Diğer yaşam bilimleri. Bilimsel araştırmaların en umut verici alanları Tıp ve biyoteknolojiler
11 Temmuz 2008Yaşam Bilimleri(yaşam bilimleri) biyoloji, biyoteknoloji ve tıbbın çeşitli dallarını birleştirir. Son yıllarda dünya biliminin ve ekonomisinin önceliklerinden biri bu olmuştur. Yaşam bilimlerinin öncelikli gelişim alanı olarak seçilmesi çeşitli nedenlerle açıklanmaktadır. Bu ilimler insanlığın temel ihtiyaçlarının karşılanmasının temelini oluşturmaktadır.
Her şeyden önce bu sağlıktır. Sağlığa dikkat etmek için sağlıklı bir insana ne olduğunu ve patolojide ne olduğunu anlamanız gerekir. Yaşam beklentisi arttıkça yaşam bilimleri özellikle önem kazanıyor: Toplumun yaşlı üyelerine sağlıklı ve aktif bir yaşlılık sağlama ihtiyacı, biyoloji ve tıp için yeni zorluklar yaratıyor. İkincisi, artan dünya nüfusu ve artan refah, tarımsal üretkenliği artırmaya yönelik yeni yolların, yalnızca daha üretken değil, aynı zamanda gelişmiş tüketici özelliklerine sahip yeni bitki çeşitlerinin geliştirilmesini gerektiriyor. Üçüncüsü, insanlığın doğa üzerinde artan baskısı, ekolojinin giderek daha derinlemesine incelenmesini ve bu yükü azaltmak için önlemlerin benimsenmesini gerektirmektedir - örneğin, biyoyakıt üretme yöntemleri, biyolojik olarak parçalanabilen plastikler, ileri tarım uygulamaları, çevre kirliliğinin azaltılması ve biyolojik iyileştirme. – kirlenmiş veya tahrip olmuş biyosinozların restorasyonu.
Yaşam bilimlerini birleştiren merkezi bağlantı, terimin en geniş anlamıyla biyoteknolojidir.
Yaşam sistemlerinin önceliği
Hastalıkların kişisel tanımlanması ve güvenilir teşhisi, insan organlarının yetiştirilmesi ve yüksek miktarda vitamin, yağ ve protein içeren mahsullerin oluşturulması, yeni aşılar ve ilaçlar - bunlar ve diğer birçok teknoloji haklı olarak "yaşayan sistemler" adı verilen en geniş alana aittir.
Sanayi sonrası toplumda gelişmiş bir ekonomi yaratmak, teknolojik yapıyı ve mevcut ekonomik sisteme karşılık gelen bilimsel faaliyet biçimlerini güncellemeden mümkün değildir. Bu nedenle devletimizin temel görevlerinden biri, etkin ve rekabetçi bir bilim ve yenilik sektörünün oluşturulmasıdır. Devletin bilim ve teknolojinin geliştirilmesi alanındaki ana aracı, “2007-2012 yılları için Rusya'nın bilimsel ve teknik kompleksinin geliştirilmesi için öncelikli alanlarda araştırma ve geliştirme” federal hedef programıdır. Bu programın bir parçası olarak devlet, seçilmiş bilimsel ve bilimsel-teknik devlet önceliklerine karşılık gelen çalışmaları finanse etmektedir; bunlardan biri de “Yaşayan Sistemler”dir.
STRF.ru yardım:
Öncelikli alan olan “Yaşayan Sistemler” alanındaki çalışmalar da “2007-2012 Rusya Bilimsel ve Teknolojik Kompleksinin Geliştirilmesinde Öncelikli Alanlarda Araştırma ve Geliştirme” Federal Hedef Programı çerçevesinde yürütülmektedir. Bu doğrultuda 2008 yılında özellikle aşağıdaki kritik teknolojiler geliştirildi:
– insanların ve hayvanların yaşam desteği ve korunmasına yönelik biyomedikal ve veterinerlik teknolojileri;
– biyokatalitik, biyosentetik ve biyosensör teknolojileri;
– ilaç üretimine yönelik genomik ve post-genomik teknolojiler;
– hücresel teknolojiler;
– biyomühendislik teknolojileri.
Konsept "yaşam bilimleri" alışılagelmiş “biyolojik bilimler” kavramının yerini alarak canlılarla ilgili tüm bilimlere ortak bir isim verdi: zooloji ve genetik, botanik ve moleküler biyoloji, fizyoloji ve biyokimya, ekoloji ve tıp. Bu alanlarda çalışan herkes, ister insan, ister çiçek, ister virüs, ister bakteri olsun, canlı sistemlerle yani canlı organizmalarla uğraşır. Canlı sistemlerin üreyen, nefes alan, beslenen, hareket eden her şey olduğunu söyleyebiliriz.
Ancak bu sadece isim değişikliği meselesi değil. “Yaşayan sistemler” terimi daha aktif, daha yapılandırılmıştır. Biyologların, kimyagerlerin, fizikçilerin ve matematikçilerin çalıştığı bu disiplinler arası bilim ve bilgi alanına sistematik bir yaklaşımı yansıtmaktadır. Ayrıca “Yaşayan Sistemler” tabiri de oldukça teknolojiktir. Yalnızca canlıların organizasyon ilkelerinin bilinmesini ve keşfedilmesini değil, aynı zamanda bu bilginin yeni teknolojiler biçiminde kullanılmasını da içerir. Bu yaklaşım, farklı uzmanları bilimsel bir fikirden pratik uygulamaya ve insanların çıkarları doğrultusunda kullanmaya ortaklaşa geçmeye davet eder.
Hastalıkların kişisel tanımlanması ve güvenilir teşhisi, insan organlarının yetiştirilmesi ve yüksek miktarda vitamin, yağ ve protein içeren mahsullerin oluşturulması, yeni aşılar ve ilaçlar - bunlar ve diğer birçok teknoloji haklı olarak "yaşayan sistemler" adı verilen en geniş alana aittir. Bu alanda yürütülen araştırma ve geliştirmeler sektörümüzü yüksek teknolojilerle dolduracak, Rus vatandaşlarının sağlığını iyileştirecek ve güvenliğini artıracaktır. Bu nedenle canlı sistemler, bilim ve teknoloji alanında federal hedefli programlarla aktif olarak desteklenen temel hükümet önceliklerinden biridir.
Bu koleksiyon, okuyucuya teknolojik platformlar ve biyoteknoloji kavramının yanı sıra "Yaşayan Sistemler" öncelikli yönde çalışan önde gelen Rus bilim ekiplerinin bazı gelişmelerini kısaca tanıtacaktır.
STRF.ru yardım:
2008 yılında Federal Hedef Programı çerçevesinde “Yaşayan Sistemler” yönündeki fonların bölgelere göre dağılımı (milyon ruble):
FEFD – 9 sözleşme, bütçe 116,5
Volga Federal Bölgesi - 17 sözleşme, bütçe 140,1
Kuzeybatı Federal Bölgesi - 32 sözleşme, bütçe 156,0
Sibirya Federal Bölgesi - 34 sözleşme, bütçe 237,4
Ural Federal Bölgesi – 1 sözleşme, bütçe 50
Merkezi Federal Bölge - 202 sözleşme, bütçe 2507,8
Güney Federal Bölgesi - 4 sözleşme, bütçe 34,85
Teknoloji olarak bilgi
Canlı sistemler alanındaki temel ve uygulamalı gelişmelerin gelişimi üzerine yapılan konuşmalarda “teknoloji” kavramıyla giderek daha fazla karşılaşılmaktadır. Modern, sanayi sonrası bir ekonomide teknoloji, teknik araçları (örneğin, organizasyonel teknolojiler, tüketici teknolojileri, sosyal teknolojiler, politik teknolojiler) kullanan amaca yönelik faaliyetler için belgelenmiş bir bilgi kümesi olarak anlaşılmaktadır. Piyasa ekonomisinde bir bilgi türü olarak teknolojinin bir meta olduğu unutulmamalıdır. Bu kavramın ifade ettiği bilgi birikimi, sadece ne yaptığımıza dair değil, bunu nasıl ve en önemlisi neden yaptığımıza dair soruları da gündeme getiriyor.
Ulusal ölçekte bilimsel ve teknik kompleksin geliştirilmesine yönelik stratejiler belirlenirken “teknolojik platform” kavramı kullanılmaktadır. Bu terimin henüz net bir tanımı yoktur. Bununla birlikte, bu kavramın bilimsel ve teknolojik çalışmalara yönelik dış siparişlere bağlı olarak değişen bir bilgi birikimi, yöntemler, malzeme ve teknik temel ve nitelikli personel bütününü içerdiği zaten açıktır. Öncelikli yön olan “Yaşayan Sistemler” birçok teknoloji platformunun birleşimi olarak düşünülebilir.
Sırlar Açığa Çıktı
Yaşayan sistemlerden doğa için yaşamın normu olan teknolojileri türetiyoruz. Bunları herhangi bir canlı organizmanın doğumu, gelişimi ve ölümü sırasında kullanır. Dahası, canlı bir sistemin hiyerarşisinin her seviyesinde (genetik, hücresel, organizmasal) farklı teknolojik çözümler bulunur.
Her canlı sistem, kalıtsal bilgiyi saklayan ve nesilden nesile aktaran yaşamın ana molekülü olan DNA ile başlar. DNA kabaca anlamsal bölümlere (genlere) bölünebilir. Organizmanın özelliklerini oluşturan bazı proteinlerin sentezlenmesi ve onun yaşamının sağlanması için komutlar gönderirler. Bilim insanları insanlarda bulunan gen sayısını 20-25 bin olarak tahmin ediyor. Genlerde mutasyon adı verilen hatalar meydana gelirse, kişide ciddi hastalıklar ortaya çıkar. Genomda “kaydedilen” metnin hacmi, günlük İzvestia gazetesinin 30 yıllık dosyasıyla aynı.
DNA hücrede yaşar ve çalışır. Canlı bir hücre mükemmelliğin ta kendisidir. Yararsız maddeleri faydalı maddelere nasıl dönüştüreceğini, vücut için iç ilaçları, yapı malzemelerini ve çok daha fazlasını nasıl sentezleyeceğini biliyor. Her dakika, en sıradan koşullar altında, su ortamında, yüksek basınç ve sıcaklıkların olmadığı bir canlı hücresinde milyonlarca kimyasal reaksiyon meydana gelir.
Bir hücre yalnızca tek hücreli organizmalarda (bakterilerde) kendi başına yaşar, ancak yaşayan sistemlerin çoğu çok hücrelidir. Yetişkin insan vücudu ortalama 1014 hücre içerir. Doğarlar, dönüşürler, işlerini yaparlar ve ölürler. Ancak aynı zamanda kolektif savunma sistemleri (bağışıklık sistemi), adaptasyon (düzenleyici sistem) ve diğerlerini oluşturarak uyum ve işbirliği içinde yaşarlar.
Canlı sistemlerin sırlarını adım adım açığa çıkarıyoruz ve bu bilgiye dayanarak yaratıyoruz. biyoteknoloji.
Biyoteknoloji
Biyoteknoloji, canlı sistemlerin veya bileşenlerinin madde veya diğer canlı sistemleri üretmek için kullanıldığı süreçler olarak tanımlanabilir. Canlılar, ham maddeleri (besinleri) yaşamlarını desteklemek için gerekli olan çok çeşitli ürünlere dönüştüren eşsiz “fabrikalardır”. Üstelik bu fabrikalar çoğalma, yani birbirine çok benzeyen başka “fabrikalar” üretme yeteneğine de sahiptir.
