit u "qepën" në polimer. Rezultati ishte vaksina "Grippol", e cila mbron miliona njerëz në Rusi nga infeksioni viral për gati 10 vjet.
Sot me të njëjtën metodë po krijohet edhe vaksina kundër SIDA-s. Një proteinë karakteristike e virusit të AIDS-it ishte e lidhur me një polielektrolit. Vaksina që rezulton u testua me sukses te minj dhe lepuj. Bazuar në rezultatet e testeve paraklinike, Institutit të Imunologjisë të Akademisë së Shkencave Ruse iu dha leja për të kryer prova klinike me pjesëmarrjen e vullnetarëve. Nëse të gjitha fazat e testimit të ilaçit janë të suksesshme, ai mund të përdoret jo vetëm për parandalimin e infeksionit HIV, por edhe për trajtimin e SIDA-s.
Ilaçe të dhuruara nga bioteknologjitë
Ilaçet mbeten ende mjeti kryesor i praktikës mjekësore. Megjithatë, aftësitë e industrisë kimike, e cila prodhon pjesën më të madhe të barnave, janë të kufizuara. Sinteza kimike e shumë substancave është komplekse dhe shpesh e pamundur, siç është sinteza e shumicës dërrmuese të proteinave. Dhe këtu vjen në shpëtim bioteknologjia.
Prodhimi i barnave duke përdorur mikroorganizma ka një histori të gjatë. Antibiotiku i parë, penicilina, u izolua nga myku në 1928 dhe prodhimi i tij industrial filloi në 1940. Pas penicilinës, u zbuluan antibiotikë të tjerë dhe filloi prodhimi i tyre në masë.
Për një kohë të gjatë, shumë ilaçe të bazuara në proteinat njerëzore mund të merreshin vetëm në sasi të vogla; prodhimi i tyre ishte shumë i shtrenjtë. Inxhinieria gjenetike ka dhënë shpresë se gama e barnave proteinike dhe numri i tyre do të rritet ndjeshëm. Dhe këto pritshmëri u justifikuan. Disa dhjetëra barna të marra me mjete bioteknologjike tashmë kanë hyrë në praktikën mjekësore. Sipas ekspertëve, vëllimi vjetor i tregut global të barnave të bazuara në proteinat e krijuara nga inxhinieria gjenetike po rritet me 15% dhe deri në vitin 2010 do të arrijë në 18 miliardë dollarë.
Shembulli më i mrekullueshëm i punës së bioteknologëve tanë në këtë fushë është insulina njerëzore e gjeneruar gjenetikisht, e cila prodhohet në Institutin e Kimisë Bioorganike me emrin. M.M.Shemyakin dhe Yu.A.Ovchinnikov RAS. Insulina, domethënë një hormon me strukturë proteinike, rregullon zbërthimin e sheqerit në trupin tonë. Mund të nxirret nga kafshët. Kështu bënin më parë. Por edhe insulina nga pankreasi i derrave - kafshët biokimikisht më afër nesh - është ende paksa e ndryshme nga insulina njerëzore.
Aktiviteti i tij në trupin e njeriut është më i ulët se aktiviteti i insulinës njerëzore. Përveç kësaj, sistemi ynë imunitar nuk i toleron proteinat e huaja dhe bën çmos për t'i refuzuar ato. Prandaj, insulina e derrit të injektuar mund të zhduket para se të ketë kohë për të pasur një efekt terapeutik. Problemi u zgjidh nga teknologjia e inxhinierisë gjenetike, e cila përdoret sot për të prodhuar insulinë njerëzore, përfshirë edhe në Rusi.
Përveç insulinës njerëzore të inxhinieruar gjenetikisht në Institutin e Kimisë Bioorganike. M.M. Shemyakina dhe Yu.A. Ovchinnikova i Akademisë Ruse të Shkencave, Instituti i Kimisë Bioorganike, Akademia Ruse e Shkencave, së bashku me Qendrën e Kërkimeve Hematologjike të Akademisë së Shkencave Mjekësore Ruse, krijuan një teknologji për prodhimin e proteinave për të luftuar masive humbje gjaku. Albumina e serumit të njeriut dhe faktori i koagulimit të gjakut janë mjete të shkëlqyera të ndihmës së parë dhe ringjalljes, të kërkuara në mjekësinë e fatkeqësive.
Bimë të modifikuara gjenetikisht
Njohuritë tona për gjenetikën, duke u zgjeruar çdo ditë, na kanë lejuar të krijojmë jo vetëm teste gjenetike për diagnostikimin e sëmundjeve dhe proteinat, vaksinat dhe ilaçet e ndezura, por edhe organizma të rinj. Sot vështirë se ka një person që nuk ka dëgjuar për organizma të modifikuar gjenetikisht ose transgjenik (OMGJ). Këto janë bimë ose kafshë në të cilat gjenet e ADN-së janë futur nga jashtë, duke u dhënë këtyre organizmave veti të reja që janë të dobishme, nga pikëpamja njerëzore.
Ushtria OMGJ është e madhe. Në radhët e tij janë mikrobet e dobishme që punojnë në fabrikat bioteknologjike dhe prodhojnë shumë substanca të dobishme për ne, kultura me veti të përmirësuara dhe gjitarë që prodhojnë më shumë mish dhe më shumë qumësht.
Një nga nënndarjet më të përhapura të OMGJ-ve janë, natyrisht, bimët. Në fund të fundit, që nga kohra të lashta ato kanë shërbyer si ushqim për njerëzit dhe për kafshët. Nga bimët marrim fibra për ndërtim, substanca për ilaçe dhe parfume, lëndë të para për industrinë kimike dhe energji, zjarr dhe nxehtësi.
Ne vazhdojmë të përmirësojmë cilësinë e bimëve dhe të zhvillojmë varietete të reja përmes mbarështimit selektiv. Por ky proces i mundimshëm dhe intensiv kërkon shumë kohë. Inxhinieria gjenetike, e cila na ka lejuar të fusim gjene të dobishme në gjenomin e bimëve, e ka ngritur mbarështimin në një nivel thelbësisht të ri.
Bima e parë transgjenike, e krijuar një çerek shekulli më parë, ishte duhani dhe sot në botë përdoren në shkallë industriale 160 kultura transgjenike. Midis tyre janë misri dhe soja, orizi dhe farat e rapës, pambuku dhe liri, domatet dhe kungulli, duhani dhe panxhari, patatet dhe karafili etj.
Në Qendrën Bioinxhinierike të Akademisë së Shkencave Ruse, të drejtuar nga Akademiku K.G. Skryabin. së bashku me kolegët bjellorusë, ata krijuan kulturën e parë shtëpiake të modifikuar gjenetikisht - varietetin e patates Elizaveta, rezistent ndaj brumbullit të patates Kolorado.
