Vetenskaper uppstår inte av sig själva, inte för att någon bara uppfinner dem "av intresse". All vetenskap uppträder som ett resultat av mänsklighetens behov av att lösa vissa problem som uppstod under dess utveckling. Biologi är inget undantag, den uppstod också i samband med lösningen av mycket viktiga problem för människor. En av dem har alltid varit en djupare förståelse för de processer i den levande naturen som är förknippade med produktion av livsmedel, det vill säga kunskap om egenskaperna hos växters och djurs liv, deras förändringar under människors inflytande, sätt att få en tillförlitlig och allt rikare skörd. Att lösa detta problem är en av de grundläggande orsakerna till utvecklingen av biologi.
En annan, inte mindre viktig "vår" är studiet av mänskliga biologiska egenskaper. Människan är en produkt av utvecklingen av levande natur. Alla processer i vårt liv liknar dem som sker i naturen. Och därför fungerar endast en djup förståelse av biologiska processer som den vetenskapliga grunden för medicin. Medvetandets uppkomst, vilket innebär ett gigantiskt steg framåt i materiens självkännedom, kan inte heller förstås utan djupgående forskning om den levande naturen i åtminstone två riktningar - hjärnans uppkomst och utveckling som tänkandets organ (gåtan tänkandet är fortfarande olöst) och framväxten av socialitet, det offentliga bildlivet.
Att öka livsmedelsproduktionen och utvecklingen av medicin är viktiga, men inte de enda problem som har bestämt utvecklingen av biologi som vetenskap i tusentals år. Vilda djur är källan till många material och produkter som är nödvändiga för mänskligheten. Du måste känna till deras egenskaper för att kunna använda dem korrekt, veta var du ska leta efter dem i naturen och hur du skaffar dem. På många sätt är den ursprungliga källan till sådan kunskap biologi. Men detta uttömmer inte vikten av biologiska vetenskaper.
På 1900-talet Jordens befolkning har ökat så mycket att utvecklingen av det mänskliga samhället har blivit en avgörande faktor för utvecklingen av jordens biosfär. Vid det här laget har det blivit klart att den levande naturen inte bara är en källa till mat och många nödvändiga produkter och material, utan också en nödvändig förutsättning för att mänskligheten själv ska existera. Våra band med henne visade sig vara mycket närmare och mer vitala än de trodde i början av 1900-talet.
Till exempel verkade luft vara samma outtömliga och konstanta naturresurs som till exempel solljus. Detta är faktiskt inte sant. Den kvalitativa sammansättningen av atmosfären som vi är vana vid, med dess 20,95 % syre och 0,03 % koldioxid, är ett derivat av levande varelsers aktivitet: andning och fotosyntes av växter, oxidation av dött organiskt material. Syre i luften uppstår endast som ett resultat av växternas liv. De viktigaste syrefabrikerna på jorden är tropiska skogar och havsalger. Men idag, som observationer visar, ökar mängden koldioxid i jordens atmosfär ständigt som ett resultat av frigörandet av enorma mängder kol under förbränning av olja, gas, kol, trä, såväl som andra antropogena processer. Från 1958 till 1980 ökade mängden koldioxid i jordens atmosfär med 4 %. I slutet av århundradet kan dess innehåll öka med mer än 10 %. På 70-talet XX-talet mängden syre som kommer in i atmosfären till följd av växtaktivitet uppskattades i t/år och mänsklighetens årliga konsumtion uppskattades i t/år. Det betyder att vi redan lever av de syrereserver som ackumulerats i det förflutna, under miljontals år av evolution av levande varelser på planeten.
Vattnet vi dricker, eller mer exakt, renheten av detta vatten, dess kvalitet bestäms också i första hand av den levande naturen. Våra reningsverk fullbordar bara den enorma process som pågår i naturen, osynlig för oss: vatten i jorden eller reservoaren passerar upprepade gånger genom kropparna av myriader av ryggradslösa djur, filtreras av dem och, befriat från organiska och oorganiska föroreningar, blir det samma som vi känner det i floder, sjöar och källor.
Således beror den kvalitativa sammansättningen av både luft och vatten på jorden på den vitala aktiviteten hos levande organismer. Det bör tilläggas att jordens bördighet - grunden för skörden - är resultatet av den vitala aktiviteten hos levande organismer som lever i jorden: ett stort antal bakterier, ryggradslösa djur, alger.
Mänskligheten kan inte existera utan levande natur. Därav det avgörande behovet för oss att hålla den i "fungerande skick".
Tyvärr är detta inte så lätt att göra. Som ett resultat av mänsklig utforskning av hela planetens yta, utvecklingen av jordbruk, industri, avskogning, förorening av kontinenter och hav, försvinner ett ökande antal arter av växter, svampar och djur från jordens yta. En försvunnen art kan inte återställas. Det är produkten av miljontals år av evolution och har en unik genpool - en unik kod av ärftlig information som bestämmer de unika egenskaperna för varje art. Enligt vissa uppskattningar, i början av 80-talet. I världen förstördes i genomsnitt en djurart varje dag år 2000, denna hastighet kan öka till en art per timme. I vårt land försvinner en art av ryggradsdjur i genomsnitt vart 3,5:e år. Hur kan vi ändra denna trend och återgå till den evolutionärt motiverade vägen att ständigt öka den totala "livssumman" snarare än att minska den? Detta problem berör hela mänskligheten, men det är omöjligt att lösa det utan biologernas arbete.
Bildligt talat är modern biologi en enorm byggnad i flera våningar som innehåller tusentals "rum" - riktningar, discipliner, hela oberoende vetenskaper. Att bara lista dem kan ta dussintals sidor.
I biologins byggnad finns det så att säga fyra huvudvåningar, motsvarande de grundläggande nivåerna av organisering av levande materia. Det första "golvet" är molekylärgenetisk. Syftet med att studera levande varelser här är enheter av ärftlig information (gener), deras förändringar - mutationer och själva processen att överföra ärftlig information. Den andra "våningen" är ontogenetisk, eller nivån av individuell utveckling. Händelser på denna "våning" är fortfarande de minst studerade inom biologi. Här sker en mystisk process som bestämmer utseendet på rätt plats, vid rätt tidpunkt, av vad som ska dyka upp under varje individs normala utveckling - ett ben eller ett öga hos ett djur, ett blad eller bark i en växt. Nästa "våning" är populations-artnivån. De elementära enheterna på denna nivå är populationer, det vill säga relativt små, länge existerande grupper av individer av samma art, inom vilka utbyte av ärftlig information sker. De elementära fenomenen här är irreversibla förändringar i den genotypiska sammansättningen av populationer och i slutändan uppkomsten av olika anpassningar och nya arter. På den sista, fjärde "våningen" äger processer rum i ekologiska system av olika skalor - komplexa samhällen av många arter, upp till biosfärprocesser som helhet. De elementära strukturerna i dessa samhällen är biogeocenoser, och de elementära fenomenen är biogeocenos övergång från ett tillstånd av dynamisk jämvikt till ett annat, vilket i slutändan leder till en förändring i hela biosfären som helhet. Varje nivå har sina egna mönster, men händelserna som inträffar på var och en av dem är nära relaterade till händelser på andra nivåer.
Under de senaste decennierna har molekylärbiologin gått framåt något (när det gäller antalet forskare som är anställda inom detta område och de medel som tilldelats i olika länder för utvecklingen av detta specifika forskningsområde). Anmärkningsvärda resultat har erhållits, allt från rent teoretiska (dechiffrera den genetiska koden och syntesen av de första artificiella generna) till praktiska (till exempel utvecklingen av genteknik). Populationsbiologin börjar nu utvecklas snabbt, vilket kommer att göra det möjligt att framgångsrikt lösa många moderna problem i samband med att öka produktionen av livsmedel som är nödvändiga för en växande mänsklig befolkning, bevara snabbt försvinnande arter av levande organismer, ett antal problem i samband med storslagen uppgift att övergå till att hantera den evolutionära utvecklingen av en allt större befolkning. Den intensiva utvecklingen av biosfärens "golv" av forskning är inte långt borta.