Bugün, canlı fabrikalardaki "işçilerin" nasıl yapılandırıldığına ve işlediğine - genom, hücresel yapılar, proteinler, hücrelerin kendisi ve bir bütün olarak vücut - hakkında zaten çok şey biliyoruz.
Henüz eksik olmasına rağmen bu bilgi sayesinde araştırmacılar, canlı sistemlerin bireysel unsurlarını (genler (genomik teknolojiler), hücreler (hücresel teknolojiler)) manipüle etmeyi ve bizim için yararlı özelliklere sahip genetiği değiştirilmiş canlı organizmalar yaratmayı (genetik mühendislik) öğrendiler. İhtiyacımız olan ürünü (endüstriyel biyoteknoloji) üretmek için doğal “fabrikaları” nasıl uyarlayacağımızı biliyoruz. Ve dahası, ihtiyacımız olanı sentezlemeleri için bu fabrikaların genetiğini değiştirin.
Daha sonra tartışılacak olan biyoteknolojileri bu şekilde yaratıyoruz. Ancak sizi halihazırda insanın hizmetine sunulmuş teknoloji örnekleriyle tanıştırmadan önce, bugün bilim adamlarının yaşamın gizemlerine nüfuz etmesine ve canlı sistemlerin mekanizmalarını anlamalarına yardımcı olan zarif bir çözüm hakkında birkaç söz söylemek gerekiyor. Sonuçta hücrede meydana gelen süreçler görünmezdir ve bilimsel araştırmalar bunların görülüp anlaşılabileceği teknolojilere ihtiyaç duyar. Bu arada bu çözüm başlı başına bir biyoteknolojidir.
Parlayan sincaplar
Genlerin nasıl çalıştığını anlamak için çalışmalarının sonucunu yani onların emriyle sentezlenen proteinleri görmek gerekir. Aradığımız kişileri tam olarak nasıl tespit edebiliriz? Bilim insanları, ultraviyole ışıkta parıldayan proteinleri görünür hale getiren bir yöntem buldu.
Bu tür parlak proteinler doğada, örneğin deniz kabuklularında ve denizanasında bulunur. İkinci Dünya Savaşı sırasında Japonlar, yerel ışık kaynağı olarak çift kabuklu kabuklu bir kabuklu olan “deniz ateş böceğinden” elde edilen tozu kullandı. Suya batırıldığında parlak bir şekilde parlıyordu. O. Shimomura (Japonya), 20. yüzyılın 50'li yıllarının sonlarında ilk kez bu deniz ateşböceği ve denizanasından ışıklı proteinleri izole etti. Bu, artık ünlü olan GFP - yeşil floresan proteininin tarihinin başlangıcıydı. Ve 2008 yılında O. Shimomura, M. Chelfi ve R. Tsien (ABD), floresan proteinler nedeniyle Nobel Kimya Ödülü'nü aldı. Bu proteinlerin yardımıyla, hücresel yapılardan bir hayvanın tamamına kadar çok çeşitli canlı nesnelerin parıldaması sağlanabilir. İstenilen proteinlere genetik manipülasyonla bağlanabilen floresan fener, bu proteinin nerede, ne zaman sentezlendiğini ve hücrenin hangi bölgelerine gönderildiğini görmeyi mümkün kıldı. Biyoloji ve tıpta bir devrimdi.
Ancak kırmızı floresan proteinler ilk olarak mercanlarda ve diğer deniz organizmalarında iki Rus araştırmacı Mikhail Mats ve Sergei Lukyanov tarafından keşfedildi. Artık gökkuşağının tüm renklerinde floresan proteinlere sahibiz ve bunların uygulamaları çok geniştir: onkoloji dahil en ileri biyoloji ve tıptan zehirli ve patlayıcı maddelerin tespitine ve parlayan akvaryum balıklarına kadar.
Rusya Bilimler Akademisi Sorumlu Üyesi S. Lukyanov'un (Rusya Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsü) önderliğinde, dünya çapındaki bilim adamlarına çok renkli floresan etiketler sağlayan Rus biyoteknoloji şirketi Evrogen kuruldu. Bugün Evrogen, biyolojik araştırmalara yönelik küresel floresan protein pazarındaki liderlerden biridir.
Genetik tanımlama
Hepimiz çok farklıyız. Görünüm, karakter, yetenekler, ilaçlara duyarlılık, şu veya bu yiyeceğe karşı isteksizlik - bunların hepsi genetik olarak belirlenir. Her birimizin genomunun benzersizliği, onu kimliği tanımlamak için güvenilir bir araç haline getiriyor. Esasında genlerimiz aynı parmak izleridir, yalnızca farklı niteliktedir. DNA tanımlama yöntemi, geçen yüzyılın 80'li yıllarında İngiliz araştırmacı Alik Jeffreys tarafından adli tıp pratiğine dahil edildi. Bugün bu zaten tüm dünyada yaygın ve tanıdık bir prosedürdür.
Rusya'da da kullanılıyor. Ancak yurtdışından analiz için reaktifler satın alıyoruz. Rusya Bilimler Akademisi Genel Genetik Enstitüsü'nde, Rusya Bilimler Akademisi Sorumlu Üyesi Nikolai Yankovsky'nin önderliğinde, insan DNA'sının tanımlanması için bir dizi reaktif oluşturuluyor. Böyle bir yerli aracın ortaya çıkışı çok zamanında, çünkü 1 Ocak 2009'da Rusya Federasyonu Devlet Duması tarafından 19 Kasım 2008'de kabul edilen “Genomik Kayıt Hakkında Kanun” yürürlüğe girecek. Bilim adamlarımızın gelişimi sadece ithalatı reddetmemize izin vermekle kalmayacak, aynı zamanda kriminologlara Batılı benzerlerinin aksine ağır hasar görmüş DNA ile çalışan daha gelişmiş bir araç da sağlayacak. Bu da adli tıpta sık karşılaşılan bir durumdur.
Bu aracın yardımıyla, bir başka önemli sosyal görev de çözülecek: suçların tespitini artıracak ve soruşturma süresini kısaltacak, kanunları çiğneyenlere ait bir genetik veri bankasının oluşturulması. Birleşik Krallık'ta, şu ya da bu şekilde suç dünyasıyla bağlantısı olan kişilerin genetik veri tabanı halihazırda birkaç milyon kişiye ulaşıyor.
DNA tanımlama yöntemi özellikle savaşlarda, afetlerde ve diğer durumlarda ölen kişilerin kimliğinin belirlenmesinde etkilidir. Bugün Rusya'da da kullanılıyor. En ünlü vaka, son kraliyet ailesinin kalıntılarının tespit edilmesidir. Bu büyük çalışmanın son aşaması - imparatorun oğlu ve kızının kalıntılarının tanımlanması - Rusya Bilimler Akademisi Genel Genetik Enstitüsü genomik bölümü başkanı Profesör Evgeniy Rogaev tarafından gerçekleştirildi.
Son olarak DNA kimliklendirme yönteminin bir diğer uygulama alanı ise babalığın tespitidir. Araştırmalar, yasal babaların yüzde birkaçının biyolojik olmadığını gösteriyor. Uzun süre babalık, çocuğun ve ebeveynin kanının analiz edilmesiyle belirlendi - kan grubu ve Rh faktörü belirlendi ve veriler karşılaştırıldı. Ancak araştırmacıların artık anladığı gibi, bu yöntem doğası gereği güvenilmezdi ve kişisel trajedilerle sonuçlanan birçok hata üretti. DNA tanımlamasının kullanılması analizin doğruluğunu neredeyse %100'e çıkarmıştır. Bugün babalık kurmanın bu tekniği Rusya'da mevcuttur.
Genetik teşhis
Bir kişinin genomunun tam bir analizini yapmak şu anda çok büyük miktarda paraya (iki milyon dolar) mal oluyor. Doğru, teknoloji geliştikçe on yıl içinde fiyatın bin dolara düşeceği tahmin ediliyor. Ancak tüm genleri tanımlamamak mümkün değildir. Çoğu zaman, yalnızca çeşitli rahatsızlıkların ortaya çıkması için kritik olan belirli gen gruplarının çalışmasını değerlendirmek yeterlidir.
Genetik teşhis, minyatür, hızlı ve doğru özel cihazlar gerektirir. Bu cihazlara biyoçip adı veriliyor. DNA'nın yapısını belirlemeye yönelik dünyanın ilk biyoçip patenti Rusya'ya ait - Moleküler Biyoloji Enstitüsü'nden Akademisyen Andrei Mirzabekov'un ekibi. V.A.Engelhardt RAS. Daha sonra geçen yüzyılın 80'li yıllarının sonlarında Mirzabekov'un ekibi mikro matris teknolojisini geliştirdi. Daha sonra biyoçip olarak adlandırılmaya başlandı.
Biyolojik mikroçipler, yüzeyinde birçok hücrenin bulunduğu küçük bir cam veya plastik plakadır. Bu kuyucukların her biri, numunede tespit edilmesi gereken genomun bir veya başka kısmı için bir işaretleyici içerir. Bir hastanın kan örneği biyoçipe damlatılırsa, aradığımız şeyi içerip içermediğini öğrenebiliriz; karşılık gelen kuyucuk, floresan etiket nedeniyle parlayacaktır.
Araştırmacılar, kullanılmış bir biyoçipi inceleyerek belirli hastalıklara yatkınlığın teşhisini koyabilecekleri gibi hastanın kanındaki tüberküloz veya hepatit C gibi tehlikeli virüsleri de tespit edebilirler. Sonuçta bir virüs, bir yabancı DNA parçasından başka bir şey değildir. bir protein kabuğunda. Yeni teknik sayesinde biyolojik materyallerin karmaşık laboratuvar analizlerinin süresi birkaç haftadan bir güne indirildi.
Günümüzde Avrupa ve ABD'de onlarca firma biyolojik mikrobiyoçipler geliştiriyor. Ancak Rus biyoçipleri rekabete başarıyla direniyor. Biochip-IMB test sistemini kullanan bir analiz yalnızca 500 rubleye mal olurken, yabancı bir analogun maliyeti 200-500 dolardır.
Ve Rusya Bilimler Akademisi Moleküler Biyoloji Enstitüsü, bir hastadaki hepatit C virüsü türlerini tespit eden biyoçipleri sertifikalandırmaya başladı. Yeni teknolojinin pazar potansiyeli çok büyük. Sonuçta, geleneksel testlerin yardımıyla her üç durumda da bulunan virüsün hangi çeşide ait olduğunu bulmak mümkün değildir. Artık bu sorun çözüldü.