Të lashtat e para të modifikuara gjenetikisht, të zhvilluara në fillim të viteve 1980, ishin rezistente ndaj herbicideve dhe insekteve. Sot, me ndihmën e inxhinierisë gjenetike, ne po marrim varietete që përmbajnë më shumë lëndë ushqyese, janë rezistente ndaj baktereve dhe viruseve, dhe ndaj thatësirës dhe të ftohtit. Në vitin 1994, u krijua për herë të parë një shumëllojshmëri domatesh që nuk ishin të ndjeshme ndaj kalbjes. Ky varietet u shfaq në tregjet ushqimore të modifikuara gjenetikisht brenda dy viteve. Një tjetër produkt transgjenik, orizi Golden, është bërë i njohur gjerësisht. Në të, ndryshe nga orizi i zakonshëm, formohet beta-karotina - një pararendës i vitaminës A, e cila është absolutisht e nevojshme për rritjen e trupit. Orizi i artë zgjidh pjesërisht problemin e ushqimit adekuat për banorët e atyre vendeve ku orizi është ende pjata kryesore në dietë. Dhe kjo është të paktën dy miliardë njerëz.
Të ushqyerit dhe produktiviteti nuk janë qëllimet e vetme të ndjekura nga inxhinierët gjenetikë. Është e mundur të krijohen lloje të bimëve që do të përmbajnë vaksina dhe ilaçe në gjethet dhe frutat e tyre. Kjo është shumë e vlefshme dhe e përshtatshme: vaksinat e bëra nga bimë transgjenike nuk mund të kontaminohen me viruse të rrezikshme të kafshëve dhe vetë bimët rriten lehtësisht në sasi të mëdha. Dhe së fundi, vaksinat "ngrënshme" mund të krijohen në bazë të bimëve, kur për vaksinim mjafton të hahet një sasi e caktuar e ndonjë fruti ose perimesh transgjenike, për shembull, patate ose banane. Për shembull, karotat përmbajnë substanca që janë të përfshira në formimin e përgjigjes imune të trupit. Bimë të tilla janë krijuar bashkërisht nga shkencëtarë nga dy institute biologjike kryesore të Siberisë: Instituti i Citologjisë dhe Gjenetikës i Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave Ruse dhe Instituti i Biologjisë Kimike dhe Mjekësisë Themelore të SB RAS.
Nuk mund të thuhet se shoqëria është e kujdesshme ndaj bimëve të modifikuara gjenetikisht (GMP). Dhe në vetë komunitetin shkencor, ka një diskutim të vazhdueshëm në lidhje me rrezikun e mundshëm të mundshëm të GMR. Prandaj, kërkimet janë duke u zhvilluar në të gjithë botën për të vlerësuar rreziqet që lidhen me përdorimin e GMR - ushqimore, agroteknike dhe mjedisore. Ndërsa Organizata Botërore e Shëndetësisë shprehet si më poshtë: “Përvoja e fituar mbi 10 vjet të përdorimit komercial të kulturave të modifikuara gjenetikisht, analiza e rezultateve të studimeve speciale tregon: deri më sot, nuk ka asnjë rast të vetëm të provuar të toksicitetit ose efekteve negative të GM të regjistruar. të lashtat si burime ushqimi ose ushqimi në botë."
Nga viti 1996, kur filloi kultivimi tregtar i GMR, deri në vitin 2007, sipërfaqja totale e mbjellë me bimë transgjenike u rrit nga 1.7 milion në 114 milion hektarë, që është rreth 9% e të gjithë sipërfaqes së punueshme në botë. Për më tepër, 99% e kësaj sipërfaqeje zënë pesë kultura: soja, pambuku, orizi, misri dhe rapara. Në vëllimin e përgjithshëm të prodhimit të tyre, varietetet e modifikuara gjenetikisht zënë mbi 25%. Lider absolut në përdorimin e GMR janë Shtetet e Bashkuara, ku tashmë në vitin 2002, 75% e pambukut dhe sojës ishin transgjenike. Në Argjentinë, pjesa e sojës transgjenike ishte 99%, në Kanada 65% e rapes prodhohej në këtë mënyrë, dhe në Kinë - 51% e pambukut. Në vitin 2007, 12 milionë fermerë u angazhuan në kultivimin e hidrokarbureve, nga të cilët 90% jetojnë në vendet në zhvillim. Në Rusi, kultivimi industrial i hidrokarbureve është i ndaluar me ligj.
Kafshët e modifikuara gjenetikisht
Inxhinierët gjenetikë përdorin një strategji të ngjashme për të zhvilluar raca të reja të kafshëve. Në këtë rast, gjeni përgjegjës për shfaqjen e çdo tipari të vlefshëm futet në vezën e fekonduar, nga e cila zhvillohet më tej një organizëm i ri. Për shembull, nëse grupi i gjeneve të një kafshe plotësohet me gjenin e një hormoni stimulues të rritjes, atëherë kafshë të tilla do të rriten më shpejt me më pak ushqim të konsumuar. Rezultati është mishi më i lirë.
Një kafshë mund të jetë burim jo vetëm i mishit dhe qumështit, por edhe i substancave medicinale që përmbahen në këtë qumësht. Për shembull, proteinat më të vlefshme njerëzore. Ne kemi folur tashmë për disa prej tyre. Tani kjo listë mund të plotësohet nga laktoferina, një proteinë që mbron fëmijët e porsalindur nga mikroorganizmat e rrezikshëm derisa të zhvillohet imuniteti i tyre.
Trupi i një gruaje e prodhon këtë substancë me porcionet e para të qumështit të gjirit. Fatkeqësisht, jo të gjitha nënat kanë qumësht, kështu që laktoferina njerëzore duhet të shtohet në ushqimin me formulë për të ruajtur shëndetin e të porsalindurve. Nëse ka mjaft proteina mbrojtëse në dietë, atëherë vdekshmëria e foshnjave artificiale nga infeksione të ndryshme gastrointestinale mund të reduktohet dhjetëfish. Kjo proteinë kërkohet jo vetëm në industrinë e ushqimit për fëmijë, por edhe, për shembull, në industrinë e kozmetikës.
Teknologjia për prodhimin e qumështit të dhisë me laktoferrinë njerëzore po zhvillohet në Institutin e Biologjisë Gjenetike të Akademisë së Shkencave Ruse dhe Qendrës Shkencore dhe Praktike të Akademisë Kombëtare të Shkencave të Bjellorusisë për Blegtorinë. Këtë vit lindën dy dhitë e para transgjenike. Gjatë disa viteve të kërkimit, 25 milion rubla u shpenzuan për krijimin e secilit prej tyre. Thjesht duhet të presim derisa të rriten, të shumohen dhe të fillojnë të prodhojnë qumësht me proteina të vlefshme njerëzore.
Inxhinieria e qelizave
Ekziston një fushë tjetër emocionuese e bioteknologjisë: teknologjia e qelizave. Qelizat staminale, të cilat janë fantastike në aftësitë e tyre, jetojnë dhe punojnë në trupin e njeriut. Ato zëvendësojnë qelizat e vdekura (të themi, një eritrocit, një qelizë të kuqe të gjakut, jeton vetëm 100 ditë), ata shërojnë frakturat dhe plagët tona dhe rivendosin indet e dëmtuara.
Ekzistenca e qelizave staminale u parashikua nga një hematolog rus nga Shën Petersburg, Alexander Maksimov, në vitin 1909. Disa dekada më vonë, supozimi i tij teorik u konfirmua eksperimentalisht: qelizat burimore u zbuluan dhe u izoluan. Por bumi i vërtetë filloi në fund të shekullit të njëzetë, kur përparimi në fushën e teknologjive eksperimentale bëri të mundur të dallohej potenciali i këtyre qelizave.