Man ska inte tro att biologer inom klassiska områden - zoologi, botanik, morfologi, fysiologi, systematik och andra - redan har gjort allt. Det återstår fortfarande mycket arbete här. Visste du att mindre än hälften av organismerna som bor på vår planet har beskrivits vetenskapligt (exakta beskrivningar tillhandahålls och ett vetenskapligt namn ges) - endast cirka 4,5 miljoner arter, och enligt vissa uppskattningar, inte mer än en tredjedel eller till och med en en fjärdedel av dem? Även i vårt land, som huvudsakligen ligger i en tempererad klimatzon, som inte särskiljs av mångfalden av organiska former, upptäcker forskare årligen dussintals nya arter (främst ryggradslösa djur).
Är det inte fascinerande forskning av paleontologer som, med hjälp av spridda rester av fossila organismer, återskapar utseendet på länge utdöda djur, rekonstruerar tidigare epoker och tar reda på hur den organiska världen utvecklas?
Och här väntar de mest intressanta fynden för forskare. Hur sensationellt var till exempel upptäckten av de äldsta förnukleära fossilerna i stenar som är mer än 3 miljarder år gamla! Det betyder att det fanns liv på jorden redan då. Arbetet av genetiker, zoologer, botaniker, biokemister, fysiologer, etc. är inte mindre fascinerande och fullt av upptäckter.
Det finns fler och fler av oss människor på jorden, och vi vill leva bättre och bättre. Därför kräver samhällsutvecklingen allt mer råvaror och en mängd olika produkter. Detta ger upphov till det enorma uppdraget att intensifiera hela samhällsekonomin, inklusive de grenar som är relaterade till biologi, främst jordbruk, skogsbruk, jakt och fiske. Men inte bara dessa industrier. I vårt land, till exempel, har den mikrobiologiska industrin skapats och utvecklas framgångsrikt - en enorm gren av den nationella ekonomin som tillhandahåller livsmedel och foderprodukter (för boskap och fjäderfä, odlad fisk, etc.), de senaste medicinerna och medicinska preparaten , och till och med hjälper till att bryta djupt i jordens tarmar olika mineraler. En annan biologisk gren av den nationella ekonomin har startat och bär redan sina första frukter - bioteknik, baserad på användningen av processer och strukturer som upptäckts av fysikalisk-kemisk (molekylär) biologi för att skapa ämnen och produkter som är nödvändiga för mänskligheten. Utvecklingen av de viktigaste områdena inom biologisk vetenskap, utvidgningen av deras praktiska samband med medicin och jordbruk diskuteras i "Huvudriktningarna för ekonomisk och social utveckling av Sovjetunionen för 1986-1990 och för perioden fram till 2000", antagen av SUKP:s XXVII kongress.
Intensifiering innebär också åtstramning av naturresurser och deras bevarande i ett utvecklingssamhälles intresse. En anmärkningsvärd egenskap hos levande naturresurser är deras förnybarhet, deras förmåga att återställas som ett resultat av reproduktion av levande organismer. Genom att intensifiera användningen av levande naturresurser är det därför möjligt och nödvändigt att säkerställa att de tjänar oss under obestämd lång tid. Detta kan göras genom att organisera verklig ekonomisk, ekonomisk användning och underhåll av naturens levande krafter. Många forskare arbetar med att lösa dessa problem. Partiet och regeringen ägnar stor uppmärksamhet åt alla dessa frågor. SUKP-programmet (ny upplaga) säger: "Partiet anser att det är nödvändigt att stärka kontrollen över miljöförvaltningen och att utöka miljöutbildningen av befolkningen mer allmänt."
När idén om att skapa den här boken uppstod, var en av huvuduppgifterna för författargruppen att prata om de viktiga och intressanta egenskaperna hos modern biologi, om vad som redan har uppnåtts inom dess olika områden och vilka olösta problem biologer ansikte. Vi ville, utan att upprepa läroboken, utan förlita oss på den kunskap som skolans läroplan i biologi ger, visa vad biologer arbetar med i laboratorier och expeditioner. Ordboken innehåller också många uppsatser om framstående biologer i vårt land och andra länder. Det är tack vare våra föregångares arbete inom vetenskapen som vi har den kunskap vi har idag.
Några ord om hur man läser den här boken. I texten hittar du ofta ord i kursiv stil. Det betyder att det finns en särskild artikel om detta begrepp i ordboken. Det alfabetiska indexet i slutet av boken hjälper dig att navigera i ordbokens innehåll. Se till att ta en titt på listan över rekommenderat läsmaterial.
Vi hoppas att "Encyclopedic Dictionary of a Young Biologist" kommer att hjälpa dig att lära dig många nya och fascinerande saker om levande natur, hitta svar på dina frågor och väcka och utveckla intresset för den underbara vetenskapen om levande varelser - biologi.
Doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper Alexander Pechen beskrev för Lenta.ru de mest lovande områdena inom fysik och relaterade vetenskaper baserat på resultaten från det största priset för unga forskare, National Blavatnik Award. Nu är Pechen en ledande forskare och vetenskaplig sekreterare vid V.A. Mathematical Institute. Steklov Russian Academy of Sciences, han utbildades vid fakulteten för fysik vid Moscow State University, arbetade vid Princeton University och blev en av de första ryssarna som fick Blavatnik-priset 2009.
huvudämne
Foto: Jens Kalaene / ZB / Global Look
Fotonik utforskar möjligheterna att använda ljus för att överföra, lagra, bearbeta information, kontrollera mikroobjekt (celler, makromolekyler) och kvantsystem (individuella atomer). Fotonikbaserad teknik kan påskynda eller göra överföring, lagring och bearbetning av information energieffektiv. Detta är viktigt för till exempel datacenter, som nu är de största konsumenterna av energi i USA. Modulerat ljus och artificiellt skapade material med speciella optiska egenskaper som inte finns i naturen är grunden för laser och fotokemi, såväl som sådana intressanta saker som "osynlighetskappor" och optisk pincett.
Praktiska tillämpningar av fotonik
Foto: Tachi Laboratory, University of Tokyo
Metamaterial är en ny klass av konstgjorda material med speciella optiska egenskaper som gör det möjligt att dölja föremål och göra dem osynliga. Teoretiskt studerades sådana material först av den sovjetiske fysikern Viktor Veselago.
För närvarande pågår aktiv utveckling av sådana material. Till exempel, 2009, upptäckte fysiker osynliga mattor för infrarött ljus.
Optisk pincett är ett verktyg som låter dig manipulera mikroskopiska föremål med hjälp av laserljus, till exempel sortera och flytta enskilda celler och proteinmolekyler.
Priset, grundat av den rysk-amerikanske miljardären Leonid Blavatnik, delas ut till forskare som är verksamma i USA under 42 år. Beloppet - 250 tusen dollar - tillåter oss att betrakta det som en slags analog till Nobelpriset för unga forskare. Årets pristagare hedrades i USA, och ett symposium hölls tillägnat vår tids mest lovande vetenskapliga trender.
Nominerade
Priset delas ut i tre kategorier: ”livsvetenskap” (biologi, medicin, neurobiologi etc.), ”fysikaliska och tekniska vetenskaper”, ”kemi”. Under 2015 nominerades nästan 300 nominerade från 147 amerikanska institutioner och universitet. Cirka tio finalister valdes ut för varje disciplin. En pristagare valdes sedan ut från varje grupp av finalister. Alla tre av årets utmärkelser är från University of California: Edward Chang (University of San Francisco, Life Sciences), Syed Jafar (University of Irvine, Physical Sciences) och Christopher Chang (University of Berkeley, Chemistry).