DNA teşhisini kullanarak yalnızca hastalıkları ve bunlara yatkınlığı tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda günlük diyetinizi de ayarlayabilirsiniz. Örneğin tam yağlı sütün dahil edilip edilmeyeceği. Gerçek şu ki, birçok insan için tam yağlı süt mide bulantısına, ishale ve genel halsizliğe neden olur. Bu, süt şekeri - laktozu parçalayan bir enzimin eksikliğinden kaynaklanır. Bundan dolayı vücutta sıkıntılar ortaya çıkar. Ve enzimin varlığı genetik olarak belirlenir. Genetik çalışmalara göre ülkemizdeki yetişkinlerin üçte birinden yarısına kadar kısmı (bölgeye bağlı olarak) tam yağlı sütü sindirememektedir. Ancak okul diyeti hâlâ her çocuk için günde bir bardak süt gerektirmektedir. Rusya Bilimler Akademisi Genel Genetik Enstitüsü'nde geliştirilen bir DNA teşhis testinin yardımıyla kimlere tam yağlı süt önerilebileceğini ve kimlere önerilemeyeceğini belirlemek kolaydır. Rusya Bilimler Akademisi'nin Tambov bölgesi yönetimiyle birlikte yürüttüğü "Sağlıklı İnsanların Sağlığının Korunması" projesi bunu hedefliyor.
Gen terapisi
Genetik teşhis geleceğin tıbbının temelini oluşturuyor. Ancak tıp sadece teşhis değil aynı zamanda tedavidir. Geleneksel tedavinin etkisiz olduğu ciddi vakalarda canlı bir organizmadaki kusurlu genleri düzeltebilir miyiz veya bunları tam olanlarla değiştirebilir miyiz? Bu tam olarak gen terapisinin kendisine belirlediği görevdir.
Gen terapisinin özü kelimelerle basittir: ya çalışmadığı doku ve organların hücrelerindeki bozuk bir geni “onarmak” ya da hastanın vücuduna tam teşekküllü bir gen vermek gerekir; in vitro sentezlenebilir. Günümüzde yeni genlerin hücrelere kazandırılması için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu, genlerin nötralize edilmiş virüsler kullanılarak iletilmesini, genetik materyalin hücre çekirdeğine mikroenjekte edilmesini, yüzeylerinde sağlıklı genler taşıyan küçük altın parçacıklarıyla özel bir silahla hücrelere ateş edilmesini vb. içerir. Şu ana kadar bu konuda çok az başarı elde edildi. pratik gen terapisi alanı. Ancak Rus laboratuvarları da dahil olmak üzere parlak ve esprili keşifler yapılıyor.
Kanser tedavisine yönelik bu fikirlerden birine “Truva atı” denebilir. Herpes virüsünün genlerinden biri kanser hücrelerine aktarılır. Belli bir zamana kadar bu “Truva atı” kendini belli etmez. Ancak herpes tedavisinde yaygın olarak kullanılan bir ilaç (gansiklovir) hastanın vücuduna verildiğinde gen çalışmaya başlar. Bunun sonucunda hücrelerde tümörü içeriden yok eden son derece toksik bir madde oluşur. Kanser gen terapisinin bir başka seçeneği de, "intihar" proteinleri olarak adlandırılan proteinlerin sentezini tetikleyecek ve kanser hücrelerinin "intiharına" yol açacak genlerin kanser hücrelerine verilmesidir.
Kanser hücrelerine gen aktarımı teknolojisi, adını taşıyan Biyoorganik Kimya Enstitüsü'nden bilim adamlarından oluşan büyük bir ekip tarafından geliştiriliyor. M.M. Shemyakin ve Yu.A. Ovchinnikov RAS, Rusya Onkoloji Araştırma Merkezi RAMS, Moleküler Genetik Enstitüsü RAS, Gen Biyolojisi Enstitüsü RAS. Çalışma Akademisyen Evgeniy Sverdlov tarafından yönetiliyor. Projenin ana odağı akciğer kanserine (ölüm sıralamasında birinci sırada) ve yemek borusu kanserine (yedinci sırada) karşı ilaçların yaratılmasıdır. Ancak oluşturulan yöntem ve tasarımlar, sayısı 100'ün üzerinde olan her türlü kanserle mücadelede faydalı olacak. Gerekli klinik denemelerin ardından başarılı olunması halinde ilaçlar 2012 yılında uygulamaya girecek.
Kanser teşhisi
Rusya'da ve dünyada çok sayıda bilimsel ekip kanser sorunu üzerinde çalışıyor. Bu anlaşılabilir bir durumdur: Her yıl kanser, kardiyovasküler hastalıklardan biraz daha az ölümcül hasat elde etmektedir. Bilim adamlarının görevi, kanseri en erken evrelerde tespit etmeyi ve kanser hücrelerini hedefli bir şekilde, vücuda yan etki yaratmadan yok etmeyi mümkün kılan teknolojiler yaratmaktır. Analizin yalnızca birkaç saat sürdüğü erken ve hızlı tanı, geleneksel kanser tedavisi için son derece önemlidir. Doktorlar hastalığı henüz tomurcukta yok etmenin daha kolay olduğunu biliyorlar. Bu nedenle dünya çapındaki kliniklerin bu gereksinimleri karşılayan tanı teknolojilerine ihtiyacı var. Biyoteknolojinin araştırmacıların yardımına geldiği yer burasıdır.
Kanserin erken ve hızlı teşhisine yönelik yeni bir yaklaşım dünyada ilk kez Rusya Bilimler Akademisi Protein Enstitüsü'nden Alexander Chetverin tarafından önerildi. Yöntemin özü, genomun ilgili kısımlarından bilgiyi çıkaran ve kanser proteinlerinin sentezi komutunu taşıyan mRNA moleküllerini kanda tanımlamaktır. Hastanın kan örneğinde bu tür moleküller mevcutsa kanser tanısı konulabilir. Ancak sorun şu ki, kan örneğinde bu moleküllerden çok az bulunurken, çok sayıda molekül var. İhtiyacımız olan tek örnekleri nasıl bulup ayırt edebiliriz? Bu sorun, A. Chetverin liderliğindeki bir bilim insanı ekibi tarafından çözüldü.
Araştırmacılar, polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) adı verilen yöntemi kullanarak aranan ancak görünmez kanser hücresi işaretleyici moleküllerini çoğaltmayı öğrendi.
Sonuç olarak, tüm moleküler koloniler, mikroskop altında zaten görülebilen, görünmez bir molekülden büyür. Bir hastanın kan örneği (örneğin bir mililitre) en az bir kanser hücresi ve bir işaretleyici molekül içeriyorsa, o zaman yeni başlayan hastalık tespit edilebilir.
Analiz sadece birkaç saat içinde yapılabilir ve birkaç bin rubleye mal olur. Ancak, örneğin yıllık önleyici tıbbi muayene sırasında toplu olarak kullanırsanız, fiyat 300-500 rubleye düşebilir.
Kanser tedavisi
Kanser tedavisi alanında da biyoteknolojiye dayalı birçok yeni yaklaşım bulunmaktadır. Bunlardan biri, spesifik antikorların antikanser ajanları olarak kullanılmasıdır.
Antikorlar, bağışıklık sistemi hücreleri tarafından üretilen protein molekülleridir. Aslında bu, vücudumuzun her türlü virüsün yanı sıra kendi vücudumuzun dejenere olmuş hücreleri olan kanser hücrelerine karşı mücadelede kullandığı kimyasal bir silahtır. Bağışıklık sisteminin kendisi kanserle baş edemiyorsa ona yardım edilebilir.
Rusya Bilimler Akademisi Sorumlu Üyesi Sergei Deev liderliğindeki Moleküler İmmünoloji Laboratuvarı'ndan (Rusya Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsü) bilim adamları, hedefi tanıyan ve onu yok eden yeni nesil antikorlar inşa ediyorlar. Bu yaklaşım, kurbanını her zaman ve doğru bir şekilde bulan “sihirli mermi” prensibine dayanmaktadır. Antikorlar bu rol için mükemmel şekilde uygundur. Moleküllerinin bir kısmı hedefe, yani kanser hücresinin yüzeyine işaret eden bir “anten” görevi görür. Antikorun kuyruğuna çeşitli zarar verici maddeler (toksinler, organik moleküller, radyoaktif izotoplar) eklenebilir. Farklı etkileri vardır ama sonuçta hepsi tümörü öldürür.
Kanser hücreleri de neredeyse doğal yollarla yok edilebilir. Doğanın sağladığı bir tür intihar olan programlanmış hücre ölümü mekanizmasını tetiklemek yeterlidir. Bilim adamları buna diyor apoptoz. İntihar mekanizması, hücre içindeki proteinleri ve DNA'nın kendisini yok eden hücre içi enzimler tarafından tetiklenir. Ne yazık ki kanser hücreleri inanılmaz derecede dayanıklıdır çünkü intihara yönelik "ruh hallerini" bastırabilirler. Sorun şu ki, kanser hücrelerinde bu enzimlerden çok az sayıda bulunuyor, dolayısıyla apoptozu tetiklemek zor.
Ancak bu sorun da çözülebilir. İntihar mekanizmasını tetiklemek için Sibiryalı bilim adamları, mitokondri gibi hücresel yapıların zarlarının açılmasını öneriyor. Daha sonra hücre kaçınılmaz olarak ölecektir. Rusya Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi Biyoorganik Kimya Enstitüsü, Devlet Bilim Merkezi “Vector” (Koltsovo köyü), Belediye Akciğer Cerrahi Hastanesi (Novosibirsk), Bilim ve Üretim Vakfı “Tıbbi Teknolojiler” (Kurgan), ve Rusya Tıp Bilimleri Akademisi'nin (Novosibirsk) Klinik ve Deneysel İmmünoloji Araştırma Enstitüsü bu büyük projede yer alıyor. Araştırmacılar birlikte hücresel yapıların zarlarını açabilen maddeleri seçtiler ve bu maddelerin kanser hücresine iletilmesi için bir yöntem geliştirdiler.
Aşılar
Hayvanların bağışıklık sistemi hakkındaki bilgimiz sadece kanserin değil, her türlü bulaşıcı hastalığın tedavisinde de kullanılabilir. Çoğu hastalığa karşı "kalıtım yoluyla" bağışıklık kazanırız; diğerlerine karşı ise yeni bir enfeksiyonun neden olduğu bir hastalığa yakalanarak bağışıklık kazanırız. Ancak bağışıklık, örneğin aşılama yoluyla da geliştirilebilir.
Aşılamanın etkinliği ilk kez 200 yıldan fazla bir süre önce, inek çiçeği geçiren bir kişinin çiçek hastalığına karşı bağışıklık kazandığını kanıtlayan doktor Edward Jenner tarafından kanıtlandı. O günden bu yana pek çok hastalık doktorların kontrolü altına alındı. Pasteur'ün zamanından bu yana aşılarda zayıflatılmış veya öldürülmüş virüsler kullanılıyor. Ancak bu durum sınırlamalar getirmektedir: Aşının aktif viral parçacıklardan tamamen arınmış olduğunun garantisi yoktur; bunların çoğuyla çalışmak büyük bir özen gerektirir; aşının raf ömrü saklama koşullarına bağlıdır.
Bu zorluklar genetik mühendisliği yöntemleri kullanılarak aşılabilir. Onların yardımıyla bakteri ve virüslerin ayrı ayrı bileşenlerini üretebilir ve daha sonra bunları hastalara enjekte edebilirsiniz - koruyucu etki, geleneksel aşıların kullanılmasından daha kötü olmayacaktır. Genetik mühendisliği kullanılarak elde edilen ilk aşılar, şap hastalığına, kuduza, dizanteriye ve diğer hayvan hastalıklarına karşı hayvanlara yönelik aşılardı. İnsanlar için genetiği değiştirilmiş ilk aşı, hepatit B aşısıydı.