Deri më tani, përparimet në mjekësi të lidhura me përdorimin e qelizave staminale kanë qenë më se modeste. Ne e dimë se si t'i izolojmë këto qeliza, t'i ruajmë ato, t'i shumëzojmë dhe të eksperimentojmë me to. Por ne ende nuk e kuptojmë plotësisht mekanizmin e transformimeve të tyre magjike, kur një qelizë burimore pa fytyrë kthehet në një qelizë gjaku ose ind muskulor. Nuk e kemi kuptuar ende plotësisht gjuhën kimike në të cilën qeliza staminale merr urdhrin të transformohet. Kjo injorancë krijon rreziqe nga përdorimi i qelizave staminale dhe pengon zbatimin aktiv të tyre në praktikën mjekësore. Megjithatë, ka përparime në trajtimin e frakturave jo-shëruese te njerëzit e moshuar, si dhe në trajtimin restaurues pas sulmeve në zemër dhe operacioneve në zemër.
Në Rusi, është zhvilluar një metodë për trajtimin e djegieve të retinës duke përdorur qelizat burimore të trurit të njeriut. Nëse këto qeliza futen në sy, ato do të lëvizin në mënyrë aktive në zonën e djegur, do të vendosen në shtresat e jashtme dhe të brendshme të retinës së dëmtuar dhe do të stimulojnë shërimin e djegies. Metoda u zhvillua nga një grup kërkimor shkencëtarësh nga Instituti i Kërkimeve në Moskë për Sëmundjet e Syrit me emrin. G. Helmholtz Ministria e Shëndetësisë e Federatës Ruse, Instituti i Biologjisë Zhvillimore me emrin. N.K.Koltsov RAS, Instituti i Biologjisë Gjenetike RAS dhe Qendra Shkencore për Obstetrikë, Gjinekologji dhe Perinatologji të Akademisë Ruse të Shkencave Mjekësore.
Aktualisht jemi në fazën e akumulimit të njohurive rreth qelizave staminale. Përpjekjet e shkencëtarëve janë përqendruar në kërkime, në krijimin e infrastrukturës, në veçanti, bankave të qelizave burimore, e para prej të cilave në Rusi ishte Gemabank. Rritja e organeve, trajtimi i sklerozës së shumëfishtë dhe sëmundjeve neurodegjenerative janë e ardhmja, edhe pse jo aq e largët.
Bioinformatika
Sasia e njohurive dhe informacionit po rritet si një top bore. Duke kuptuar parimet e funksionimit të sistemeve të gjalla, ne kuptojmë kompleksitetin e jashtëzakonshëm të strukturës së lëndës së gjallë, në të cilën një sërë reaksionesh biokimike ndërthuren në mënyrë të ndërlikuar me njëra-tjetrën dhe formojnë rrjete të ndërlikuara. Është e mundur të zbulohet kjo "rrjet" e jetës vetëm duke përdorur metoda moderne matematikore për të modeluar proceset në sistemet e gjalla.
Kjo është arsyeja pse, në kryqëzimin e biologjisë dhe matematikës, lindi një drejtim i ri - bioinformatika, pa të cilën puna e bioteknologëve nuk është më e imagjinueshme. Shumica e metodave bioinformatike, natyrisht, funksionojnë për mjekësinë, domethënë për kërkimin e komponimeve të reja medicinale. Ato mund të kërkohen bazuar në njohuritë për strukturën e molekulës që është përgjegjëse për zhvillimin e një sëmundjeje të caktuar. Nëse një molekulë e tillë bllokohet me ndonjë substancë të përzgjedhur me saktësi të lartë, atëherë ecuria e sëmundjes mund të ndërpritet. Bioinformatika bën të mundur zbulimin e një molekule bllokuese të përshtatshme për përdorim klinik. Nëse e dimë objektivin, le të themi, strukturën e një proteine "shkaktuese të sëmundjes", atëherë duke përdorur programe kompjuterike mund të simulojmë strukturën kimike të ilaçit. Kjo qasje ju lejon të kurseni ndjeshëm kohë dhe burime që shkojnë në klasifikimin dhe testimin e dhjetëra mijëra përbërjeve kimike.
Ndër udhëheqësit në krijimin e barnave që përdorin bioinformatikë në Rusi është kompania Himrar. Në kërkimin e ilaçeve të mundshme kundër kancerit, ajo është e përfshirë, në veçanti, në shqyrtimin e mijëra komponimeve kimike. Qendrat më të fuqishme shkencore ruse të angazhuara në bioinformatikë përfshijnë gjithashtu Institutin e Citologjisë dhe Gjenetikës të Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave Ruse. Duke filluar nga vitet '60 të shekullit të njëzetë, në qytetin akademik të Novosibirsk u formua një shkollë unike shkencore, duke bashkuar biologë dhe matematikanë. Fusha kryesore e punës së bioinformatikëve të Novosibirsk është analiza e ndërveprimeve të proteinave brenda qelizave dhe kërkimi i objektivave të mundshëm molekularë për ilaçe të reja.
Për të kuptuar mekanizmin e zhvillimit të një sëmundjeje të caktuar, është e rëndësishme të dini se cilët nga mijëra gjenet që punojnë në një qelizë të sëmurë janë në të vërtetë përgjegjës për sëmundjen. Kjo detyrë aspak e lehtë ndërlikohet nga fakti se gjenet, si rregull, nuk funksionojnë vetëm, por vetëm në kombinim me gjene të tjera. Por si mund të marrim parasysh kontributin e gjeneve të tjera në një sëmundje specifike? Dhe këtu bioinformatika u vjen në ndihmë mjekëve. Duke përdorur algoritme matematikore, është e mundur të ndërtohet një hartë në të cilën kryqëzimet e shtigjeve tregojnë ndërveprimet e gjeneve. Harta të tilla zbulojnë grupe gjenesh që veprojnë në një qelizë të sëmurë në faza të ndryshme të sëmundjes. Ky informacion është jashtëzakonisht i rëndësishëm, për shembull, për zgjedhjen e një strategjie për trajtimin e kancerit në varësi të fazës së sëmundjes.
Bioteknologjia industriale
Njeriu ka përdorur bioteknologjinë që nga kohra të lashta. Njerëzit bënin djathë nga qumështi, fermentonin lakër për dimër dhe përgatitnin pije të gëzuara nga gjithçka që fermentohej. Të gjitha këto janë procese klasike mikrobiologjike në të cilat forca kryesore lëvizëse është një mikroorganizëm, sistemi më i vogël i gjallë.
Sot, gama e problemeve të zgjidhura nga bioteknologjia është zgjeruar në mënyrë të jashtëzakonshme. Ne kemi folur tashmë për diagnozën gjenetike të sëmundjeve, vaksinat dhe ilaçet e reja të marra duke përdorur bioteknologjinë dhe organizmat e modifikuar gjenetikisht. Megjithatë, jeta sjell edhe sfida të tjera. Objektet gjigante të prodhimit të kimikateve ku ne marrim substancat e nevojshme për të krijuar një mjedis të rehatshëm jetese (fibra, plastikë, materiale ndërtimi dhe shumë më tepër) sot nuk duken më aq tërheqëse sa 60 vjet më parë. Ata konsumojnë shumë energji dhe burime (presione të larta, temperatura, katalizatorë të bërë nga metale të çmuara), ndotin mjedisin dhe zënë tokë të çmuar. A mund të ofrojnë bioteknologët një zëvendësim këtu?