Nu inom fotoniken bildas ett nytt tillvägagångssätt för att kontrollera kvantsystem, det vill säga enskilda atomer eller molekyler. (Detta är huvudtemat i Alexander Pechens vetenskapliga arbeten - cirka. "Tapes.ru"). Traditionellt styrs partiklar med en laser med variabel strålningsintensitet. Nya metoder använder miljön för att göra detta. I traditionella system kan dess inflytande nästan aldrig elimineras, och det har en destruktiv effekt på atomära och molekylära kvantsystem. Men nu tas inflytandet från den yttre miljön i beaktande och används för att styra dessa system.
Kvantsystemkontroll används för att kontrollera hastigheten för kemiska reaktioner med hjälp av lasrar för att öka utbytet av en önskad reaktionsprodukt och selektivt bryta kemiska bindningar i komplexa molekyler, isotopseparation med hjälp av lasrar eller inkoherent optisk strålning. Kvantkontroll används både i kvantberäkningar, som fortfarande forskas på, och i praktiken - för att öka hastigheten på magnetiska resonansavbildningsskannrar.
Kvantsimulatorer och nytt material
Kvantmaterial kan användas i kvantminnesenheter för att skapa supraledning vid hög temperatur, biodiagnostik baserad på kvantpunkter och superkondensatorer baserade på laserinducerad grafen.
För att simulera biologiska molekyler, kristaller, atomkärnor och andra komplexa system är det nödvändigt att beräkna kvantdynamiken för ett stort antal partiklar, vilket är absolut otillgängligt för moderna datorenheter. Kvantsimulatorer är modellkvantsystem vars parametrar kan justeras för att simulera andra komplexa system av praktiskt intresse. Faktum är att kvantsimulatorer är analoga kvantdatorer.
Medicin och bioteknik
Foto: Robson Fernandjes / Estadao Conteudo / Global Look
Inom biovetenskapsområdet ägnar forskare mer uppmärksamhet åt utvecklingen av telemedicin - användningen av telekommunikationsteknik, såsom smartphones, tillsammans med olika medicinska sensorer för fjärrdiagnostik av sjukdomar utan ett personligt besök hos läkaren. Det var denna riktning som var den mest märkbara bland exemplen på kommersialisering av vetenskaplig utveckling.
Ett av neurovetenskapens lovande områden är dock optogenetik, som studerar kontrollen av neuroner med hjälp av ljuspulser. Användningen av fiberoptiska ljusledare och ljuskänsliga proteiner gör det möjligt att uppnå högprecisionseffekter på nervceller. Genom att specifikt aktivera och stänga av olika delar av hjärnan har optogenetiken revolutionerat forskningen om nervsystemet de senaste åren.
Matematisk fysik
Moderna teoretiska modeller kräver komplexa matematiska apparater. Även om Nobelpriset inte delas ut i denna disciplin, finns det mindre kända sådana, liksom nomineringar inom närliggande områden. Till exempel vann Clement Hongler det regionala Blavatnikpriset 2014. Det är anmärkningsvärt att han fick sin doktorsexamen under ledning av den ryske matematikern och Fields-medaljvinnaren Stanislav Smirnov. Hongler rapporterade nya exakta resultat i Ising-modellen, en matematisk modell som används för att beskriva processen för magnetisering av material. Ising-modellen fungerar också som basen för D-Wave, den största kvantberäkningsenheten hittills, tillverkad av D-Wave Systems. Jag kommer att reservera mig för att diskussionerna fortsätter om i vilken utsträckning dessa datorer ska betraktas som kvantum.
Honglers arbete är i skärningspunkten mellan statistisk mekanik, sannolikhetsteori, komplex analys och kvantfältteori. Han och hans medförfattare erhöll rigorösa resultat från studiet av Ising-modellen, inklusive på ett så viktigt område som att etablera en koppling mellan den kritiska Ising-modellen och den konforma fältteorin för Belavin, Polyakov och Zamolodchikov - en universell teori som tjänar till att beskriva olika kritiska fenomen inom fysiken, det vill säga situationer när en liten förändring i någon parameter, såsom temperatur, leder till de mest radikala förändringarna i ett fysiskt systems beteende.
Intressant är också områdena relaterade till vandrande planeter som inte är förknippade med någon stjärna, och skapandet av nya observationsinstrument, som snart kommer att tas i drift för att söka efter och studera planeter utanför solsystemet. De kommer att bidra till att avsevärt utöka vår kunskap om sådana planeter, utforska den kemiska sammansättningen av deras atmosfärer, bestämma närvaron av organiska ämnen och leta efter liv där.
Kommersialisering av forskning
Den nuvarande trenden är kommersialisering av vetenskapliga upptäckter. Vid evenemanget tillägnat det ovan nämnda priset grundades nästan två dussin företag inom området medicinsk diagnostik, energilagring och dataanalys av pristagare. Harvard Blavatnik Biomedical Accelerator utvecklas också.
Nivån på modern vetenskap gör det möjligt att relativt snabbt gå från grundforskning till tillämpad forskning, och sedan tillämpa vetenskapliga upptäckter på kommersiella produkter.
Fysiker har känt till kvanteffekter i mer än hundra år, till exempel kvantornas förmåga att försvinna på en plats och dyka upp på en annan, eller att vara på två ställen samtidigt. Men kvantmekanikens fantastiska egenskaper gäller inte bara fysiken utan också biologin.
Det bästa exemplet på kvantbiologi är fotosyntes: växter och vissa bakterier använder energi från solljus för att bygga de molekyler de behöver. Det visar sig att fotosyntesen faktiskt förlitar sig på ett överraskande fenomen - små energimassor "utforskar" alla möjliga sätt att använda sig själva och "väljer" sedan det mest effektiva. Kanske fågelnavigering, DNA-mutationer och till och med vårt luktsinne förlitar sig på ett eller annat sätt på kvanteffekter. Även om detta område av vetenskap fortfarande är mycket spekulativt och kontroversiellt, tror forskare att idéer en gång hämtade från kvantbiologi kan leda till skapandet av nya läkemedel och biomimetiska system (biomimetri är ett annat nytt vetenskapligt område där biologiska system och strukturer används för att skapa nya material och enheter).
3. Exometeorologi
Jupiter Tillsammans med exoceanografer och exogeologer är exometeorologer intresserade av att studera de naturliga processer som förekommer på andra planeter. Nu när kraftfulla teleskop har gjort det möjligt att studera de interna processerna hos närliggande planeter och månar, kan exometeorologer övervaka deras atmosfäriska och väderförhållanden. och Saturnus, med sin otroliga skala, är främsta kandidater för forskning, liksom Mars, med sina vanliga dammstormar.
Exometeorologer studerar till och med planeter utanför vårt solsystem. Och det som är intressant är att de så småningom kan hitta tecken på utomjordiskt liv på exoplaneter genom att upptäcka organiska spår eller förhöjda nivåer av koldioxid i atmosfären - ett tecken på industriell civilisation.
4. Nutrigenomics
Nutrigenomics är studiet av de komplexa sambanden mellan mat och genomuttryck. Forskare som arbetar inom detta område försöker förstå rollen av genetiska variationer och kostsvar i hur näringsämnen påverkar genomet.
Mat har verkligen en enorm inverkan på din hälsa - och den börjar bokstavligen på molekylär nivå. Nutrigenomics fungerar i båda riktningarna: den studerar exakt hur vårt genom påverkar gastronomiska preferenser, och vice versa. Huvudmålet med disciplinen är att skapa personlig näring - detta för att säkerställa att vår mat är idealisk anpassad till vår unika uppsättning gener.
5. Kliodynamik
Kliodynamik är en disciplin som kombinerar historisk makrosociologi, ekonomisk historia (kliometri), matematisk modellering av långsiktiga sociala processer, samt systematisering och analys av historiska data.
Namnet kommer från namnet på den grekiska musan för historia och poesi, Clio. Enkelt uttryckt är kliodynamik ett försök att förutsäga och beskriva historiens breda sociala kopplingar – både för att studera det förflutna och som ett potentiellt sätt att förutsäga framtiden, till exempel att förutse social oro.
6. Syntetisk biologi
Syntetisk biologi är design och konstruktion av nya biologiska delar, enheter och system. Det innebär också att uppgradera befintliga biologiska system för ett oändligt antal användbara tillämpningar.