Bugün çoğu enfeksiyon için klasik veya genetiği değiştirilmiş aşılar yapabiliyoruz. Asıl sorun yirminci yüzyılın vebası olan AIDS ile ilgilidir. Aşı onun için iyidir. Sonuçta bağışıklık sistemini güçlendirir ve vücudu daha fazla bağışıklık hücresi üretmeye zorlar. AIDS'e neden olan insan bağışıklık yetersizliği virüsü (HIV), bu hücrelerde yaşar ve çoğalır. Başka bir deyişle, ona daha da fazla fırsat veriyoruz; bağışıklık sisteminin yeni, sağlıklı hücrelerini enfekte etmesi için.
AIDS'e karşı aşı bulma araştırmasının uzun bir geçmişi var ve geleceğin akademisyenleri R.V. Kabanov ve R.M. Onun özü şudur polielektrolitler (suda çözünebilen yüklü polimer molekülleri) Bağışıklık sisteminin hücreleriyle etkileşime girer ve ikincisini yoğun bir şekilde antikor üretmeye teşvik eder. Ve örneğin virüs kabuğunu oluşturan proteinlerden biri bir polielektrolit molekülüne bağlanırsa, bu virüse karşı bir bağışıklık tepkisi etkinleştirilecektir. Bu aşı, etki mekanizması bakımından dünyada daha önce oluşturulmuş tüm aşılardan temel olarak farklıdır.
Dünyada ilk ve şu ana kadar insan vücuduna girmesine izin verilen tek polielektrolit polioksidonyum. Daha sonra grip virüsü proteinleri polimer üzerine "dikildi". Sonuç, Rusya'da milyonlarca insanı neredeyse 10 yıldır viral enfeksiyondan koruyan "Grippol" aşısı oldu.
Bugün AIDS aşısı da aynı yöntemle üretiliyor. AIDS virüsünün bir protein özelliği, bir polielektrolite bağlandı. Ortaya çıkan aşı fareler ve tavşanlar üzerinde başarıyla test edildi. Klinik öncesi testlerin sonuçlarına dayanarak, Rusya Bilimler Akademisi İmmünoloji Enstitüsü'ne gönüllülerin katılımıyla klinik araştırmalar yapma izni verildi. İlacın test edilmesinin tüm aşamaları başarılı olursa, yalnızca HIV enfeksiyonunun önlenmesi için değil, aynı zamanda AIDS'in tedavisi için de kullanılabilir.
Biyoteknolojinin bağışladığı ilaçlar
İlaçlar hala tıbbi uygulamanın ana aracı olmayı sürdürüyor. Ancak ilaçta aslan payını üreten kimya sektörünün yetenekleri sınırlıdır. Pek çok maddenin kimyasal sentezi, proteinlerin büyük çoğunluğunun sentezi gibi karmaşık ve çoğunlukla imkansızdır. Biyoteknolojinin imdadımıza yetiştiği yer burasıdır.
Mikroorganizmalar kullanılarak ilaç üretiminin uzun bir geçmişi vardır. İlk antibiyotik olan penisilin 1928 yılında küflerden izole edilmiş ve 1940 yılında endüstriyel üretimine başlanmıştır. Penisilinin ardından diğer antibiyotikler de keşfedilerek seri üretime geçildi.
Uzun bir süre, insan proteinlerine dayalı birçok ilaç yalnızca küçük miktarlarda elde edilebiliyordu; bunların üretimi çok pahalıydı. Genetik mühendisliği, protein ilaçlarının çeşitliliğinin ve sayısının keskin bir şekilde artacağına dair umut verdi. Ve bu beklentiler haklı çıktı. Biyoteknolojik yollarla elde edilen birkaç düzine ilaç halihazırda tıbbi uygulamaya girmiştir. Uzmanlara göre, genetik mühendisliği tarafından oluşturulan protein bazlı ilaçlara yönelik küresel pazarın yıllık hacmi %15 artacak ve 2010 yılına kadar 18 milyar dolara ulaşacak.
Biyoteknoloji uzmanlarımızın bu alandaki çalışmalarının en çarpıcı örneği, adını taşıyan Biyoorganik Kimya Enstitüsü'nde üretilen genetiği değiştirilmiş insan insülinidir. M.M.Shemyakin ve Yu.A.Ovchinnikov RAS. İnsülin yani protein yapılı bir hormon vücudumuzda şekerin parçalanmasını düzenler. Hayvanlardan elde edilebilir. Daha önce de yaptıkları buydu. Ancak biyokimyasal olarak bize en yakın hayvanlar olan domuzların pankreasından elde edilen insülin bile insan insülininden biraz farklıdır.
İnsan vücudundaki aktivitesi insan insülininin aktivitesinden daha düşüktür. Ayrıca bağışıklık sistemimiz yabancı proteinlere tahammül etmez ve onları reddetmek için elinden geleni yapar. Bu nedenle enjekte edilen domuz insülini, terapötik bir etkiye sahip olmaya zaman bulamadan ortadan kaybolabilir. Sorun, bugün Rusya da dahil olmak üzere insan insülini üretmek için kullanılan genetik mühendisliği teknolojisiyle çözüldü.
Biyoorganik Kimya Enstitüsü'nde genetiği değiştirilmiş insan insülinine ek olarak. Rusya Bilimler Akademisi, Biyoorganik Kimya Enstitüsü, Rusya Bilimler Akademisi'nden M.M. Shemyakina ve Yu.A. Ovchinnikova, Rusya Tıp Bilimleri Akademisi Hematolojik Araştırma Merkezi ile birlikte, devasa mücadeleye yönelik protein üretimi için bir teknoloji yarattı. kan kaybı. İnsan serum albümini ve kan pıhtılaşma faktörü, afet tıbbında talep edilen mükemmel ilk yardım ve canlandırma araçlarıdır.
Genetiği değiştirilmiş bitkiler
Her geçen gün artan genetik bilgimiz, yalnızca hastalıkları teşhis etmek için genetik testler ve parlayan proteinler, aşılar ve ilaçlar değil, aynı zamanda yeni organizmalar da oluşturmamıza olanak sağladı. Bugün genetiği değiştirilmiş veya transgenik organizmaları (GDO'lar) duymamış neredeyse hiç kimse yok. Bunlar, DNA genlerinin dışarıdan eklendiği ve bu organizmalara insan açısından yararlı yeni özellikler kazandıran bitkiler veya hayvanlardır.
GDO ordusu büyüktür. Biyoteknolojik fabrikalarda çalışan ve bizim için birçok faydalı madde üreten faydalı mikroplar, gelişmiş özelliklere sahip mahsuller, daha fazla et ve daha fazla süt üreten memeliler arasında yer alıyor.
GDO'ların en yaygın alt dallarından biri de elbette bitkilerdir. Sonuçta, çok eski zamanlardan beri insanlar için yiyecek ve hayvan yemi olarak hizmet ettiler. Bitkilerden inşaat için elyaf, ilaç ve parfüm için maddeler, kimya endüstrisi için hammaddeler, enerji, ateş ve ısı elde ediyoruz.
Seçici ıslah yoluyla bitkilerin kalitesini artırmaya ve yeni çeşitler geliştirmeye devam ediyoruz. Ancak bu özenli ve emek yoğun süreç çok zaman alır. Yararlı genleri bitki genomuna yerleştirmemize olanak tanıyan genetik mühendisliği, üremeyi temelde yeni bir düzeye taşıdı.
Çeyrek asır önce yaratılan ilk transgenik bitki tütündü ve bugün dünyada endüstriyel ölçekte 160 transgenik ürün kullanılıyor. Bunların arasında mısır ve soya fasulyesi, pirinç ve kolza tohumu, pamuk ve keten, domates ve kabak, tütün ve pancar, patates ve karanfil ve diğerleri yer almaktadır.
Akademisyen K.G. Skryabin başkanlığındaki Rusya Bilimler Akademisi Biyomühendislik Merkezi'nde. Belaruslu meslektaşlarıyla birlikte, genetiği değiştirilmiş ilk yerli mahsul olan Colorado patates böceğine dayanıklı Elizaveta patates çeşidini yarattılar.
1980'lerin başında geliştirilen ilk genetiği değiştirilmiş ürünler, herbisitlere ve böceklere karşı dayanıklıydı. Günümüzde genetik mühendisliğinin yardımıyla daha fazla besin içeren, bakteri ve virüslere, kuraklığa ve soğuğa dayanıklı çeşitler elde ediyoruz. 1994 yılında ilk kez çürümeye dayanıklı domates çeşidi yaratıldı. Bu çeşitlilik iki yıl içinde genetiği değiştirilmiş gıda pazarlarında ortaya çıktı. Başka bir transgenik ürün olan Altın pirinç yaygın olarak bilinir hale geldi. İçinde, normal pirinçten farklı olarak, vücudun büyümesi için kesinlikle gerekli olan A vitamininin öncüsü olan beta-karoten oluşur. Altın pirinç, pirincin hala diyette ana yemek olduğu ülkelerin sakinleri için yeterli beslenme sorununu kısmen çözüyor. Ve bu en az iki milyar insan.
Genetik mühendislerinin takip ettiği tek hedef beslenme ve üretkenlik değildir. Yaprak ve meyvelerinde aşı ve ilaç bulunacak bitki çeşitleri oluşturmak mümkün. Bu çok değerli ve kullanışlıdır: Transgenik bitkilerden yapılan aşılar, tehlikeli hayvan virüsleriyle kirlenemez ve bitkilerin büyük miktarlarda yetiştirilmesi kolaydır. Ve son olarak, aşılama için patates veya muz gibi herhangi bir transgenik meyve veya sebzenin belirli bir miktarını yemenin yeterli olduğu bitkilere dayanarak "yenilebilir" aşılar oluşturulabilir. Örneğin havuç, vücudun bağışıklık tepkisinin oluşumunda rol oynayan maddeleri içerir. Bu tür bitkiler, Sibirya'nın önde gelen iki biyolojik enstitüsünden bilim adamları tarafından ortaklaşa yaratılmaktadır: Rusya Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi Sitoloji ve Genetik Enstitüsü ve SB RAS Kimyasal Biyoloji ve Temel Tıp Enstitüsü.
Toplumun genetiği değiştirilmiş bitkilere (GMP) karşı dikkatli olduğu söylenemez. Ve bilim camiasında da GMR'nin olası potansiyel tehlikesi hakkında devam eden bir tartışma var. Bu nedenle, GMR (gıda, tarım teknolojisi ve çevre) kullanımıyla ilişkili riskleri değerlendirmek için tüm dünyada araştırmalar sürüyor. Dünya Sağlık Örgütü şunları belirtirken: "GDO'lu mahsullerin ticari kullanımında 10 yılı aşkın bir süredir kazanılan deneyim, özel çalışmaların sonuçlarının analizi şunu göstermektedir: bugüne kadar, kayıtlı GDO'lu ürünlerin kanıtlanmış tek bir toksisitesi veya olumsuz etkisi vakası yoktur. bitkileri dünyada gıda veya yem kaynağı olarak kullanıyorlar."