Po ata munden. Për shembull, mikroorganizmat e modifikuar gjenetikisht që punojnë si katalizatorë efektivë për proceset kimike industriale. Biokatalizatorë të tillë u krijuan në Institutin Kërkimor Gjith-Rus të Gjenetikës dhe Përzgjedhjes së Mikroorganizmave, për shembull, për fazën e rrezikshme dhe të pistë të prodhimit të substancës toksike akrialamid. Përdoret për të bërë një polimer poliakrilamid, përdoret në trajtimin e ujit, në prodhimin e pelenave dhe për prodhimin e letrës së veshur dhe për shumë qëllime të tjera. Biokatalizatori lejon një reaksion kimik të prodhojë një monomer në temperaturën e dhomës, pa përdorimin e reagentëve agresivë dhe presionit të lartë.
Biokatalizatori u soll në përdorim industrial në Rusi përmes përpjekjeve të ekipit shkencor të ZAO Bioamid (Saratov) nën udhëheqjen e Sergei Voronin. I njëjti ekip zhvilloi bioteknologjinë për prodhimin e acidit aspartik dhe krijoi ilaçin kardiak që zëvendëson importin Asparkam L. Ilaçi tashmë ka hyrë në treg në Rusi dhe Bjellorusi. Ilaçi rus jo vetëm që është më i lirë se analogët e importuar, por, sipas mjekëve, është gjithashtu më efektiv. Fakti është se Asparkam L përmban vetëm një izomer optik të acidit, atë që ka efekte terapeutike. Dhe analogu perëndimor, panangin, bazohet në një përzierje të dy izomerëve optikë, L dhe D, i dyti prej të cilëve shërben thjesht si çakëll. Zbulimi i ekipit të Bioamida është se ata ishin në gjendje të ndajnë këto dy izomerë të vështirë për t'u ndarë dhe ta vendosin procesin në një bazë industriale.
Ka mundësi që në të ardhmen fabrikat gjigante kimike të zhduken fare dhe në vend të tyre të ketë punishte të vogla, të sigurta që nuk dëmtojnë mjedisin, ku do të punojnë mikroorganizmat, duke prodhuar të gjitha produktet ndërmjetëse të nevojshme për industri të ndryshme. Përveç kësaj, fabrikat e vogla të gjelbra, qofshin ato mikroorganizma apo bimë, na lejojnë të marrim substanca të dobishme që nuk mund të prodhohen në një reaktor kimik. Për shembull, proteina e mëndafshit të merimangës. Fijet e kornizës së rrjetave të kapjes që merimanga thurin për viktimat e saj janë disa herë më të tërhequra se çeliku. Duket se mbillni merimangat në punëtori dhe nxirrni fije proteinash prej tyre. Por merimangat nuk jetojnë në të njëjtën kavanoz - ata do të hanë njëri-tjetrin.
Një zgjidhje e bukur u gjet nga një ekip shkencëtarësh të udhëhequr nga Doktori i Shkencave Biologjike Vladimir Bogush (Instituti Shtetëror i Kërkimeve të Gjenetikës dhe Përzgjedhja e Mikroorganizmave) dhe Doktoresha e Shkencave Biologjike Eleonora Piruzyan (Instituti i Gjenetikës së Përgjithshme të Akademisë së Shkencave Ruse). Së pari, gjenet përgjegjëse për sintezën e proteinës së mëndafshit të merimangës u izoluan nga gjenomi i merimangës. Këto gjene më pas u futën në qelizat e majave dhe duhanit. Të dy filluan të prodhojnë proteinën që na nevojitet. Si rezultat, është krijuar baza për teknologjinë e prodhimit të një materiali strukturor unik dhe pothuajse natyror, të lehtë dhe jashtëzakonisht të qëndrueshëm, nga i cili mund të bëhen litarë, forca të blinduara dhe shumë më tepër.
Ka edhe probleme të tjera. Për shembull, një sasi e madhe mbeturinash. Bioteknologjia na lejon t'i kthejmë mbeturinat në të ardhura. Nënproduktet nga bujqësia, pylltaria dhe përpunimi i ushqimit mund të shndërrohen në metan, një biogaz i përshtatshëm për ngrohje dhe energji. Ose mund të përdorni metanol dhe etanol, përbërësit kryesorë të biokarburanteve.
Aplikimet industriale të bioteknologjisë janë të përfshirë në mënyrë aktive në Fakultetin e Kimisë të Universitetit Shtetëror të Moskës. M.V. Lomonosov. Ai përfshin disa laboratorë të angazhuar në një sërë projektesh - nga krijimi i biosensorëve industrialë deri te prodhimi i enzimave për sintezën e imët organike, nga teknologjitë e riciklimit të mbetjeve industriale deri te zhvillimi i metodave për prodhimin e biokarburanteve.
Shkenca, biznesi, qeveria
Sukseset e arritura janë rezultat i përpjekjeve të kombinuara të biologëve, kimistëve, mjekëve dhe specialistëve të tjerë që punojnë në hapësirën e sistemeve të jetesës. Marrëdhënia midis disiplinave të ndryshme doli të jetë e frytshme. Natyrisht, bioteknologjia nuk është një ilaç për zgjidhjen e problemeve globale, por një mjet që premton perspektiva të mëdha nëse përdoret siç duhet.
Sot, vëllimi i përgjithshëm i tregut të bioteknologjisë në botë është 8 trilionë. dollarë. Bioteknologjitë kryesojnë gjithashtu për sa i përket financimit për kërkimin dhe zhvillimin: vetëm në Shtetet e Bashkuara, agjencitë qeveritare dhe kompanitë private shpenzojnë më shumë se 30 miliardë dollarë në vit për këto qëllime.
Investimet në shkencë dhe teknologji do të sjellin përfundimisht përfitime ekonomike. Por vetëm bioteknologjia nuk do të zgjidhë problemet komplekse shëndetësore apo ushqimore. Duhet të krijohet një infrastrukturë e favorshme e kujdesit shëndetësor dhe një strukturë industriale për të garantuar akses ndaj teknikave të reja diagnostikuese, vaksinave dhe ilaçeve, si dhe bimëve me veti të përmirësuara. Një sistem efektiv komunikimi midis shkencës dhe biznesit është gjithashtu jashtëzakonisht i rëndësishëm këtu. Së fundi, një kusht absolutisht i domosdoshëm për ndërtimin e një sektori inovativ efektiv të ekonomisë është ndërveprimi i strukturave shkencore dhe tregtare me shtetin.