Craig Venter, en av de ledande experterna inom detta område, tillkännagav 2008 att han hade rekonstruerat hela genomet av en bakterie genom att limma ihop dess kemiska komponenter. Två år senare skapade hans team "syntetiskt liv" - DNA-molekyler kodade digitalt, sedan 3D-utskrivna och infogade i levande bakterier.
I framtiden tänker biologer analysera olika typer av genom för att skapa användbara organismer för införande i kroppen och biorobotar som kan producera kemikalier – biobränslen – från grunden. Det finns också idéer om att skapa föroreningsbekämpande konstgjorda bakterier eller vacciner för att behandla allvarliga sjukdomar. Potentialen för denna vetenskapliga disciplin är helt enkelt enorm.
7. Rekombinanta memetika
Detta vetenskapsområde är i sin linda, men det är redan klart att det bara är en tidsfråga - förr eller senare kommer forskare att få en bättre förståelse av hela den mänskliga noosfären (totaliteten av all information som är känd för människor) och hur spridning av information påverkar nästan alla aspekter av mänskligt liv.
Liksom rekombinant DNA, där olika genetiska sekvenser går samman för att skapa något nytt, studerar rekombinant memetik hur idéer som överförs från person till person kan justeras och kombineras med andra memes och memeplex - etablerade komplex av sammankopplade memes. Detta kan vara användbart för "socialterapeutiska" syften, till exempel för att bekämpa spridningen av radikala och extremistiska ideologier.
8. Beräkningssociologi
Liksom kliodynamik studerar beräkningssociologi sociala fenomen och trender. Centralt för denna disciplin är användningen av datorer och relaterad informationsbehandlingsteknik. Naturligtvis utvecklades denna disciplin först med tillkomsten av datorer och den utbredda användningen av Internet.
Särskild uppmärksamhet i denna disciplin ägnas åt de enorma flödena av information från våra dagliga liv, till exempel e-post, telefonsamtal, inlägg på sociala medier, köp av kreditkort, sökmotorfrågor och så vidare. Exempel på arbete kan vara en studie av sociala nätverks struktur och hur information distribueras genom dem, eller hur intima relationer uppstår på Internet.
9. Kognitiv ekonomi
I allmänhet är ekonomi inte förknippat med traditionella vetenskapliga discipliner, men detta kan förändras på grund av det nära samspelet mellan alla vetenskapsområden. Denna disciplin förväxlas ofta med beteendeekonomi (studiet av vårt beteende i samband med ekonomiska beslut). Kognitiv ekonomi är vetenskapen om hur vi tänker. Lee Caldwell, författare till en blogg om denna disciplin, skriver om det:
”Kognitiv (eller finansiell) ekonomi... tittar på vad som faktiskt pågår i en persons sinne när han gör ett val. Vad är den interna strukturen för beslutsfattande, vad påverkar det, vilken information uppfattar sinnet i detta ögonblick och hur bearbetas den, vilka interna preferensformer har en person och, i slutändan, hur återspeglas alla dessa processer i beteendet ?
Med andra ord, forskare börjar sin forskning på en lägre, förenklad nivå och bildar mikromodeller av beslutsfattande principer för att utveckla en modell för storskaligt ekonomiskt beteende. Ofta interagerar denna vetenskapliga disciplin med närliggande områden, såsom beräkningsekonomi eller kognitionsvetenskap.
10. Plastelektronik
Elektronik involverar vanligtvis inerta och oorganiska ledare och halvledare som koppar och kisel. Men en ny gren av elektronik använder ledande polymerer och ledande små molekyler som är baserade på kol. Organisk elektronik involverar design, syntes och bearbetning av funktionella organiska och oorganiska material tillsammans med utvecklingen av avancerad mikro- och nanoteknik.
I själva verket är detta inte en så ny gren av vetenskapen, den första utvecklingen gjordes redan på 1970-talet. Det var dock först nyligen möjligt att sammanföra all ackumulerad data, i synnerhet på grund av nanoteknikrevolutionen. Tack vare organisk elektronik kan vi snart ha organiska solceller, självorganiserande monolager i elektroniska apparater och organiska proteser, som i framtiden kommer att kunna ersätta skadade lemmar för människor: i framtiden kan så kallade cyborgs mycket väl bestå av mer organiskt material än syntetiska delar.
11. Beräkningsbiologi
Om du lika gillar matematik och biologi, då är den här disciplinen precis för dig. Beräkningsbiologi försöker förstå biologiska processer genom matematikens språk. Detta används också för andra kvantitativa system, såsom fysik och datavetenskap. Forskare från University of Ottawa förklarar hur detta blev möjligt:
"Med utvecklingen av biologisk instrumentering och enkel tillgång till datorkraft måste biologin som sådan arbeta med mer och mer data, och kunskapshastigheten bara växer. Att förstå data kräver därför nu en beräkningsmetod. Samtidigt har biologin, ur fysikers och matematikers synvinkel, mognat till en nivå där teoretiska modeller av biologiska mekanismer kan testas experimentellt. Detta ledde till utvecklingen av beräkningsbiologi."
Forskare som arbetar inom detta område analyserar och mäter allt från molekyler till ekosystem.
Hur fungerar "brainmail" - att överföra meddelanden från hjärna till hjärna via Internet
10 världens mysterier som vetenskapen äntligen har avslöjat
Biovetenskap(biovetenskap) kombinerar en mängd olika grenar av biologi, bioteknik och medicin. Under de senaste åren har detta varit en av prioriteringarna för världens vetenskap och ekonomi. Valet av biovetenskap som ett prioriterat utvecklingsområde förklaras av ett antal skäl. Dessa vetenskaper är grunden för att tillhandahålla mänsklighetens primära behov.
Först och främst är detta sjukvård. För att ta hand om hälsan måste du förstå vad som händer med en frisk person och vad som händer i patologi. Livsvetenskapen blir särskilt viktig i takt med att medellivslängden ökar: behovet av att ge äldre i samhället en hälsosam och aktiv ålderdom ställer nya utmaningar för biologi och medicin. För det andra kräver den växande världsbefolkningen och det stigande välståndet utveckling av nya sätt att öka jordbrukets produktivitet, nya sorter av växter - inte bara mer produktiva, utan också med förbättrade konsumentegenskaper. För det tredje kräver det ökande trycket som mänskligheten lägger på naturen en allt mer djupgående studie av ekologi och antagande av åtgärder för att minska denna belastning - till exempel genom metoder för att producera biobränslen, biologiskt nedbrytbar plast, avancerade jordbruksmetoder, minska miljöföroreningar och biosanering – Återställande av förorenade eller förstörda biocenoser.
Den centrala länken som förenar biovetenskaperna är bioteknik i ordets vidaste bemärkelse.
Prioritering av levande system
Personlig identifiering och tillförlitlig diagnos av sjukdomar, växande mänskliga organ och skapa grödor med ett högt innehåll av vitaminer, fetter och proteiner, nya vacciner och mediciner - dessa och många andra teknologier tillhör med rätta det bredaste utrymmet som kallas "levande system".
Att skapa en utvecklad ekonomi i ett postindustriellt samhälle är omöjligt utan att uppdatera den tekniska strukturen och de former av vetenskaplig verksamhet som motsvarar det utgående ekonomiska systemet. Därför är en av huvuduppgifterna för vår stat bildandet av en effektiv och konkurrenskraftig sektor för vetenskap och innovation. Statens huvudinstrument inom området för utveckling av vetenskap och teknik är det federala målprogrammet "Forskning och utveckling inom prioriterade områden för utvecklingen av Rysslands vetenskapliga och tekniska komplex för 2007–2012." Inom ramen för detta program finansierar staten ett arbete som motsvarar utvalda vetenskapliga och vetenskapligt-tekniska statliga prioriteringar, varav en är ”Levande System”.