GMR'nin ticari ekiminin başladığı 1996'dan 2007'ye kadar, transgenik bitkilerle ekilen toplam alan 1,7 milyondan 114 milyon hektara çıktı; bu da dünyadaki tüm ekilebilir alanların yaklaşık %9'una tekabül ediyor. Üstelik bu alanın %99'unu beş ürün kaplıyor: soya fasulyesi, pamuk, pirinç, mısır ve kolza tohumu. Toplam üretim hacminde genetiği değiştirilmiş çeşitler %25'in üzerinde bir paya sahiptir. GMR kullanımında mutlak lider, 2002 yılında pamuk ve soya fasulyesinin %75'inin transgenik olduğu Amerika Birleşik Devletleri'dir. Arjantin'de transgenik soya fasulyesinin payı %99'du, Kanada'da kolza tohumunun %65'i bu şekilde üretildi ve Çin'de pamuğun %51'i bu şekilde üretildi. 2007 yılında 12 milyon çiftçi hidrokarbon tarımıyla uğraşıyordu ve bunların %90'ı gelişmekte olan ülkelerde yaşıyordu. Rusya'da hidrokarbonların endüstriyel ekimi kanunen yasaktır.
Genetiği değiştirilmiş hayvanlar
Genetik mühendisleri yeni hayvan türleri geliştirmek için benzer bir strateji kullanıyor. Bu durumda, herhangi bir değerli özelliğin ortaya çıkmasından sorumlu olan gen, yeni bir organizmanın daha da gelişeceği döllenmiş yumurtaya aktarılır. Örneğin, bir hayvanın gen dizisi, büyümeyi teşvik eden bir hormonun geniyle desteklenirse, bu tür hayvanlar daha az yiyecek tüketerek daha hızlı büyüyecektir. Sonuç daha ucuz ettir.
Bir hayvan sadece et ve sütün değil aynı zamanda bu sütün içerdiği tıbbi maddelerin de kaynağı olabilir. Örneğin en değerli insan proteinleri. Bunlardan bazılarından zaten bahsetmiştik. Artık bu liste, yeni doğmuş çocukları kendi bağışıklıkları gelişene kadar tehlikeli mikroorganizmalardan koruyan bir protein olan laktoferrin ile desteklenebilir.
Bir kadının vücudu bu maddeyi anne sütünün ilk porsiyonlarıyla birlikte üretir. Ne yazık ki, tüm annelerin sütü yoktur, bu nedenle yeni doğanların sağlığını korumak için mama beslemeye insan laktoferrinin eklenmesi gerekir. Diyette yeterli koruyucu protein varsa, yapay bebeklerin çeşitli gastrointestinal enfeksiyonlardan ölüm oranı on kat azaltılabilir. Bu protein sadece bebek maması endüstrisinde değil aynı zamanda örneğin kozmetik endüstrisinde de talep görmektedir.
İnsan laktoferriniyle keçi sütü üretimine yönelik teknoloji, Rusya Bilimler Akademisi Gen Biyolojisi Enstitüsü'nde ve Belarus Ulusal Hayvancılık Bilimleri Akademisi Bilimsel ve Pratik Merkezi'nde geliştirilmektedir. Bu yıl ilk iki transgenik keçi doğdu. Birkaç yıl süren araştırmalar boyunca, her birinin yaratılmasına 25 milyon ruble harcandı. Büyüyüp çoğalıncaya ve değerli insan proteini içeren süt üretmeye başlayana kadar beklememiz gerekiyor.
Hücre mühendisliği
Biyoteknolojinin heyecan verici bir alanı daha var: hücre teknolojisi. Yetenekleri olağanüstü olan kök hücreler insan vücudunda yaşar ve çalışır. Ölü hücrelerin yerini alırlar (örneğin bir eritrosit, bir kırmızı kan hücresi, yalnızca 100 gün yaşar), kırıklarımızı ve yaralarımızı iyileştirir ve hasarlı dokuyu onarırlar.
Kök hücrelerin varlığı, 1909 yılında St. Petersburglu Rus hematolog Alexander Maksimov tarafından tahmin edilmişti. Birkaç on yıl sonra teorik varsayımı deneysel olarak doğrulandı: kök hücreler keşfedildi ve izole edildi. Ancak gerçek patlama, deneysel teknolojiler alanındaki ilerlemenin bu hücrelerin potansiyelini fark etmeyi mümkün kıldığı yirminci yüzyılın sonunda başladı.
Şimdiye kadar kök hücrelerin kullanımıyla ilgili tıptaki ilerlemeler oldukça mütevazıydı. Bu hücreleri nasıl izole edeceğimizi, depolayacağımızı, çoğaltacağımızı ve onlarla deney yapmayı biliyoruz. Ancak meçhul bir kök hücrenin kan hücresine veya kas dokusuna dönüştüğü sihirli dönüşümlerin mekanizmasını hâlâ tam olarak anlamış değiliz. Kök hücrenin dönüşme emrini aldığı kimyasal dili henüz tam olarak anlayamadık. Bu cehalet, kök hücrelerin kullanımından kaynaklanan riskler yaratır ve bunların tıbbi uygulamaya aktif olarak dahil edilmesini engeller. Ancak yaşlılarda iyileşmeyen kırıkların tedavisinde, kalp krizi ve kalp ameliyatı sonrası restoratif tedavilerde ilerlemeler yaşanıyor.
Rusya'da, insan beyni kök hücreleri kullanılarak retina yanıklarının tedavisine yönelik bir yöntem geliştirildi. Bu hücreler göze verilirse aktif olarak yanık bölgesine hareket edecek, hasarlı retinanın dış ve iç katmanlarına yerleşecek ve yanığın iyileşmesini uyaracaktır. Yöntem, Moskova Göz Hastalıkları Araştırma Enstitüsü'nden bilim adamlarından oluşan bir araştırma grubu tarafından geliştirildi. G. Helmholtz Rusya Federasyonu Sağlık Bakanlığı, Gelişim Biyolojisi Enstitüsü adını almıştır. N.K.Koltsov RAS, Gen Biyolojisi RAS Enstitüsü ve Rusya Tıp Bilimleri Akademisi Kadın Hastalıkları, Jinekoloji ve Perinatoloji Bilimsel Merkezi.
Şu anda kök hücreler hakkında bilgi toplama aşamasındayız. Bilim adamlarının çabaları araştırmaya, altyapı oluşturmaya, özellikle de Rusya'da ilki Gemabank olan kök hücre bankalarına odaklanıyor. Büyüyen organlar, multipl skleroz ve nörodejeneratif hastalıkların tedavisi çok uzak olmasa da gelecek.
Biyoenformatik
Bilgi ve bilgi miktarı kartopu gibi artıyor. Canlı sistemlerin işleyiş ilkelerini anlayarak, çeşitli biyokimyasal reaksiyonların birbiriyle karmaşık bir şekilde iç içe geçtiği ve karmaşık ağlar oluşturduğu canlı maddenin yapısının inanılmaz karmaşıklığının farkına varırız. Bu yaşam “ağını” çözmek, ancak canlı sistemlerdeki süreçleri modellemek için modern matematiksel yöntemlerin kullanılmasıyla mümkündür.
Bu nedenle, biyoloji ve matematiğin kesişme noktasında yeni bir yön doğdu - biyoteknoloji uzmanlarının çalışmalarının artık düşünülemeyeceği biyoenformatik. Biyoenformatik yöntemlerin çoğu elbette tıp için, yani yeni tıbbi bileşiklerin araştırılması için işe yarar. Belirli bir hastalığın gelişiminden sorumlu olan molekülün yapısına ilişkin bilgiye dayanarak bunlar aranabilir. Böyle bir molekül, yüksek hassasiyetle seçilen herhangi bir madde ile bloke edilirse hastalığın seyri durdurulabilir. Biyoenformatik, klinik kullanıma uygun bir bloke edici molekülün keşfedilmesini mümkün kılar. Hedefi, örneğin “hastalığa neden olan” bir proteinin yapısını biliyorsak, bilgisayar programlarını kullanarak ilacın kimyasal yapısını simüle edebiliriz. Bu yaklaşım, on binlerce kimyasal bileşiğin sınıflandırılması ve test edilmesi için harcanan zamandan ve kaynaklardan önemli ölçüde tasarruf etmenize olanak tanır.
Rusya'da biyoinformatiği kullanan ilaçların yaratılmasında liderler arasında Himrar şirketi de var. Potansiyel antikanser ilaçlarının araştırılmasında, özellikle binlerce kimyasal bileşiğin taranması ile ilgilenmektedir. Rusya Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi Sitoloji ve Genetik Enstitüsü de biyoenformatikle uğraşan en güçlü Rus bilim merkezleri arasında yer alıyor. Yirminci yüzyılın 60'lı yıllarından başlayarak, Novosibirsk akademik kasabasında biyologları ve matematikçileri birleştiren benzersiz bir bilimsel okul kuruldu. Novosibirsk biyoenformatikçilerinin ana çalışma alanı, hücreler içindeki protein etkileşimlerinin analizi ve yeni ilaçlar için potansiyel moleküler hedeflerin araştırılmasıdır.
Belirli bir hastalığın gelişim mekanizmasını anlamak için, hastalıklı bir hücrede çalışan binlerce genden hangisinin aslında hastalıktan sorumlu olduğunu bilmek önemlidir. Bu hiç de kolay olmayan bir görev, genlerin kural olarak tek başına çalışmaması, yalnızca diğer genlerle birlikte çalışması nedeniyle karmaşık hale geliyor. Peki diğer genlerin belirli bir hastalığa katkısını nasıl hesaba katabiliriz? Ve burada biyoinformatik doktorların yardımına geliyor. Matematiksel algoritmalar kullanarak yolların kesişimlerinin genlerin etkileşimini gösterdiği bir harita oluşturmak mümkündür. Bu tür haritalar, hastalıklı bir hücrede hastalığın farklı aşamalarında çalışan gen kümelerini ortaya çıkarır. Bu bilgi, örneğin hastalığın evresine bağlı olarak kanser tedavisi stratejisinin seçilmesinde son derece önemlidir.
Endüstriyel biyoteknoloji
İnsanoğlu çok eski zamanlardan beri biyoteknolojiyi kullanmıştır. İnsanlar sütten peynir yapar, kışlık lahanayı fermente eder, fermente edilen her şeyden neşeli içecekler hazırlarlardı. Bütün bunlar, ana itici gücün en küçük canlı sistem olan bir mikroorganizma olduğu klasik mikrobiyolojik süreçlerdir.
Günümüzde biyoteknolojinin çözdüğü sorunların kapsamı inanılmaz derecede genişledi. Hastalıkların genetik teşhisinden, biyoteknoloji kullanılarak elde edilen yeni aşı ve ilaçlardan, genetiği değiştirilmiş organizmalardan daha önce bahsetmiştik. Ancak hayat başka zorlukları da beraberinde getirir. Konforlu bir yaşam ortamı yaratmak için gerekli maddeleri (lifler, plastikler, inşaat malzemeleri ve çok daha fazlası) elde ettiğimiz dev kimya üretim tesisleri, bugün artık 60 yıl önceki kadar çekici görünmüyor. Çok fazla enerji ve kaynak tüketiyorlar (yüksek basınçlar, sıcaklıklar, değerli metallerden yapılmış katalizörler), çevreyi kirletiyorlar ve değerli toprakları işgal ediyorlar. Biyoteknoloji uzmanları burada bir alternatif sunabilir mi?