Ndihmoni STRF.ru
Në vitin 2008 janë paraqitur 939 aplikime për zhvillimin e temave në drejtimin "Sistemet e Jetesës" (për krahasim: totali për programin është 3180),
– Në konkurs janë paraqitur 396 aplikime (gjithsej 1597),
– Janë mbajtur 179 gara (731 gjithsej)
– organizata nga 23 departamente (gjithsej 36) morën pjesë në gara, 17 prej tyre fituan
– Janë lidhur 179 kontrata (gjithsej 731)
– 120 kontrata vazhdojnë edhe sot (630 në total)
– 346 organizata (gjithsej 842) dërguan aplikacione për zhvillimin e temave mbi sistemet e jetesës
– 254 organizata (gjithsej 806) paraqitën aplikime për konkurs si aplikime kryesore
– 190 organizata paraqitën aplikime për konkursin si bashkëekzekutues (636 gjithsej)
– Konkurrenca mesatare për lotet në drejtim është 2,212 (mesatarja për programin – 2,185)
- buxheti i kontratës për vitin 2008 arriti në 1041.2 milion rubla. (21.74% e të gjithë buxhetit të programit)Dinamika e rritjes dhe shpërndarjes së financimit në fushën e sistemeve të jetesës në kuadrin e Programit Federal të Targetit Shkencor dhe Teknik të 2002-2006 dhe Programit Federal të Objektivit të 2007-2012:
2005 - 303 kontrata, 1168.7 milion rubla. (100%)
2006 - 289 kontrata, 1227.0 milion rubla. (105%)
2007 - 284 kontrata, 2657.9 milion rubla. (227%)
2008 - 299 kontrata, 3242.6 milion rubla. (277%)
Shkencat nuk lindin vetë, jo sepse dikush i shpik thjesht "për interes". Çdo shkencë shfaqet si rezultat i nevojës që njerëzimi të zgjidhë probleme të caktuara që lindën në procesin e zhvillimit të saj. Biologjia nuk bën përjashtim; ajo u ngrit gjithashtu në lidhje me zgjidhjen e problemeve shumë të rëndësishme për njerëzit. Një prej tyre ka qenë gjithmonë një kuptim më i thellë i proceseve në natyrën e gjallë që lidhen me prodhimin e produkteve ushqimore, d.m.th. njohja e karakteristikave të jetës së bimëve dhe kafshëve, ndryshimet e tyre nën ndikimin e njerëzve, mënyrat për të marrë një të besueshme dhe korrje gjithnjë e më e pasur. Zgjidhja e këtij problemi është një nga arsyet themelore për zhvillimin e biologjisë.
Një tjetër "pranverë" jo më pak e rëndësishme është studimi i karakteristikave biologjike të njeriut. Njeriu është produkt i zhvillimit të natyrës së gjallë. Të gjitha proceset e jetës sonë janë të ngjashme me ato që ndodhin në natyrë. Dhe për këtë arsye, vetëm një kuptim i thellë i proceseve biologjike shërben si themeli shkencor i mjekësisë. Shfaqja e vetëdijes, që do të thotë një hap gjigant përpara në vetënjohjen e materies, gjithashtu nuk mund të kuptohet pa hulumtime të thella në natyrën e gjallë në të paktën dy drejtime - shfaqja dhe zhvillimi i trurit si organ i të menduarit (gjëegjëza e të menduarit mbetet ende e pazgjidhur) dhe shfaqja e socialitetit, jeta e imazhit publik.
Rritja e prodhimit të ushqimit dhe zhvillimi i mjekësisë janë të rëndësishme, por jo të vetmet probleme që kanë përcaktuar zhvillimin e biologjisë si shkencë për mijëra vjet. Jeta e egër është burimi i shumë materialeve dhe produkteve të nevojshme për njerëzimin. Duhet të njihni vetitë e tyre në mënyrë që t'i përdorni siç duhet, të dini se ku t'i kërkoni në natyrë dhe si t'i merrni ato. Në shumë mënyra, burimi fillestar i njohurive të tilla është biologjia. Por kjo nuk e shter rëndësinë e shkencave biologjike.
Në shekullin e 20-të Popullsia e Tokës është rritur aq shumë sa që zhvillimi i shoqërisë njerëzore është bërë një faktor përcaktues në zhvillimin e biosferës së Tokës. Tashmë është bërë e qartë se natyra e gjallë nuk është vetëm një burim ushqimi dhe shumë produkte dhe materiale të nevojshme, por edhe një kusht i domosdoshëm për ekzistencën e vetë njerëzimit. Lidhjet tona me të doli të ishin shumë më të ngushta dhe më jetike sesa mendonin në fillim të shekullit të 20-të.
Për shembull, ajri dukej se ishte i njëjti burim i pashtershëm dhe i vazhdueshëm i natyrës si, të themi, drita e diellit. Në fakt kjo nuk është e vërtetë. Përbërja cilësore e atmosferës me të cilën jemi mësuar, me 20,95% oksigjen dhe 0,03% dioksid karboni, është një derivat i veprimtarisë së qenieve të gjalla: frymëmarrja dhe fotosinteza e bimëve, oksidimi i lëndës organike të vdekur. Oksigjeni në ajër lind vetëm si rezultat i jetës së bimëve. Fabrikat kryesore të oksigjenit në Tokë janë pyjet tropikale dhe algat e oqeanit. Por sot, siç tregojnë vëzhgimet, sasia e dioksidit të karbonit në atmosferën e Tokës po rritet vazhdimisht si rezultat i çlirimit të sasive të mëdha të karbonit gjatë djegies së naftës, gazit, qymyrit, drurit, si dhe proceseve të tjera antropogjene. Nga viti 1958 deri në vitin 1980, sasia e dioksidit të karbonit në atmosferën e Tokës u rrit me 4%. Deri në fund të shekullit, përmbajtja e tij mund të rritet me më shumë se 10%. Në vitet 70 shekulli XX sasia e oksigjenit që hyn në atmosferë si rezultat i aktivitetit të bimëve u vlerësua në t/vit dhe konsumi vjetor nga njerëzimi u vlerësua në t/vit. Kjo do të thotë që ne jetojmë tashmë nga rezervat e oksigjenit të akumuluara në të kaluarën, gjatë miliona viteve të evolucionit të qenieve të gjalla në planet.
Uji që pimë, ose më saktë, pastërtia e këtij uji, cilësia e tij përcaktohet gjithashtu kryesisht nga natyra e gjallë. Impiantet tona të trajtimit përfundojnë vetëm procesin e madh që po ndodh në natyrë, të padukshëm për ne: uji në tokë ose rezervuar kalon vazhdimisht nëpër trupat e një morie jovertebroresh, filtrohet prej tyre dhe, i çliruar nga papastërtitë organike dhe inorganike, bëhet i njëjtë. siç e njohim ne në lumenj, liqene dhe burime.
Kështu, përbërja cilësore e ajrit dhe ujit në Tokë varet nga aktiviteti jetësor i organizmave të gjallë. Duhet shtuar se pjelloria e tokës - baza e të korrave - është rezultat i aktivitetit jetësor të organizmave të gjallë që jetojnë në tokë: një numër i madh bakteresh, jovertebrore, algash.
Njerëzimi nuk mund të ekzistojë pa natyrën e gjallë. Prandaj nevoja jetike që ne ta mbajmë atë në "gjendje pune".