STRF.ru hjälp:
Arbete inom det prioriterade området "Levande system" utförs också inom ramen för det federala målprogrammet "Forskning och utveckling i prioriterade utvecklingsområden för Rysslands vetenskapliga och tekniska komplex för 2007-2012". Inom ramen för denna riktning under 2008 utvecklades i synnerhet följande kritiska tekniker:
– Biomedicinsk och veterinär teknik för livsuppehållande och skydd av människor och djur.
– Biokatalytisk, biosyntetisk och biosensorteknik.
– Genomisk och postgenomisk teknik för att skapa läkemedel.
– Cellulär teknik.
– bioteknik.
Begrepp "biovetenskap" kom att ersätta det vanliga begreppet "biologiska vetenskaper" och gav ett gemensamt namn åt alla vetenskaper om levande varelser: zoologi och genetik, botanik och molekylärbiologi, fysiologi och biokemi, ekologi och medicin. Alla som arbetar inom dessa områden sysslar med levande system, det vill säga med levande organismer, vare sig det är en person eller en blomma, ett virus eller en bakterie. Vi kan säga att levande system är allt som reproducerar, andas, matar och rör sig.
Det handlar dock inte bara om att byta namn. Termen "levande system" är mer aktiv, mer strukturerad. Det återspeglar ett systematiskt förhållningssätt till detta tvärvetenskapliga område av vetenskap och kunskap, där biologer, kemister, fysiker och matematiker arbetar. Dessutom är termen "levande system" väldigt teknisk. Det involverar inte bara kunskap och upptäckt av principerna för organisering av levande varelser, utan också användningen av denna kunskap i form av ny teknik. Detta tillvägagångssätt inbjuder olika specialister att gemensamt gå från en vetenskaplig idé till dess praktiska genomförande och användning i människors intresse.
Personlig identifiering och tillförlitlig diagnos av sjukdomar, växande mänskliga organ och skapa grödor med ett högt innehåll av vitaminer, fetter och proteiner, nya vacciner och mediciner - dessa och många andra teknologier tillhör med rätta det bredaste utrymmet som kallas "levande system". Forskning och utveckling som utförs inom detta område kommer att fylla vår industri med högteknologisk teknik, förbättra hälsan och öka säkerheten för ryska medborgare. Det är därför som levande system är en av regeringens främsta prioriteringar inom området vetenskap och teknik, som aktivt stöds genom federala riktade program.
Den här samlingen kommer kortfattat att introducera läsaren till begreppet tekniska plattformar och bioteknik, såväl som några utvecklingar av ledande ryska forskarlag som arbetar i den prioriterade riktningen "Levande system".
STRF.ru hjälp:
Fördelning av medel i riktning mot "Living Systems" inom ramen för Federal Target Program 2008 per region (miljoner rubel):
FEFD – 9 kontrakt, budget 116,5
Volga Federal District - 17 kontrakt, budget 140,1
Northwestern Federal District - 32 kontrakt, budget 156,0
Sibiriens federala distrikt - 34 kontrakt, budget 237,4
Ural Federal District – 1 kontrakt, budget 50
Central Federal District - 202 kontrakt, budget 2507.8
Södra federala distriktet - 4 kontrakt, budget 34,85
Kunskap som teknik
I samtal om utvecklingen av grundläggande och tillämpade utvecklingar inom området levande system möter man alltmer begreppet "teknik". I en modern, postindustriell ekonomi förstås teknik som en uppsättning dokumenterad kunskap för målmedvetna aktiviteter med hjälp av tekniska medel (till exempel organisatorisk teknologi, konsumentteknologi, social teknologi, politisk teknologi). Det bör noteras att i en marknadsekonomi är teknik, som en typ av kunskap, en vara. Kunskapsmassan som betecknas med detta begrepp väcker frågor inte bara om vad vi gör, utan också hur, och viktigast av allt, varför vi gör det.
Vid fastställande av strategier för utveckling av det vetenskapliga och tekniska komplexet i nationell skala används begreppet "teknologisk plattform". Det finns ännu ingen tydlig definition av detta begrepp. Ändå är det redan uppenbart att detta koncept inkluderar en mängd kunskap, metoder, material och teknisk bas och kvalificerad personal, som varierar beroende på externa beställningar för vetenskapligt och tekniskt arbete. Den prioriterade inriktningen "Living Systems" kan ses som en kombination av flera teknikplattformar.
Hemligheter avslöjade
Från levande system härleder vi teknologier som är normen för livet för naturen. Hon använder dem under födseln, utvecklingen och döden av någon levande organism. Dessutom, på varje nivå i hierarkin i ett levande system - genetisk, cellulär, organism - finns det en annan uppsättning tekniska lösningar.
Varje levande system börjar med livets huvudmolekyl, DNA, som lagrar och överför ärftlig information från generation till generation. DNA kan grovt delas in i semantiska sektioner – gener. De skickar kommandon för att syntetisera vissa proteiner som bildar organismens egenskaper och säkerställer dess liv. Forskare uppskattar antalet gener hos människor till 20–25 tusen. Om fel uppstår i gener, så kallade mutationer, utvecklar en person allvarliga sjukdomar. Volymen av text "inspelad" i genomet är identisk med filen för dagstidningen Izvestia i 30 år.
DNA lever och verkar i cellen. En levande cell är perfektion i sig. Hon vet hur man omvandlar värdelösa ämnen till användbara, syntetiserar inre läkemedel för kroppen, byggmaterial och mycket mer. Varje minut sker miljontals kemiska reaktioner i en levande cell under de mest vanliga förhållanden – i en vattenmiljö, utan högt tryck och temperaturer.
En cell lever av sig själv endast i encelliga organismer - bakterier, men de flesta levande system är flercelliga. Den vuxna människokroppen innehåller i genomsnitt 10 14 celler. De föds, förvandlas, gör sitt arbete och dör. Men samtidigt lever de i harmoni och samarbete, bygger kollektiva försvarssystem (immunsystem), anpassning (regleringssystem) och andra.
Steg för steg avslöjar vi hemligheterna med levande system och skapar, baserat på denna kunskap bioteknik.
Bioteknik
Bioteknik kan definieras som processer där levande system eller deras komponenter används för att producera ämnen eller andra levande system. Levande varelser är ursprungliga "fabriker" som bearbetar råvaror (näringsämnen) till en mängd olika produkter som är nödvändiga för att stödja deras liv. Och dessutom är dessa fabriker kapabla att reproducera, det vill säga generera andra mycket liknande "fabriker".
Idag vet vi redan mycket om hur "arbetarna" i levande fabriker är uppbyggda och fungerar - arvsmassan, cellulära strukturer, proteiner, själva cellerna och kroppen som helhet.
Tack vare denna kunskap, om än fortfarande ofullständig, har forskare lärt sig att manipulera enskilda delar av levande system - gener (genomisk teknologi), celler (cellulär teknologi) - och skapa genetiskt modifierade levande organismer med egenskaper som är användbara för oss (genteknik). Vi vet hur man anpassar naturliga "fabriker" för att producera den produkt vi behöver (industriell bioteknik). Och dessutom, genmodifiera dessa fabriker så att de syntetiserar det vi behöver.
Det är så vi skapar bioteknik, som kommer att diskuteras vidare. Men innan vi presenterar dig för exempel på teknologier som redan har ställts till tjänst för människan, måste några ord sägas om en elegant lösning som idag hjälper forskare att penetrera livets mysterier och förstå mekanismerna för levande system. När allt kommer omkring är processerna som sker i en cell osynliga, och vetenskaplig forskning kräver teknologier med vilka de kan ses och förstås. Denna lösning är förresten bioteknik i sig.
Glödande ekorrar
För att ta reda på hur gener fungerar måste du se resultatet av deras arbete, det vill säga proteinerna som syntetiseras på deras kommando. Hur kan vi hitta exakt de vi letar efter? Forskare har hittat en metod som gör proteiner synliga, glödande i ultraviolett ljus.