Evet yapabilirler. Örneğin, endüstriyel kimyasal işlemler için etkili katalizörler olarak çalışan genetiği değiştirilmiş mikroorganizmalar. Bu tür biyokatalizörler, örneğin, toksik madde akrilamidinin üretilmesinin tehlikeli ve kirli aşaması için Tüm Rusya Genetik ve Mikroorganizmaların Seçimi Araştırma Enstitüsü'nde oluşturuldu. Polimer yapımında kullanılır poliakrilamid, su arıtmada, çocuk bezi üretiminde, kuşe kağıt üretiminde ve daha birçok amaç için kullanılır. Biyokatalizör, agresif reaktifler ve yüksek basınç kullanılmadan kimyasal reaksiyonun oda sıcaklığında bir monomer üretmesine olanak tanır.
Biyokatalizör, Sergei Voronin liderliğindeki ZAO Bioamid (Saratov) bilimsel ekibinin çabalarıyla Rusya'da endüstriyel kullanıma sunuldu. Aynı ekip, aspartik asit üretimine yönelik biyoteknolojiyi geliştirdi ve ithal ikame edici kalp ilacı Asparkam L'yi yarattı. İlaç zaten Rusya ve Belarus'ta pazara girdi. Rus ilacı sadece ithal analoglardan daha ucuz değil, aynı zamanda doktorlara göre daha etkili. Gerçek şu ki Asparkam L, asidin yalnızca bir optik izomerini içerir, bu da tedavi edici etkilere sahiptir. Ve Batılı analog panangin, iki optik izomerin (L ve D) bir karışımına dayanıyor; ikincisi sadece balast görevi görüyor. Bioamida ekibinin keşfi, ayrılması zor olan bu iki izomeri ayırabilmeleri ve süreci endüstriyel bir temele oturtabilmeleridir.
Gelecekte dev kimya tesislerinin tamamen ortadan kalkması ve onların yerine, çevreye zarar vermeyen, mikroorganizmaların çalışacağı, çeşitli endüstriler için gerekli tüm ara ürünleri üreten küçük, güvenli atölyelerin gelmesi mümkündür. Ayrıca küçük yeşil fabrikalar, ister mikroorganizmalar ister bitkiler olsun, kimyasal reaktörde üretilemeyen faydalı maddeleri elde etmemizi sağlar. Örneğin örümcek ipeği proteini. Örümceğin kurbanları için ördüğü tuzak ağlarının çerçeve iplikleri çelikten birkaç kat daha fazla gerilme özelliğine sahiptir. Görünüşe göre atölyelere örümcek ekiyorsunuz ve onlardan protein iplikleri çekiyorsunuz. Ancak örümcekler aynı kavanozda yaşamazlar; birbirlerini yerler.
Biyolojik Bilimler Doktoru Vladimir Bogush (Devlet Genetik ve Mikroorganizmaların Seçimi Araştırma Enstitüsü) ve Biyolojik Bilimler Doktoru Eleonora Piruzyan (Rusya Bilimler Akademisi Genel Genetik Enstitüsü) liderliğindeki bir bilim insanı ekibi tarafından güzel bir çözüm bulundu. İlk olarak örümcek ipeği proteininin sentezinden sorumlu genler örümcek genomundan izole edildi. Bu genler daha sonra maya ve tütün hücrelerine yerleştirildi. İkisi de ihtiyacımız olan proteini üretmeye başladı. Sonuç olarak, halatların, vücut zırhının ve çok daha fazlasının yapılabileceği, hafif ve son derece dayanıklı, benzersiz ve neredeyse doğal bir yapı malzemesinin üretim teknolojisinin temeli oluşturuldu.
Başka sorunlar da var. Örneğin büyük miktarda atık. Biyoteknoloji atıkları gelire dönüştürmemizi sağlıyor. Tarım, ormancılık ve gıda işlemeden elde edilen yan ürünler, ısıtma ve enerjiye uygun metan, biyogaza dönüştürülebilir. Veya biyoyakıtların ana bileşenleri olan metanol ve etanolü kullanabilirsiniz.
Biyoteknolojinin endüstriyel uygulamaları Moskova Devlet Üniversitesi Kimya Fakültesi'nde aktif olarak yer almaktadır. M.V. Endüstriyel biyosensörlerin oluşturulmasından ince organik sentez için enzim üretimine, endüstriyel atık geri dönüşüm teknolojilerinden biyoyakıt üretimine yönelik yöntemlerin geliştirilmesine kadar çeşitli projelerle uğraşan birkaç laboratuvarı içerir.
Bilim, iş dünyası, hükümet
Elde edilen başarılar, biyologların, kimyagerlerin, doktorların ve canlı sistemler alanında çalışan diğer uzmanların ortak çabalarının sonucudur. Farklı disiplinler arasındaki ilişkiler verimli oldu. Elbette biyoteknoloji küresel sorunların çözümü için her derde deva değil, doğru kullanıldığında büyük umutlar vaat eden bir araçtır.
Bugün dünyadaki biyoteknoloji pazarının toplam hacmi 8 trilyondur. dolar. Biyoteknolojiler aynı zamanda araştırma ve geliştirme finansmanı açısından da başı çekiyor: Yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nde devlet kurumları ve özel şirketler bu amaçlara yılda 30 milyar dolardan fazla harcıyor.
Bilim ve teknolojiye yapılan yatırımlar sonuçta ekonomik faydalar sağlayacaktır. Ancak biyoteknoloji tek başına karmaşık sağlık veya gıda sorunlarını çözemez. Yeni teşhis tekniklerine, aşılara, ilaçlara ve gelişmiş özelliklere sahip bitkilere erişimi garanti altına alacak uygun bir sağlık altyapısı ve endüstriyel yapı oluşturulmalıdır. Burada bilim ile iş dünyası arasında etkin bir iletişim sistemi de son derece önemlidir. Son olarak, ekonominin etkili ve yenilikçi bir sektörünü inşa etmenin kesinlikle gerekli koşulu, bilimsel ve ticari yapıların devletle etkileşimidir.
STRF.ru'ya yardım edin
2008 yılında “Yaşayan Sistemler” yönünde konuların geliştirilmesi için 939 başvuru yapıldı (karşılaştırma için: program toplamı 3180),
– Yarışmaya 396 başvuru yapıldı (toplam 1597),
– 179 yarışma düzenlendi (toplamda 731)
– Yarışmalara 23 bölümden (toplam 36) kuruluş katıldı, 17’si kazandı
– 179 sözleşme imzalandı (toplamda 731)
– 120 sözleşme bugüne kadar devam ediyor (toplamda 630)
– 346 kuruluş (toplam 842) canlı sistemlere ilişkin konuların geliştirilmesi için başvuru gönderdi
– 254 kuruluş (toplam 806) yarışmaya öncü başvuru olarak başvuruda bulundu
– Yarışmaya 190 kuruluş eş yürütücü olarak başvuruda bulundu (toplam 636)
– yöndeki partiler için ortalama rekabet 2.212'dir (programın ortalaması – 2.185)
- 2008 yılı sözleşme bütçesi 1041,2 milyon ruble olarak gerçekleşti. (Tüm program bütçesinin %21,74'ü)2002–2006 Federal Hedef Bilimsel ve Teknik Programı ve 2007–2012 Federal Hedef Programı çerçevesinde yaşam sistemleri alanında büyüme ve fon dağıtımının dinamikleri:
2005 – 303 sözleşme, 1168,7 milyon ruble. (%100)
2006 – 289 sözleşme, 1227,0 milyon ruble. (%105)
2007 – 284 sözleşme, 2657,9 milyon ruble. (%227)
2008 - 299 sözleşme, 3242,6 milyon ruble. (%277)
Bilimler kendi başlarına ortaya çıkmazlar, birisi onları basitçe "ilgiden dolayı" icat ettiği için değil. Herhangi bir bilim, insanlığın gelişim sürecinde ortaya çıkan belirli sorunları çözme ihtiyacının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Biyoloji de bir istisna değildir; o da insanlar için çok önemli sorunların çözümüyle bağlantılı olarak ortaya çıkmıştır. Bunlardan biri, canlı doğadaki gıda ürünlerinin üretimiyle ilgili süreçlerin her zaman daha derin bir şekilde anlaşılması olmuştur; yani bitki ve hayvanların yaşam özelliklerinin bilgisi, bunların insanların etkisi altındaki değişimleri, güvenilir ve güvenilir bir ürün elde etmenin yolları. giderek daha zengin bir hasat. Bu sorunun çözülmesi biyolojinin gelişmesinin temel nedenlerinden biridir.
Daha az önemli olmayan bir diğer “bahar” ise insanın biyolojik özelliklerinin incelenmesidir. İnsan, yaşayan doğanın gelişiminin bir ürünüdür. Hayatımızın tüm süreçleri doğada meydana gelenlere benzer. Ve bu nedenle, yalnızca biyolojik süreçlerin derinlemesine anlaşılması tıbbın bilimsel temeli olarak hizmet eder. Maddenin kendini tanımasında ileri doğru dev bir adım anlamına gelen bilincin ortaya çıkışı, canlı doğa hakkında en az iki yönde derinlemesine araştırma yapılmadan anlaşılamaz: bir düşünme organı olarak beynin ortaya çıkışı ve gelişimi (bilmece) düşünmenin hâlâ çözülmemiş olması) ve toplumsallığın, kamusal yaşam imajının ortaya çıkışı.
Gıda üretiminin artması ve tıbbın gelişmesi önemlidir, ancak binlerce yıldır biyolojinin bir bilim olarak gelişimini belirleyen tek sorun bu değildir. Yaban hayatı, insanlık için gerekli olan birçok malzeme ve ürünün kaynağıdır. Bunları doğru kullanabilmek için özelliklerini bilmeniz, doğada nerede arayacağınızı, nasıl elde edeceğinizi bilmeniz gerekir. Birçok bakımdan bu tür bilgilerin ilk kaynağı biyolojidir. Ancak bu, biyolojik bilimlerin önemini ortadan kaldırmaz.
20. yüzyılda Dünya nüfusu o kadar arttı ki, insan toplumunun gelişimi, Dünya'nın biyosferinin gelişiminde belirleyici bir faktör haline geldi. Artık, yaşayan doğanın yalnızca bir besin kaynağı, birçok gerekli ürün ve malzeme kaynağı olmadığı, aynı zamanda insanlığın varoluşu için de gerekli bir koşul olduğu açıkça ortaya çıktı. Onunla bağlarımızın 20. yüzyılın başında düşündüklerinden çok daha yakın ve hayati olduğu ortaya çıktı.
Örneğin hava, örneğin güneş ışığıyla aynı tükenmez ve sürekli doğa kaynağı gibi görünüyordu. Aslında bu doğru değil. Alıştığımız atmosferin %20,95 oksijen ve %0,03 karbondioksitten oluşan niteliksel bileşimi, canlıların aktivitesinin bir türevidir: bitkilerin solunumu ve fotosentezi, ölü organik maddelerin oksidasyonu. Havadaki oksijen ancak bitkilerin yaşamının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Dünyadaki ana oksijen fabrikaları tropik ormanlar ve okyanus algleridir. Ancak bugün, gözlemlerin gösterdiği gibi, petrol, gaz, kömür, odun ve diğer antropojenik süreçlerin yanması sırasında büyük miktarlarda karbon salınımının bir sonucu olarak Dünya atmosferindeki karbondioksit miktarı sürekli artmaktadır. 1958'den 1980'e kadar Dünya atmosferindeki karbondioksit miktarı %4 arttı. Yüzyılın sonuna gelindiğinde içeriği %10'dan fazla artabilir. 70'lerde XX yüzyıl bitki faaliyeti sonucu atmosfere giren oksijen miktarı t/yıl olarak, insanlığın yıllık tüketimi ise t/yıl olarak tahmin edildi. Bu, gezegendeki canlıların milyonlarca yıllık evrimi boyunca geçmişte biriken oksijen rezervleriyle zaten geçindiğimiz anlamına geliyor.