Fatkeqësisht, kjo nuk është aq e lehtë për t'u bërë. Si rezultat i eksplorimit njerëzor të të gjithë sipërfaqes së planetit, zhvillimit të bujqësisë, industrisë, shpyllëzimit, ndotjes së kontinenteve dhe oqeaneve, një numër në rritje i llojeve të bimëve, kërpudhave dhe kafshëve po zhduken nga faqja e Tokës. Një specie e zhdukur nuk mund të restaurohet. Ai është produkt i miliona viteve të evolucionit dhe ka një grup unik gjenesh - një kod unik informacioni trashëgues që përcakton vetitë unike të secilës specie. Sipas disa vlerësimeve, në fillim të viteve '80. Në botë, mesatarisht, çdo ditë shkatërrohej një specie e kafshëve; deri në vitin 2000, kjo normë mund të rritet në një specie në orë. Në vendin tonë mesatarisht çdo 3,5 vjet zhduket një specie vertebrore. Si mund ta ndryshojmë këtë prirje dhe të kthehemi në rrugën e justifikuar evolucionarisht të rritjes së vazhdueshme të "shumës së jetës" totale në vend që ta zvogëlojmë atë? Ky problem ka të bëjë me të gjithë njerëzimin, por është e pamundur të zgjidhet pa punën e biologëve.
Në mënyrë figurative, biologjia moderne është një ndërtesë e madhe, shumëkatëshe që përmban mijëra "dhoma" - drejtime, disiplina, shkenca të tëra të pavarura. Thjesht renditja e tyre mund të marrë dhjetëra faqe.
Në ndërtesën e biologjisë ekzistojnë, si të thuash, katër "kate" kryesore që korrespondojnë me nivelet themelore të organizimit të materies së gjallë. "Kati" i parë është gjenetik molekular. Objekti i studimit të gjallesave këtu janë njësitë e informacionit trashëgues (gjenet), ndryshimet e tyre - mutacionet dhe vetë procesi i transmetimit të informacionit trashëgues. "Kati" i dytë është ontogjenetik, ose niveli i zhvillimit individual. Ngjarjet në këtë "kat" janë ende më pak të studiuara në biologji. Këtu ndodh një proces misterioz që përcakton pamjen në vendin e duhur, në kohën e duhur, të asaj që duhet të shfaqet gjatë zhvillimit normal të çdo individi - një këmbë ose një sy në një kafshë, një gjethe ose një lëvore në një bimë. "Kati" tjetër është niveli i popullsisë-specie. Njësitë elementare në këtë nivel janë popullatat, d.m.th., grupe relativisht të vogla, ekzistuese prej kohësh të individëve të së njëjtës specie, brenda të cilave ndodh shkëmbimi i informacionit trashëgues. Fenomenet elementare këtu janë ndryshimet e pakthyeshme në përbërjen gjenotipike të popullatave dhe në fund të fundit shfaqja e përshtatjeve të ndryshme dhe specieve të reja. Në "katin" e fundit, të katërt, proceset zhvillohen në sisteme ekologjike të shkallëve të ndryshme - bashkësi komplekse të shumë specieve, deri në proceset e biosferës në tërësi. Strukturat elementare të këtyre bashkësive janë biogjeocenozat, dhe dukuritë elementare janë kalimi i biogjeocenozës nga një gjendje ekuilibri dinamik në tjetrin, gjë që përfundimisht çon në një ndryshim në të gjithë biosferën në tërësi. Çdo nivel ka ligjet e veta, por ngjarjet që ndodhin në secilin prej tyre janë të lidhura ngushtë me ngjarjet në nivele të tjera.
Në dekadat e fundit, biologjia molekulare ka ecur disi përpara (për sa i përket numrit të shkencëtarëve të punësuar në këtë fushë, dhe fondeve të alokuara në vende të ndryshme për zhvillimin e kësaj fushe të veçantë të kërkimit). Janë marrë rezultate të jashtëzakonshme, duke filluar nga thjesht teorike (deshifrimi i kodit gjenetik dhe sinteza e gjeneve të para artificiale) deri tek ato praktike (për shembull, zhvillimi i inxhinierisë gjenetike). Biologjia e popullsisë tani po fillon të zhvillohet me shpejtësi, gjë që do të bëjë të mundur zgjidhjen me sukses të shumë problemeve moderne që lidhen me rritjen e prodhimit të produkteve ushqimore të nevojshme për një popullatë në rritje njerëzore, duke ruajtur speciet e organizmave të gjallë që zhduken me shpejtësi, një sërë problemesh që lidhen me detyrë madhështore e tranzicionit në menaxhimin e zhvillimit evolucionar të një popullsie gjithnjë e më të madhe.më shumë lloje. Zhvillimi intensiv i "katit" të kërkimit të biosferës nuk është larg.
Nuk duhet menduar se biologët në fushat klasike - zoologji, botanikë, morfologji, fiziologji, sistematikë dhe të tjera - kanë bërë tashmë gjithçka. Këtu ka ende shumë punë për të bërë. A e dini se më pak se gjysma e organizmave që banojnë në planetin tonë janë përshkruar shkencërisht (parashikohen përshkrime të sakta dhe jepet një emër shkencor) - vetëm rreth 4.5 milionë specie, dhe sipas disa vlerësimeve, jo më shumë se një e treta apo edhe një e katërta e tyre? Edhe në vendin tonë, i vendosur kryesisht në një zonë klimatike të butë, që nuk dallohet nga shumëllojshmëria e formave organike, shkencëtarët zbulojnë çdo vit dhjetëra specie të reja (kryesisht jovertebrore).
A nuk është magjepsës hulumtimi i paleontologëve të cilët, duke përdorur mbetje të shpërndara të organizmave fosile, rikrijojnë pamjen e kafshëve të zhdukura prej kohësh, rindërtojnë natyrën e epokave të kaluara dhe zbulojnë mënyrat e zhvillimit të botës organike?
Dhe këtu gjetjet më interesante i presin studiuesit. Sa i bujshëm ishte, për shembull, zbulimi i fosileve më të vjetra para-bërthamore në shkëmbinj më shumë se 3 miliardë vjet të vjetër! Kjo do të thotë se jeta ka ekzistuar në Tokë edhe atëherë. Jo më pak magjepsëse dhe plot zbulime është puna e gjenetistëve, zoologëve, botanistëve, biokimistëve, fiziologëve etj.
Ne jemi gjithnjë e më shumë njerëz në Tokë, dhe ne duam të jetojmë gjithnjë e më mirë. Prandaj, zhvillimi i shoqërisë kërkon gjithnjë e më shumë lëndë të para dhe një shumëllojshmëri produktesh. Kjo krijon detyrën e madhe të intensifikimit të të gjithë ekonomisë kombëtare, duke përfshirë ato degë që lidhen me biologjinë, kryesisht bujqësinë, pylltarinë, gjuetinë dhe peshkimin. Por jo vetëm këto industri. Në vendin tonë, për shembull, është krijuar dhe po zhvillohet me sukses industria mikrobiologjike - një degë e madhe e ekonomisë kombëtare që ofron produkte ushqimore dhe ushqimore (për bagëtinë dhe shpendët, peshqit e kultivuar, etj.), ilaçet dhe medikamentet më të fundit, madje ndihmon në nxjerrjen e mineraleve të ndryshme. Një tjetër degë biologjike e ekonomisë kombëtare ka filluar dhe tashmë po jep frytet e saj të para - bioteknologjia, e bazuar në përdorimin e proceseve dhe strukturave të zbuluara nga biologjia fiziko-kimike (molekulare) për të krijuar substanca dhe produkte të nevojshme për njerëzimin. Zhvillimi i fushave më të rëndësishme të shkencave biologjike, zgjerimi i lidhjes së tyre praktike me mjekësinë dhe bujqësinë diskutohet në "Drejtimet kryesore të zhvillimit ekonomik dhe social të BRSS për 1986-1990 dhe për periudhën deri në vitin 2000", miratuar nga Kongresi XXVII i CPSU.