Sådana lysande proteiner finns i naturen, till exempel i havskräftdjur och maneter. Under andra världskriget använde japanerna pulver från "havseldflugan", ett kräftdjur med tvåskaligt skal, som en lokal ljuskälla. När den blöttes i vatten lyste den starkt. Det var från denna havseldfluga och manet som O. Shimomura (Japan) först isolerade lysande proteiner i slutet av 50-talet av 1900-talet. Detta var början på historien om det nu berömda GFP - grönt fluorescerande protein. Och 2008 fick O. Shimomura, M. Chelfi och R. Tsien (USA) Nobelpriset i kemi för fluorescerande proteiner. Med hjälp av dessa proteiner kan en mängd olika levande föremål fås att glöda, från cellstrukturer till ett helt djur. En fluorescerande ficklampa, som kunde fästas på de önskade proteinerna med hjälp av genetisk manipulation, gjorde det möjligt att se var och när detta protein syntetiseras och till vilka delar av cellen det skickas. Det var en revolution inom biologi och medicin.
Men röda fluorescerande proteiner upptäcktes först i koraller och andra marina organismer av två ryska forskare - Mikhail Mats och Sergei Lukyanov. Vi har nu fluorescerande proteiner i alla regnbågens färger, och deras tillämpningar är mycket breda: från spetsen inom biologi och medicin, inklusive onkologi, och upptäckt av giftiga och explosiva ämnen, till glödande akvariefiskar.
Under ledning av korresponderande medlem av den ryska vetenskapsakademin S. Lukyanov (Institutet för bioorganisk kemi vid den ryska vetenskapsakademin) skapades det ryska bioteknologiska företaget Evrogen, som förser forskare runt om i världen med flerfärgade fluorescerande taggar. Idag är Evrogen en av de ledande på den globala marknaden för fluorescerande proteiner för biologisk forskning.
Genetisk identifiering
Vi är alla väldigt olika. Utseende, karaktär, förmågor, mottaglighet för mediciner, motvilja mot den eller den maten - allt detta är genetiskt bestämt. Det unika med var och en av oss genom gör det till ett pålitligt verktyg för att identifiera identitet. Våra gener är i huvudsak samma fingeravtryck, bara av olika karaktär. DNA-identifieringsmetoden introducerades i rättsmedicinsk praxis av den brittiske forskaren Alik Jeffreys på 80-talet av förra seklet. Idag är detta redan ett vanligt och välbekant förfarande över hela världen.
Det används också i Ryssland. Däremot köper vi reagens för analys utomlands. Vid Institutet för allmän genetik vid den ryska vetenskapsakademin, under ledning av den korresponderande medlemmen av den ryska vetenskapsakademin Nikolai Yankovsky, skapas en uppsättning reagenser för identifiering av mänskligt DNA. Framväxten av ett sådant inhemskt verktyg är mycket lägligt, eftersom den 1 januari 2009 kommer lagen "Om genomisk registrering", som antogs av Ryska federationens statsduma den 19 november 2008, att träda i kraft. Utvecklingen av våra forskare kommer inte bara att tillåta oss att vägra import, utan kommer också att ge kriminologer ett mer avancerat verktyg som, till skillnad från västerländska analoger, arbetar med hårt skadat DNA. Och detta är ett vanligt fall inom rättsmedicin.
Med hjälp av detta verktyg kommer en annan viktig social uppgift att lösas - skapandet av en bank med genetiska data från lagbrytare, vilket kommer att öka upptäckten av brott och minska utredningstiden. I Storbritannien uppgår redan den genetiska databasen över människor som på ett eller annat sätt är kopplade till den kriminella världen flera miljoner människor.
DNA-identifieringsmetoden är särskilt bra för att identifiera personer som dött i krig, katastrofer och andra omständigheter. Idag används den även i Ryssland. Det mest kända fallet är identifieringen av kvarlevorna av den sista kungafamiljen. Det sista steget av detta stora arbete - identifiering av kvarlevorna av kejsarens son och dotter - utfördes av professor Evgeniy Rogaev, chef för genomikavdelningen vid Institutet för allmän genetik vid den ryska vetenskapsakademin.
Slutligen är ett annat användningsområde för DNA-identifieringsmetoden fastställande av faderskap. Forskning visar att flera procent av juridiska fäder inte är biologiska. Under lång tid fastställdes faderskapet genom att analysera barnets och förälderns blod - blodgruppen och Rh-faktorn bestämdes och uppgifterna jämfördes. Denna metod var dock i sig opålitlig, som forskare nu förstår, och producerade många fel som resulterade i personliga tragedier. Användningen av DNA-identifiering har ökat analysens noggrannhet till nästan 100 %. Idag är denna teknik för att fastställa faderskap tillgänglig i Ryssland.
Genetisk diagnostik
Att göra en fullständig analys av genomet hos en person kostar för närvarande en enorm summa pengar - två miljoner dollar. Det är sant att om tio år, när tekniken förbättras, förutspås priset sjunka till tusen dollar. Men det går att inte beskriva alla gener. Ofta räcker det att endast utvärdera arbetet hos vissa grupper av gener som är kritiska för uppkomsten av olika åkommor.
Genetisk diagnostik kräver speciella enheter, miniatyr, snabb och exakt. Dessa enheter kallas biochips. Världens första patent för biochips för att bestämma DNA-strukturen tillhör Ryssland - laget av akademiker Andrei Mirzabekov från Institutet för molekylärbiologi som är uppkallat efter. V.A. Engelhardt RAS. Sedan, i slutet av 80-talet av förra seklet, utvecklade Mirzabekovs team mikromatristeknologi. De började kallas biochips senare.
Biologiska mikrochips är en liten platta av glas eller plast, på vars yta det finns många celler. Var och en av dessa brunnar innehåller en markör för en eller annan del av genomet som behöver detekteras i provet. Om en patients blodprov tappas på biochippet kan vi ta reda på om det innehåller det vi letar efter - motsvarande brunn kommer att lysa på grund av en fluorescerande märkning.
Genom att undersöka ett förbrukat biochip kan forskare ställa en diagnos om anlag för vissa sjukdomar, samt upptäcka farliga virus i patientens blod, till exempel tuberkulos eller hepatit C. Ett virus är trots allt inget annat än en bit främmande DNA i ett proteinskal. Tack vare den nya tekniken har längden på komplexa laboratorieanalyser av biologiskt material minskat från flera veckor till en dag.
Idag utvecklas biologiska mikrobiochips av dussintals företag i Europa och USA. Men ryska biochips klarar konkurrensen framgångsrikt. En analys med hjälp av Biochip-IMB-testsystemet kostar bara 500 rubel, medan användning av en utländsk analog kostar $200–500.
Och Institutet för molekylärbiologi vid den ryska vetenskapsakademin har börjat certifiera biochips som upptäcker typer av hepatit C-virus hos en patient. Marknadspotentialen för den nya tekniken är enorm. Med hjälp av traditionella tester går det trots allt inte i vart tredje fall att ta reda på vilken sort det hittade viruset tillhör. Nu är detta problem löst.
Med hjälp av DNA-diagnostik kan du inte bara identifiera sjukdomar och anlag för dem, utan också anpassa din dagliga kost. Till exempel om man ska inkludera helmjölk eller inte. Faktum är att för många människor orsakar helmjölk illamående, diarré och allmän sjukdomskänsla. Detta uppstår på grund av brist på ett enzym som bryter ner mjölksocker - laktos. På grund av detta uppstår problem i kroppen. Och närvaron av enzymet bestäms genetiskt. Enligt genetiska studier kan från en tredjedel till hälften av vuxna i vårt land (beroende på region) inte smälta helmjölk. Men skolkosten kräver fortfarande ett glas mjölk per dag för varje barn. Med hjälp av ett DNA-diagnostiskt test som utvecklats vid Institute of General Genetics vid den ryska vetenskapsakademin är det lätt att avgöra vem som kan rekommenderas helmjölk och vem som inte kan. Detta är målet för projektet "Bevara hälsan hos friska människor", implementerat av Ryska vetenskapsakademin tillsammans med administrationen i Tambov-regionen.