İçtiğimiz suyun, daha doğrusu bu suyun saflığını, kalitesini de öncelikle yaşayan doğa belirliyor. Arıtma tesislerimiz yalnızca doğada meydana gelen ve bizim göremediğimiz devasa süreci tamamlar: Topraktaki veya rezervuardaki su, sayısız omurgasız canlının vücudundan tekrar tekrar geçer, onlar tarafından filtrelenir ve organik ve inorganik yabancı maddelerden arındırılarak aynı hale gelir. nehirlerde, göllerde ve pınarlarda bildiğimiz gibi.
Bu nedenle, Dünya'daki hem havanın hem de suyun niteliksel bileşimi, canlı organizmaların hayati aktivitesine bağlıdır. Hasatın temeli olan toprak verimliliğinin, toprakta yaşayan canlı organizmaların hayati aktivitesinin bir sonucu olduğu da eklenmelidir: çok sayıda bakteri, omurgasız, alg.
İnsanlık, yaşayan doğa olmadan var olamaz. Bu nedenle onu “çalışır durumda” tutmamız hayati önem taşıyor.
Ne yazık ki bunu yapmak o kadar kolay değil. İnsanların gezegenin tüm yüzeyini keşfetmesi, tarımın gelişmesi, sanayi, ormansızlaşma, kıtaların ve okyanusların kirlenmesi, giderek artan sayıda bitki, mantar ve hayvan türü Dünya'nın yüzünden kayboluyor. Yok olan bir tür geri getirilemez. Milyonlarca yıllık evrimin ürünüdür ve benzersiz bir gen havuzuna sahiptir; her türün benzersiz özelliklerini belirleyen, benzersiz bir kalıtsal bilgi kodu. Bazı tahminlere göre 80'li yılların başında. Dünyada 2000 yılına gelindiğinde ortalama olarak her gün bir hayvan türü yok edilirken, bu oran saatte bir türe kadar çıkabilmektedir. Ülkemizde ortalama her 3,5 yılda bir omurgalı hayvan türü yok oluyor. Bu eğilimi nasıl değiştirebiliriz ve toplam “yaşam toplamını” azaltmak yerine sürekli olarak artırma yönündeki evrimsel açıdan haklı yola nasıl geri dönebiliriz? Bu sorun tüm insanlığı ilgilendiriyor ancak biyologların çalışmaları olmadan çözülmesi mümkün değil.
Mecazi anlamda konuşursak, modern biyoloji, binlerce "oda" - yönler, disiplinler, tüm bağımsız bilimler - içeren devasa, çok katlı bir binadır. Bunları listelemek bile onlarca sayfa alabilir.
Biyolojinin binasında, canlı maddenin temel organizasyon düzeylerine karşılık gelen dört ana "kat" vardır. İlk “kat” moleküler genetiktir. Burada canlıları incelemenin amacı, kalıtsal bilgi birimleri (genler), bunların değişiklikleri - mutasyonlar ve kalıtsal bilgilerin iletilme sürecidir. İkinci “kat”, birey genetik veya bireysel gelişim düzeyidir. Bu “kattaki” olaylar biyolojide hâlâ en az incelenen olaylardır. Burada, her bireyin normal gelişimi sırasında ortaya çıkması gereken şeyin (bir hayvanda bir bacak veya göz, bir bitkide bir yaprak veya ağaç kabuğu) doğru yerde, doğru zamanda ortaya çıkmasını belirleyen gizemli bir süreç meydana gelir. Bir sonraki “kat” popülasyon-tür düzeyidir. Bu seviyedeki temel birimler popülasyonlardır, yani aynı türün nispeten küçük, uzun süredir var olan ve aralarında kalıtsal bilgi alışverişinin gerçekleştiği birey gruplarıdır. Buradaki temel olgu, popülasyonların genotipik bileşimindeki geri döndürülemez değişiklikler ve sonuçta farklı adaptasyonların ve yeni türlerin ortaya çıkmasıdır. Son, dördüncü “katta”, çeşitli ölçeklerdeki ekolojik sistemlerde süreçler gerçekleşir - birçok türün karmaşık topluluklarından bir bütün olarak biyosfer süreçlerine kadar. Bu toplulukların temel yapıları biyojeosinozdur ve temel fenomen, biyojeosinozun bir dinamik denge durumundan diğerine geçişidir ve bu, sonuçta bir bütün olarak biyosferin tamamında bir değişikliğe yol açar. Her seviyenin kendine has yasaları vardır, ancak her birinde meydana gelen olaylar diğer seviyelerdeki olaylarla yakından ilişkilidir.
Son yıllarda moleküler biyoloji bir miktar ilerleme kaydetti (bu alanda çalışan bilim adamlarının sayısı ve bu özel araştırma alanının geliştirilmesi için farklı ülkelerde tahsis edilen fonlar açısından). Tamamen teorik olanlardan (genetik kodun çözülmesi ve ilk yapay genlerin sentezi) pratiğe (örneğin genetik mühendisliğinin gelişimi) kadar uzanan dikkate değer sonuçlar elde edildi. Popülasyon biyolojisi artık hızla gelişmeye başlıyor; bu, artan insan nüfusu için gerekli olan gıda ürünlerinin üretiminin arttırılması, hızla yok olan canlı organizma türlerinin korunması, nüfusla ilgili bir takım problemlerle ilgili birçok modern problemin başarılı bir şekilde çözülmesini mümkün kılacak. giderek daha büyük bir popülasyonun evrimsel gelişimini yönetmeye geçiş gibi görkemli bir görev. Biyosfer araştırmalarının “tabanı”nın yoğun gelişimi çok uzakta değil.
Zooloji, botanik, morfoloji, fizyoloji, sistematik ve diğerleri gibi klasik alanlardaki biyologların zaten her şeyi yaptığını düşünmemek gerekir. Burada hâlâ yapılması gereken çok iş var. Gezegenimizde yaşayan organizmaların yarısından azının bilimsel olarak tanımlandığını (doğru açıklamalar sağlanmış ve bilimsel bir ad verilmiştir) - yalnızca yaklaşık 4,5 milyon türün ve bazı tahminlere göre üçte birinden, hatta birinden fazla olmadığını biliyor muydunuz? dörtte biri mi? Çoğunlukla ılıman bir iklim bölgesinde yer alan ve organik formların çeşitliliği ile ayırt edilmeyen ülkemizde bile, bilim adamları her yıl düzinelerce yeni tür (çoğunlukla omurgasızlar) keşfediyorlar.
Fosil organizmaların dağınık kalıntılarını kullanarak, nesli tükenmiş hayvanların görünüşünü yeniden yaratan, geçmiş çağların doğasını yeniden inşa eden ve organik dünyanın gelişme yollarını bulan paleontologların araştırmaları büyüleyici değil mi?
Ve burada araştırmacıları en ilginç bulgular bekliyor. Örneğin, 3 milyar yıldan daha eski kayalarda nükleer öncesi en eski fosillerin keşfi ne kadar heyecan vericiydi! Bu, o zamanlar bile Dünya'da yaşamın var olduğu anlamına geliyor. Genetikçilerin, zoologların, botanikçilerin, biyokimyacıların, fizyologların vb. çalışmaları da daha az büyüleyici ve keşiflerle dolu değildir.
Dünya üzerinde giderek daha fazla insanımız var ve giderek daha iyi yaşamak istiyoruz. Bu nedenle toplumun gelişmesi, giderek daha fazla hammaddeye ve ürün çeşitliliğine ihtiyaç duymaktadır. Bu, başta tarım, ormancılık, avcılık ve balıkçılık olmak üzere biyoloji ile ilgili dallar da dahil olmak üzere, tüm ulusal ekonominin yoğunlaştırılması gibi muazzam bir görevi ortaya çıkarmaktadır. Ancak sadece bu endüstriler değil. Örneğin ülkemizde mikrobiyoloji endüstrisi oluşturuldu ve başarıyla gelişiyor - ulusal ekonominin gıda ve yem ürünleri (hayvancılık ve kümes hayvanları, çiftlik balıkları vb. için), en son ilaçları ve tıbbi preparatları sağlayan büyük bir dalı ve hatta Dünyanın derinliklerinde çeşitli minerallerin çıkarılmasına yardımcı olur. Ulusal ekonominin başka bir biyolojik dalı başladı ve ilk meyvelerini vermeye başladı - biyoteknoloji, insanlık için gerekli madde ve ürünleri yaratmak için fiziksel-kimyasal (moleküler) biyoloji tarafından keşfedilen süreç ve yapıların kullanımına dayanmaktadır. Biyoloji bilimlerinin en önemli alanlarının gelişimi, tıp ve tarımla pratik bağlantılarının genişletilmesi, 1986-1990 ve 2000'e Kadarki Dönem için SSCB'nin Ekonomik ve Sosyal Kalkınmasının Ana Yönleri'nde tartışılmaktadır. CPSU'nun 27. Kongresi.
Yoğunlaştırma aynı zamanda doğal kaynakların kemer sıkılması ve gelişmekte olan bir toplumun çıkarları doğrultusunda korunması anlamına da gelir. Yaşayan doğal kaynakların dikkat çekici bir özelliği, yenilenebilirlikleri, canlı organizmaların çoğalması sonucunda restore edilebilme yetenekleridir. Dolayısıyla canlı doğal kaynakların kullanımını yoğunlaştırarak, bize süresiz olarak hizmet etmelerini sağlamak mümkün ve gereklidir. Bu, doğanın canlı güçlerinin gerçek ekonomik, ekonomik kullanımı ve bakımının organize edilmesiyle yapılabilir. Pek çok bilim insanı bu sorunları çözmek için çalışıyor. Parti ve hükümet tüm bu konulara büyük önem veriyor. CPSU Programı (yeni baskı) şöyle diyor: “Parti, çevre yönetimi üzerindeki kontrolü güçlendirmenin ve nüfusun çevre eğitiminin daha geniş çapta yaygınlaştırılmasının gerekli olduğunu düşünüyor.”
Bu kitabı oluşturma fikri ortaya çıktığında, yazarlar ekibinin belirlediği ana görevlerden biri, modern biyolojinin önemli ve ilginç özellikleri, çeşitli alanlarda halihazırda neler başarıldığı ve biyologların hangi çözülmemiş sorunlar hakkında konuşmaktı. yüz. Ders kitabını tekrar etmeden, okul müfredatının biyoloji alanında sağladığı bilgilere dayanarak biyologların laboratuvarlarda ve keşif gezilerinde ne üzerinde çalıştıklarını göstermek istedik. Sözlükte ayrıca ülkemizin ve diğer ülkelerin seçkin biyologları hakkında birçok makale yer almaktadır. Bilimdeki öncüllerimizin çalışmaları sayesinde bugün sahip olduğumuz bilgiye sahibiz.
Bu kitabın nasıl okunacağı hakkında birkaç kelime. Metinde sıklıkla italik yazılmış sözcükler bulacaksınız. Bu, sözlükte bu kavramla ilgili özel bir makalenin olduğu anlamına gelir. Kitabın sonunda yer alan alfabetik dizin, sözlüğün içeriğinde gezinmenize yardımcı olacaktır. Önerilen okuma materyalleri listesine göz atmayı unutmayın.