Intensifikimi nënkupton gjithashtu kursim të burimeve natyrore dhe ruajtjen e tyre në interes të një shoqërie në zhvillim. Një pronë e jashtëzakonshme e burimeve të gjalla natyrore është rinovimi i tyre, aftësia e tyre për t'u rikthyer si rezultat i riprodhimit të organizmave të gjallë. Prandaj, duke intensifikuar përdorimin e burimeve natyrore të gjalla, është e mundur dhe e nevojshme të sigurohet që ato të na shërbejnë për një kohë të pacaktuar. Kjo mund të bëhet duke organizuar përdorimin real ekonomik, ekonomik dhe mirëmbajtjen e forcave të gjalla të natyrës. Shumë shkencëtarë po punojnë për zgjidhjen e këtyre problemeve. Partia dhe qeveria i kushtojnë vëmendje të madhe të gjitha këtyre çështjeve. Programi i CPSU (botimi i ri) thotë: "Partia e konsideron të nevojshme të forcojë kontrollin mbi menaxhimin e mjedisit dhe të zgjerojë më gjerësisht edukimin mjedisor të popullsisë".
Kur lindi ideja e krijimit të këtij libri, një nga detyrat kryesore të vendosura për ekipin e autorëve ishte të fliste për tiparet e rëndësishme dhe interesante të biologjisë moderne, për atë që tashmë është arritur në fusha të ndryshme të saj dhe cilat probleme të pazgjidhura biologët. fytyrë. Ne donim, pa përsëritur tekstin shkollor, por duke u mbështetur në njohuritë që jep kurrikula shkollore në biologji, të tregonim se çfarë po punojnë biologët në laboratorë dhe ekspedita. Fjalori përmban edhe shumë ese për biologë të shquar të vendit tonë dhe të vendeve të tjera. Është falë punës së paraardhësve tanë në shkencë që ne kemi njohuritë që kemi sot.
Disa fjalë se si ta lexoni këtë libër. Në tekst do të gjeni shpesh fjalë me shkronja të pjerrëta. Kjo do të thotë se ekziston një artikull i veçantë për këtë koncept në fjalor. Indeksi alfabetik i vendosur në fund të librit do t'ju ndihmojë të lundroni në përmbajtjen e fjalorit. Sigurohuni që t'i hidhni një sy listës së materialeve të rekomanduara për lexim.
Shpresojmë që "Fjalori Enciklopedik i një Biologu të Ri" do t'ju ndihmojë të mësoni shumë gjëra të reja dhe magjepsëse rreth natyrës së gjallë, të gjeni përgjigje për pyetjet tuaja dhe të zgjojë dhe zhvillojë interes për shkencën e mrekullueshme të qenieve të gjalla - biologjinë.
Fizikanët kanë ditur për efektet kuantike për më shumë se njëqind vjet, për shembull, aftësinë e kuanteve për t'u zhdukur në një vend dhe për t'u shfaqur në një vend tjetër, ose për të qenë në dy vende në të njëjtën kohë. Sidoqoftë, vetitë e mahnitshme të mekanikës kuantike vlejnë jo vetëm për fizikën, por edhe për biologjinë.
Shembulli më i mirë i biologjisë kuantike është fotosinteza: bimët dhe disa baktere përdorin energji nga rrezet e diellit për të ndërtuar molekulat që u nevojiten. Rezulton se fotosinteza në fakt mbështetet në një fenomen befasues - masa të vogla energjie "eksplorojnë" të gjitha mënyrat e mundshme për t'u përdorur dhe më pas "zgjidhin" më efikasin. Ndoshta lundrimi i shpendëve, mutacionet e ADN-së dhe madje edhe shqisa jonë e nuhatjes mbështeten në një mënyrë ose në një tjetër në efektet kuantike. Megjithëse kjo fushë e shkencës është ende shumë spekulative dhe e diskutueshme, shkencëtarët besojnë se pasi të përftohen nga biologjia kuantike, idetë mund të çojnë në krijimin e ilaçeve të reja dhe sistemeve biomimetike (biomimetrika është një fushë tjetër e re shkencore ku sistemet dhe strukturat biologjike përdoren për të krijoni materiale dhe pajisje të reja).
3. Ekzometeorologjia
Jupiteri Së bashku me ekzoqeanografët dhe ekzogjeologët, ekzometeorologët janë të interesuar të studiojnë proceset natyrore që ndodhin në planetë të tjerë. Tani që teleskopët e fuqishëm kanë bërë të mundur studimin e proceseve të brendshme të planetëve dhe hënave të afërta, ekzometeorologët mund të monitorojnë kushtet e tyre atmosferike dhe të motit. dhe Saturni, me shkallën e tij të pabesueshme, janë kandidatët kryesorë për kërkime, siç është Marsi, me stuhitë e tij të rregullta të pluhurit.
Ekzometeorologët madje studiojnë planetë jashtë sistemit tonë diellor. Dhe ajo që është interesante është se ata përfundimisht mund të gjejnë shenja të jetës jashtëtokësore në ekzoplanetë duke zbuluar gjurmë organike ose nivele të larta të dioksidit të karbonit në atmosferë - një shenjë e qytetërimit industrial.
4. Nutrigjenomika
Nutrigenomics është studimi i marrëdhënieve komplekse midis shprehjes së ushqimit dhe gjenomit. Shkencëtarët që punojnë në këtë fushë po kërkojnë të kuptojnë rolin e variacioneve gjenetike dhe përgjigjeve dietike në mënyrën se si lëndët ushqyese ndikojnë në gjenom.
Ushqimi me të vërtetë ka një ndikim të madh në shëndetin tuaj - dhe fjalë për fjalë fillon në nivelin molekular. Nutrigenomics funksionon në të dy drejtimet: studion se si gjenomi ynë ndikon saktësisht në preferencat gastronomike dhe anasjelltas. Qëllimi kryesor i disiplinës është të krijojë ushqim të personalizuar - kjo është për të siguruar që ushqimi ynë është i përshtatshëm në mënyrë ideale me grupin tonë unik të gjeneve.
5. Kliodinamika
Kliodinamika është një disiplinë që ndërthur makrosociologjinë historike, historinë ekonomike (kliometrikën), modelimin matematikor të proceseve sociale afatgjata, si dhe sistemimin dhe analizën e të dhënave historike.
Emri vjen nga emri i muzës greke të historisë dhe poezisë, Clio. E thënë thjesht, kliodinamika është një përpjekje për të parashikuar dhe përshkruar lidhjet e gjera shoqërore të historisë - si për të studiuar të kaluarën dhe si një mënyrë potenciale për të parashikuar të ardhmen, për shembull, për të parashikuar trazira sociale.