Genterapi
Genetisk diagnostik lägger grunden för framtidens medicin. Men medicin är inte bara en diagnos, det är också en behandling. Kan vi korrigera defekta gener i en levande organism eller ersätta dem med kompletta i de svåra fall då traditionell behandling är maktlös? Det är just denna uppgift som genterapin ställer.
Kärnan i genterapi är enkel i ord: det är nödvändigt att antingen "reparera" en trasig gen i cellerna i de vävnader och organ där den inte fungerar, eller att leverera en fullfjädrad gen till patientens kropp, som vi kan syntetisera in vitro. Idag har flera metoder utvecklats för att introducera nya gener i celler. Detta inkluderar genleverans med hjälp av neutraliserade virus, mikroinjektion av genetiskt material i cellkärnan, avfyring av celler från en speciell pistol med små guldpartiklar som bär friska gener på sin yta, etc. Hittills har det varit mycket liten framgång inom området för praktisk genterapi. Det finns dock ljusa och kvicka upptäckter, bland annat i ryska laboratorier.
En av dessa idéer, avsedd för behandling av cancer, kan kallas en "trojansk häst". En av generna hos herpesviruset introduceras i cancerceller. Förrän en viss tid avslöjar denna "trojanska häst" sig inte. Men så snart ett läkemedel som ofta används för att behandla herpes (ganciklovir) introduceras i patientens kropp, börjar genen att fungera. Som ett resultat bildas ett extremt giftigt ämne i cellerna, vilket förstör tumören från insidan. Ett annat alternativ för cancergenterapi är leverans av gener till cancerceller som kommer att utlösa syntesen av så kallade "självmords"-proteiner, vilket leder till "självmord" av cancerceller.
Tekniken för genleverans till cancerceller utvecklas av ett stort team av forskare från Institutet för bioorganisk kemi som är uppkallat efter. M.M. Shemyakin och Yu.A. Ovchinnikov RAS, Russian Oncology Research Center RAMS, Institute of Molecular Genetics RAS, Institute of Gene Biology RAS. Arbetet leds av akademikern Evgeniy Sverdlov. Huvudfokus för projektet är att skapa läkemedel mot lungcancer (första plats i dödlighet) och matstrupscancer (sjunde plats). Men de metoder och design som skapas kommer att vara användbara i kampen mot alla typer av cancer, av vilka det finns mer än hundra. Efter de nödvändiga kliniska prövningarna, om de lyckas, kommer läkemedlen att börja användas under 2012.
Diagnos av cancer
Ett stort antal forskarlag i Ryssland och runt om i världen arbetar med cancerproblemet. Detta är förståeligt: varje år skördar cancer en något mindre dödlig skörd än hjärt- och kärlsjukdomar. Forskarnas uppgift är att skapa teknologier som gör det möjligt att upptäcka cancer i de tidigaste stadierna och förstöra cancerceller på ett riktat sätt, utan biverkningar för kroppen. Tidig och snabb diagnos, när analysen bara tar några timmar, är extremt viktig för traditionell cancerterapi. Läkare vet att det är lättare att förstöra sjukdomen i knoppen. Därför behöver kliniker runt om i världen diagnostisk teknik som uppfyller dessa krav. Och det är här biotekniken kommer till hjälp för forskarna.
Ett nytt tillvägagångssätt för tidig och snabb diagnos av cancer föreslogs för första gången i världen av Alexander Chetverin från Institute of Protein of the Russian Academy of Sciences. Kärnan i metoden är att i blodet identifiera de mRNA-molekyler som tar bort information från motsvarande delar av genomet och bär kommandot för syntesen av cancerproteiner. Om sådana molekyler finns i en patients blodprov kan en cancerdiagnos ställas. Problemet är dock att det finns väldigt få av dessa molekyler i blodprovet, medan det finns många andra. Hur kan man hitta och urskilja de enskilda exemplaren som vi behöver? Detta problem löstes av ett team av forskare under ledning av A. Chetverin.
Forskare har lärt sig att multiplicera eftertraktade men osynliga cancercellsmarkörmolekyler med hjälp av den så kallade polymeraskedjereaktionen (PCR).
Som ett resultat växer hela molekylära kolonier från en osynlig molekyl, som redan kan ses i mikroskop. Om en patients blodprov (säg en milliliter) innehåller minst en cancercell och en markörmolekyl, kan den begynnande sjukdomen upptäckas.
Analysen kan göras på bara några timmar, och det kostar flera tusen rubel. Men om du använder det en masse, till exempel under en årlig förebyggande medicinsk undersökning, kan priset sjunka till 300–500 rubel.
Cancer behandling
Inom cancerbehandlingsområdet finns det också flera nya tillvägagångssätt som bygger på bioteknik. En av dem är användningen av specifika antikroppar som anticancermedel.
Antikroppar är proteinmolekyler som produceras av celler i immunsystemet. I själva verket är detta ett kemiskt vapen som vår kropp använder i kampen mot alla typer av virus, såväl som degenererade celler i vår egen kropp - cancerceller. Om immunförsvaret i sig inte klarar av cancer, då kan det hjälpas.
Forskare från Laboratory of Molecular Immunology (Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences), under ledning av motsvarande medlem av den ryska vetenskapsakademin Sergei Deev, konstruerar en ny generation antikroppar som känner igen målet och förstör det. Detta tillvägagångssätt är baserat på principen om den så kallade "magiska kulan", som alltid och exakt hittar sitt offer. Antikroppar är perfekt lämpade för denna roll. En del av deras molekyl fungerar som en "antenn" som pekar mot målet - cancercellens yta. Och olika skadliga ämnen - toxiner, organiska molekyler, radioaktiva isotoper - kan fästas på antikroppens svans. De har olika effekter, men de dödar alla i slutändan tumören.
Cancerceller kan också förstöras nästan naturligt. Det räcker för att utlösa mekanismen för programmerad celldöd, ett slags självmord som naturen tillhandahåller. Forskare kallar det apoptos. Självmordsmekanismen utlöses av intracellulära enzymer som förstör proteiner inuti cellen och själva DNA:t. Tyvärr är cancerceller otroligt motståndskraftiga eftersom de kan undertrycka deras suicidala "humör". Problemet är att det finns väldigt få av dessa enzymer i cancerceller, så det är svårt att utlösa apoptos.
Detta problem kan dock också lösas. För att utlösa självmordsmekanismen föreslår sibiriska forskare att man öppnar membranen i cellulära strukturer, till exempel mitokondrier. Då kommer cellen oundvikligen att dö. Institutet för bioorganisk kemi i den sibiriska grenen av den ryska vetenskapsakademin, det statliga vetenskapliga centret "Vector" (byn Koltsovo), det kommunala lungkirurgiska sjukhuset (Novosibirsk), Scientific and Production Foundation "Medical Technologies" (Kurgan), och forskningsinstitutet för klinisk och experimentell immunologi vid Ryska akademin för medicinska vetenskaper (Novosibirsk) deltar i detta stora projekt. Tillsammans valde forskarna ut ämnen som kan öppna membranen i cellstrukturer och utvecklade en metod för att leverera dessa ämnen till cancercellen.
Vacciner
Vår kunskap om djurens immunsystem kan användas inte bara för att behandla cancer, utan även alla infektionssjukdomar. Vi får immunitet mot de flesta sjukdomar "genom arv" mot andra vi får immunitet genom att lida av en sjukdom orsakad av en ny infektion. Men immunitet kan också tränas – till exempel genom vaccination.
Effektiviteten av vaccination visades först för mer än 200 år sedan av läkaren Edward Jenner, som bevisade att en person som hade koppor blev immun mot smittkoppor. Sedan dess har många sjukdomar kommit under läkares kontroll. Sedan Pasteurs tid har försvagade eller dödade virus använts för vacciner. Men detta medför begränsningar: det finns ingen garanti för att vaccinet är helt fritt från aktiva virala partiklar kräver stor försiktighet.