"Genç Bir Biyologun Ansiklopedik Sözlüğü" nün, canlı doğa hakkında birçok yeni ve büyüleyici şey öğrenmenize, sorularınızın yanıtlarını bulmanıza, canlıların harika bilimi olan biyolojiye olan ilginizi uyandırmanıza ve geliştirmenize yardımcı olacağını umuyoruz.
Fizikçiler yüz yıldan fazla bir süredir kuantum etkilerini biliyorlardı; örneğin kuantumun bir yerde kaybolup başka bir yerde ortaya çıkma veya aynı anda iki yerde olma yeteneği. Ancak kuantum mekaniğinin şaşırtıcı özellikleri yalnızca fizik için değil aynı zamanda biyoloji için de geçerlidir.
Kuantum biyolojisinin en iyi örneği fotosentezdir: Bitkiler ve bazı bakteriler ihtiyaç duydukları molekülleri oluşturmak için güneş ışığından gelen enerjiyi kullanırlar. Fotosentezin aslında şaşırtıcı bir olguya dayandığı ortaya çıktı: Küçük enerji kütleleri, kendilerini kullanmanın tüm olası yollarını "keşfediyor" ve ardından en verimli olanı "seçiyor". Belki kuşların navigasyonu, DNA mutasyonları ve hatta koku duyumuz bile şu ya da bu şekilde kuantum etkilerine dayanıyor olabilir. Her ne kadar bu bilim alanı hala son derece spekülatif ve tartışmalı olsa da, bilim insanları kuantum biyolojisinden derlenen fikirlerin yeni ilaçların ve biyomimetik sistemlerin (biyomimetri, biyolojik sistem ve yapıların kullanıldığı başka bir yeni bilimsel alan) yaratılmasına yol açabileceğine inanıyor. yeni materyaller ve cihazlar yaratın).
3. Ekzometeoroloji
Jüpiter Ekzokeanograflar ve ekzojeologların yanı sıra ekzometeorologlar da diğer gezegenlerde meydana gelen doğal süreçleri incelemekle ilgileniyorlar. Artık güçlü teleskoplar yakındaki gezegenlerin ve ayların iç süreçlerini incelemeyi mümkün kıldığından, ekzometeorologlar bunların atmosferik ve hava koşullarını izleyebilir. ve inanılmaz ölçeğiyle Satürn, düzenli toz fırtınalarıyla Mars gibi araştırma için başlıca adaylardır.
Ekzometeorologlar güneş sistemimizin dışındaki gezegenleri bile inceliyorlar. Ve ilginç olan şey, atmosferdeki organik izleri veya yüksek seviyedeki karbondioksiti tespit ederek, eninde sonunda ötegezegenlerde dünya dışı yaşam belirtileri bulabilecek olmalarıdır; bu, endüstriyel uygarlığın bir işaretidir.
4. Nutrigenomik
Nutrigenomik, gıda ve genom ifadesi arasındaki karmaşık ilişkilerin incelenmesidir. Bu alanda çalışan bilim adamları, besinlerin genomu nasıl etkilediğinde genetik varyasyonların ve beslenme tepkilerinin rolünü anlamaya çalışıyorlar.
Yiyeceklerin sağlığınız üzerinde gerçekten çok büyük bir etkisi vardır ve bu tam anlamıyla moleküler düzeyde başlar. Nutrigenomik her iki yönde de çalışır: genomumuzun gastronomik tercihleri tam olarak nasıl etkilediğini ve bunun tersini inceler. Disiplinin temel amacı kişiselleştirilmiş beslenme yaratmaktır; bu, yiyeceklerimizin benzersiz gen dizimize ideal şekilde uygun olmasını sağlamaktır.
5. Kliodinamik
Kliodinamik, tarihsel makrososyolojiyi, ekonomik tarihi (kliometri), uzun vadeli sosyal süreçlerin matematiksel modellemesini, ayrıca tarihsel verilerin sistemleştirilmesini ve analizini birleştiren bir disiplindir.
Adı, Yunan tarih ve şiir ilham perisi Clio'nun adından geliyor. Basitçe söylemek gerekirse, kliodinami, tarihin geniş sosyal bağlantılarını tahmin etme ve tanımlama girişimidir - hem geçmişi incelemek hem de geleceği tahmin etmenin potansiyel bir yolu olarak, örneğin sosyal huzursuzluğu tahmin etmek için.
6. Sentetik biyoloji
Sentetik biyoloji, yeni biyolojik parçaların, cihazların ve sistemlerin tasarımı ve inşasıdır. Aynı zamanda mevcut biyolojik sistemlerin sonsuz sayıda faydalı uygulama için yükseltilmesini de içerir.
Bu alanın önde gelen uzmanlarından Craig Venter, 2008 yılında bir bakterinin kimyasal bileşenlerini birbirine yapıştırarak tüm genomunu yeniden oluşturduğunu duyurdu. İki yıl sonra ekibi “sentetik yaşam”ı yarattı; DNA molekülleri dijital olarak kodlandı, ardından 3D yazdırıldı ve canlı bakterilere yerleştirildi.
Gelecekte biyologlar, vücuda giriş için yararlı organizmalar ve sıfırdan kimyasallar (biyoyakıtlar) üretebilen biyorobotlar oluşturmak için farklı genom türlerini analiz etmeyi planlıyorlar. Ciddi hastalıkları tedavi etmek için kirlilikle mücadele eden yapay bakteriler veya aşılar yaratma fikirleri de var. Bu bilimsel disiplinin potansiyeli çok büyüktür.
7. Rekombinant memetik
Bu bilim alanı emekleme aşamasındadır, ancak bunun yalnızca bir zaman meselesi olduğu zaten açıktır - er ya da geç bilim adamları, tüm insan noosferini (insanlar tarafından bilinen tüm bilgilerin toplamı) ve bilginin nasıl oluştuğunu daha iyi anlayacaklardır. Bilginin yayılması insan yaşamının neredeyse tüm yönlerini etkilemektedir.
Farklı genetik dizilerin yeni bir şey yaratmak için bir araya geldiği rekombinant DNA gibi, rekombinant memetik de kişiden kişiye aktarılan fikirlerin nasıl ayarlanabileceğini ve diğer memler ve memplekslerle (birbirine bağlı memlerin yerleşik kompleksleri) nasıl birleştirilebileceğini araştırır. Bu, örneğin radikal ve aşırılıkçı ideolojilerin yayılmasıyla mücadele etmek gibi “sosyal tedavi” amaçları açısından faydalı olabilir.
8. Hesaplamalı sosyoloji
Kliodinamik gibi, hesaplamalı sosyoloji de sosyal olguları ve eğilimleri inceler. Bu disiplinin merkezinde bilgisayarların ve ilgili bilgi işleme teknolojilerinin kullanılması yer alır. Elbette bu disiplin ancak bilgisayarların ortaya çıkması ve internetin yaygınlaşmasıyla gelişti.
Bu disiplinde, e-postalar, telefon görüşmeleri, sosyal medya gönderileri, kredi kartıyla yapılan satın alımlar, arama motoru sorguları vb. gibi günlük hayatımızdaki büyük bilgi akışlarına özellikle dikkat edilir. Çalışma örnekleri arasında sosyal ağların yapısı ve bilginin bunlar aracılığıyla nasıl yayıldığı veya internette samimi ilişkilerin nasıl ortaya çıktığına ilişkin araştırmalar yer almaktadır.
9. Bilişsel ekonomi
İktisat genel olarak geleneksel bilim disiplinleriyle ilişkilendirilmemektedir ancak tüm bilim alanlarının yakın etkileşimi nedeniyle bu durum değişebilir. Bu disiplin sıklıkla davranışsal ekonomi (ekonomik kararlar bağlamında davranışlarımızın incelenmesi) ile karıştırılır. Bilişsel ekonomi nasıl düşündüğümüzün bilimidir. Bu disiplinle ilgili bir blog yazarı olan Lee Caldwell bu konuda şöyle yazıyor:
“Bilişsel (veya finansal) ekonomi... bir kişinin bir seçim yaptığında aklında gerçekte neler olup bittiğine bakar. Karar vermenin iç yapısı nedir, onu neler etkiler, zihin şu anda hangi bilgileri algılar ve nasıl işlenir, kişi hangi iç tercih biçimlerine sahiptir ve sonuçta tüm bu süreçler davranışa nasıl yansır? ?
Başka bir deyişle, bilim adamları araştırmalarına daha düşük, basitleştirilmiş bir düzeyde başlıyorlar ve büyük ölçekli bir ekonomik davranış modeli geliştirmek için karar verme ilkelerinin mikromodellerini oluşturuyorlar. Genellikle bu bilimsel disiplin, hesaplamalı ekonomi veya bilişsel bilim gibi ilgili alanlarla etkileşime girer.
10. Plastik elektronik
Elektronik genellikle inert ve inorganik iletkenleri ve bakır ve silikon gibi yarı iletkenleri içerir. Ancak yeni bir elektronik dalı, iletken polimerleri ve karbon bazlı iletken küçük molekülleri kullanıyor. Organik elektronik, gelişmiş mikro ve nanoteknolojilerin geliştirilmesinin yanı sıra fonksiyonel organik ve inorganik malzemelerin tasarımını, sentezini ve işlenmesini içerir.
Aslında bu o kadar da yeni bir bilim dalı değil; ilk gelişmeler 1970'li yıllarda yapıldı. Ancak son zamanlarda özellikle nanoteknoloji devrimi sayesinde biriken tüm verileri bir araya getirmek mümkün oldu. Organik elektronik sayesinde, yakında organik güneş pillerine, elektronik cihazlarda kendi kendini organize eden tek katmanlara ve organik protezlere sahip olabiliriz; bunlar gelecekte insanlar için hasarlı uzuvların yerini alabilecektir: gelecekte sözde siborglar pekala şunlardan oluşabilir: sentetik olanlardan daha fazla organik.
11. Hesaplamalı biyoloji
Matematik ve biyolojiyi eşit derecede seviyorsanız bu disiplin tam size göre. Hesaplamalı biyoloji, biyolojik süreçleri matematik dili aracılığıyla anlamaya çalışır. Bu, fizik ve bilgisayar bilimi gibi diğer niceliksel sistemler için de aynı şekilde kullanılır. Ottawa Üniversitesi'nden bilim insanları bunun nasıl mümkün olduğunu şöyle açıklıyor:
"Biyolojik enstrümantasyonun gelişmesi ve bilgi işlem gücüne kolay erişimle birlikte, biyoloji giderek daha fazla veriyle çalışmak zorunda kalıyor ve kazanılan bilginin hızı da artıyor. Bu nedenle, verileri anlamlandırmak artık hesaplamalı bir yaklaşım gerektiriyor. Aynı zamanda fizikçiler ve matematikçiler açısından biyoloji, biyolojik mekanizmaların teorik modellerinin deneysel olarak test edilebileceği bir düzeye kadar olgunlaşmıştır. Bu da hesaplamalı biyolojinin gelişmesine yol açtı.”
Bu alanda çalışan bilim insanları moleküllerden ekosistemlere kadar her şeyi analiz edip ölçüyor.
"Beyin postası" nasıl çalışır - mesajların internet aracılığıyla beyinden beyne iletilmesi
Bilimin sonunda ortaya çıkardığı dünyanın 10 gizemi