6. Biologji sintetike
Biologjia sintetike është projektimi dhe ndërtimi i pjesëve, pajisjeve dhe sistemeve të reja biologjike. Ai gjithashtu përfshin përmirësimin e sistemeve ekzistuese biologjike për një numër të pafund aplikimesh të dobishme.
Craig Venter, një nga ekspertët kryesorë në këtë fushë, njoftoi në vitin 2008 se ai kishte rindërtuar të gjithë gjenomin e një bakteri duke ngjitur së bashku përbërësit e tij kimikë. Dy vjet më vonë, ekipi i tij krijoi "jetën sintetike" - molekulat e ADN-së të koduara në mënyrë dixhitale, pastaj të printuara 3D dhe të futura në bakteret e gjalla.
Në të ardhmen, biologët synojnë të analizojnë lloje të ndryshme gjenomash për të krijuar organizma të dobishëm për t'u futur në trup dhe biorobote që mund të prodhojnë kimikate - biokarburantet - nga e para. Ekzistojnë gjithashtu ide për të krijuar baktere artificiale që luftojnë ndotjen ose vaksina për të trajtuar sëmundje të rënda. Potenciali i kësaj disipline shkencore është thjesht i madh.
7. Memetikë rekombinante
Kjo fushë e shkencës është në fillimet e saj, por tashmë është e qartë se është vetëm çështje kohe - herët a vonë shkencëtarët do të fitojnë një kuptim më të mirë të të gjithë noosferës njerëzore (tërësia e të gjithë informacionit të njohur për njerëzit) dhe se si shpërndarja e informacionit prek pothuajse të gjitha aspektet e jetës njerëzore.
Ashtu si ADN-ja rekombinante, ku sekuenca të ndryshme gjenetike bashkohen për të krijuar diçka të re, memetika rekombinante studion sesi idetë e kaluara nga personi në person mund të rregullohen dhe kombinohen me meme dhe memeplekse të tjera - komplekse të krijuara memesh të ndërlidhura. Kjo mund të jetë e dobishme për qëllime "terapeutike sociale", për shembull, për të luftuar përhapjen e ideologjive radikale dhe ekstremiste.
8. Sociologji kompjuterike
Ashtu si kliodinamika, sociologjia kompjuterike studion fenomenet dhe tendencat sociale. Në qendër të kësaj disipline është përdorimi i kompjuterëve dhe teknologjive përkatëse të përpunimit të informacionit. Sigurisht, kjo disiplinë u zhvillua vetëm me ardhjen e kompjuterëve dhe përdorimin e gjerë të internetit.
Vëmendje e veçantë në këtë disiplinë i kushtohet flukseve të mëdha të informacionit nga jeta jonë e përditshme, për shembull, emailet, telefonatat, postimet në mediat sociale, blerjet me kartë krediti, pyetjet e motorëve të kërkimit, etj. Shembuj të punës mund të jetë një studim i strukturës së rrjeteve sociale dhe se si shpërndahet informacioni nëpërmjet tyre, ose se si lindin marrëdhëniet intime në internet.
9. Ekonomia konjitive
Në përgjithësi, ekonomia nuk është e lidhur me disiplinat tradicionale shkencore, por kjo mund të ndryshojë për shkak të ndërveprimit të ngushtë të të gjitha fushave shkencore. Kjo disiplinë shpesh ngatërrohet me ekonominë e sjelljes (studimi i sjelljes sonë në kontekstin e vendimeve ekonomike). Ekonomia njohëse është shkenca se si ne mendojmë. Lee Caldwell, autor i një blogu për këtë disiplinë, shkruan për këtë:
“Ekonomia konjitive (ose financiare)... shikon se çfarë po ndodh në të vërtetë në mendjen e një personi kur ai bën një zgjedhje. Cila është struktura e brendshme e vendimmarrjes, çfarë ndikon në të, çfarë informacioni percepton mendja në këtë moment dhe si përpunohet, cilat forma të brendshme preferencash ka një person dhe, në fund të fundit, si pasqyrohen të gjitha këto procese në sjellje ?
Me fjalë të tjera, shkencëtarët fillojnë kërkimet e tyre në një nivel më të ulët, të thjeshtuar dhe formojnë mikromodele të parimeve të vendimmarrjes për të zhvilluar një model të sjelljes ekonomike në shkallë të gjerë. Shpesh kjo disiplinë shkencore ndërvepron me fusha të ngjashme, të tilla si ekonomia kompjuterike ose shkenca konjitive.
10. Elektronikë plastike
Elektronika zakonisht përfshin përçues dhe gjysmëpërçues inertë dhe inorganik si bakri dhe silikoni. Por një degë e re e elektronikës përdor polimere përçuese dhe përçuese të molekulave të vogla që bazohen në karbon. Elektronika organike përfshin projektimin, sintezën dhe përpunimin e materialeve funksionale organike dhe inorganike së bashku me zhvillimin e mikro- dhe nanoteknologjive të avancuara.
Në të vërtetë, kjo nuk është një degë aq e re e shkencës; zhvillimet e para u bënë në vitet 1970. Megjithatë, vetëm kohët e fundit ishte e mundur të bashkoheshin të gjitha të dhënat e grumbulluara, veçanërisht për shkak të revolucionit të nanoteknologjisë. Falë elektronikës organike, së shpejti mund të kemi qeliza diellore organike, monoshtresa vetëorganizuese në pajisjet elektronike dhe proteza organike, të cilat në të ardhmen do të jenë në gjendje të zëvendësojnë gjymtyrët e dëmtuara për njerëzit: në të ardhmen, të ashtuquajturat kiborgë mund të përbëhen nga më shumë lëndë organike sesa pjesë sintetike.
11. Biologji kompjuterike
Nëse ju pëlqen njëlloj matematika dhe biologjia, atëherë kjo disiplinë është vetëm për ju. Biologjia kompjuterike kërkon të kuptojë proceset biologjike përmes gjuhës së matematikës. Kjo përdoret në mënyrë të barabartë për sisteme të tjera sasiore, të tilla si fizika dhe shkenca kompjuterike. Shkencëtarët nga Universiteti i Otavës shpjegojnë se si u bë e mundur kjo:
“Me zhvillimin e instrumenteve biologjike dhe aksesin e lehtë në fuqinë kompjuterike, biologjia si e tillë duhet të funksionojë me gjithnjë e më shumë të dhëna, dhe shpejtësia e njohurive të fituara po rritet vetëm. Kështu, kuptimi i të dhënave tani kërkon një qasje llogaritëse. Në të njëjtën kohë, nga pikëpamja e fizikantëve dhe matematikanëve, biologjia është pjekur në një nivel ku modelet teorike të mekanizmave biologjikë mund të testohen eksperimentalisht. Kjo çoi në zhvillimin e biologjisë kompjuterike.
Shkencëtarët që punojnë në këtë fushë analizojnë dhe matin gjithçka, nga molekulat tek ekosistemet.
Si funksionon "brainmail" - transmetimi i mesazheve nga truri në tru nëpërmjet internetit
10 misteret e botës që shkenca i ka zbuluar më në fund