Dessa svårigheter kan övervinnas med hjälp av genteknik. Med deras hjälp kan du producera enskilda komponenter av bakterier och virus och sedan injicera dem i patienter - den skyddande effekten blir inte värre än när du använder konventionella vacciner. De första vaccinerna som erhölls med hjälp av genteknik var vacciner för djur - mot mul- och klövsjuka, rabies, dysenteri och andra djursjukdomar. Det första genetiskt modifierade vaccinet för människor var hepatit B-vaccinet.
Idag kan vi för de flesta infektioner göra vacciner - klassiska eller genetiskt modifierade. Huvudproblemet är kopplat till nittonhundratalets pest - AIDS. Vaccination är bra för honom. Det stärker trots allt immunförsvaret och tvingar kroppen att producera fler immunceller. Humant immunbristvirus (HIV), som orsakar AIDS, lever och förökar sig i dessa celler. Med andra ord ger vi det ännu fler möjligheter – nya, friska celler i immunsystemet att infektera.
Forskning om att hitta vacciner mot AIDS har en lång historia och är baserad på en upptäckt som gjordes på 70-talet av framtida akademiker R.V. Petrov, V.A. Khaitov. Dess essens är det polyelektrolyter (laddade polymermolekyler som är lösliga i vatten) interagerar med celler i immunsystemet och inducerar det senare att intensivt producera antikroppar. Och om till exempel ett av proteinerna som utgör virusskalet är fäst vid en polyelektrolytmolekyl, kommer ett immunsvar mot detta virus att aktiveras. Detta vaccins verkningsmekanism skiljer sig fundamentalt från alla vacciner som tidigare har skapats i världen.
Den första i världen och hittills den enda polyelektrolyt som tillåts införas i människokroppen var polyoxidonium. Sedan "syddes" influensavirusproteinerna på polymeren. Resultatet blev "Grippol"-vaccinet, som har skyddat miljontals människor i Ryssland från virusinfektion i nästan 10 år.
Idag skapas AIDS-vaccinet med samma metod. Ett protein som är karakteristiskt för AIDS-viruset bands till en polyelektrolyt. Det resulterande vaccinet testades framgångsrikt på möss och kaniner. Baserat på resultaten av prekliniska tester fick Institutet för immunologi vid den ryska vetenskapsakademin tillstånd att genomföra kliniska prövningar med deltagande av frivilliga. Om alla stadier av att testa läkemedlet är framgångsrika, kan det användas inte bara för att förebygga HIV-infektion, utan också för behandling av AIDS.
Läkemedel som donerats av bioteknik
Läkemedel är fortfarande det huvudsakliga verktyget för medicinsk praxis. Men kapaciteten hos den kemiska industrin, som producerar lejonparten av läkemedel, är begränsad. Den kemiska syntesen av många ämnen är komplex och ofta omöjlig, såsom syntesen av de allra flesta proteiner. Och det är här biotekniken kommer till undsättning.
Framställning av läkemedel med hjälp av mikroorganismer har en lång historia. Det första antibiotikumet, penicillin, isolerades från mögel 1928, och dess industriella produktion började 1940. Efter penicillin upptäcktes andra antibiotika och massproduktionen av dem började.
Under lång tid kunde många läkemedel baserade på mänskliga proteiner endast fås i små mängder. Genteknik har gett hopp om att utbudet av proteinläkemedel och deras antal kommer att öka kraftigt. Och dessa förväntningar var berättigade. Flera dussin läkemedel som erhållits med biotekniska medel har redan kommit in i medicinsk praxis. Enligt experter ökar den årliga volymen på den globala marknaden för läkemedel baserade på proteiner skapade genom genteknik med 15 % och kommer till 2010 att uppgå till 18 miljarder dollar.
Det mest slående exemplet på våra bioteknologers arbete inom detta område är genetiskt modifierat humaninsulin, som produceras vid Institutet för bioorganisk kemi uppkallat efter. M.M.Shemyakin och Yu.A.Ovchinnikov RAS. Insulin, det vill säga ett hormon med proteinstruktur, reglerar nedbrytningen av socker i vår kropp. Det kan utvinnas från djur. Det var vad de gjorde innan. Men även insulin från bukspottkörteln hos grisar - de djur som biokemiskt står oss närmast - skiljer sig fortfarande något från humaninsulin.
Dess aktivitet i människokroppen är lägre än aktiviteten av humant insulin. Dessutom tolererar inte vårt immunförsvar främmande proteiner och gör sitt bästa för att stöta bort dem. Därför kan det injicerade fläskinsulinet försvinna innan det hinner få terapeutisk effekt. Problemet löstes med genteknik, som idag används för att producera humant insulin, även i Ryssland.
Förutom genmanipulerat humaninsulin vid Institutet för bioorganisk kemi. M.M. Shemyakina och Yu.A. Ovchinnikova från den ryska vetenskapsakademin, Institutet för bioorganisk kemi, den ryska vetenskapsakademin, tillsammans med det hematologiska forskningscentret vid den ryska akademin för medicinska vetenskaper, skapade en teknik för produktion av proteiner för att bekämpa massiva blodförlust. Humant serumalbumin och blodkoagulationsfaktor är utmärkta första hjälpen- och återupplivningsverktyg som efterfrågas inom katastrofmedicin.
Genmodifierade växter
Vår kunskap om genetik, som växer för varje dag, har gjort det möjligt för oss att skapa inte bara genetiska tester för att diagnostisera sjukdomar och glödande proteiner, vacciner och läkemedel, utan också nya organismer. Idag finns det knappast en person som inte har hört talas om genetiskt modifierade, eller transgena, organismer (GMO). Det är växter eller djur i vars DNA-gener har introducerats utifrån, vilket ger dessa organismer nya egenskaper som är användbara ur mänsklig synvinkel.
GMO-armén är stor. Bland dess led finns nyttiga mikrober som arbetar i biotekniska fabriker och producerar många användbara ämnen för oss, grödor med förbättrade egenskaper och däggdjur som producerar mer kött och mer mjölk.
En av de mest utbredda underavdelningarna av GMO är naturligtvis växter. De har trots allt sedan urminnes tider fungerat som mat för människor och djurfoder. Från växter får vi fibrer för byggnation, ämnen till mediciner och parfymer, råvaror till kemisk industri och energi, eld och värme.
Vi fortsätter att förbättra växternas kvalitet och utveckla nya sorter genom selektiv förädling. Men denna mödosamma och arbetsintensiva process tar mycket tid. Genteknik, som har gjort det möjligt för oss att infoga användbara gener i växternas arvsmassa, har lyft avel till en helt ny nivå.
Den allra första transgena växten, skapad för ett kvarts sekel sedan, var tobak, och idag används 160 transgena grödor i industriell skala i världen. Bland dem finns majs och sojabönor, ris och raps, bomull och lin, tomater och pumpa, tobak och rödbetor, potatis och kryddnejlika och andra.
Vid den ryska vetenskapsakademins bioteknikcentrum, under ledning av akademikern K.G. Skryabin. tillsammans med vitryska kollegor skapade de den första inhemska genetiskt modifierade grödan - potatissorten Elizaveta, resistent mot Colorado-potatisbaggen.
De första genetiskt modifierade grödorna, som utvecklades i början av 1980-talet, var resistenta mot herbicider och insekter. I dag får vi med hjälp av genteknik fram sorter som innehåller mer näringsämnen, är resistenta mot bakterier och virus samt är resistenta mot torka och kyla. 1994 skapades för första gången en mängd olika tomater som inte var mottagliga för ruttnande. Denna sort dök upp på de genetiskt modifierade livsmedelsmarknaderna inom två år. En annan transgen produkt, Golden rice, har blivit allmänt känd. I det, till skillnad från vanligt ris, bildas betakaroten - en föregångare till vitamin A, vilket är absolut nödvändigt för kroppens tillväxt. Gyllene ris löser delvis problemet med adekvat näring för invånare i de länder där ris fortfarande är huvudrätten i kosten. Och detta är minst två miljarder människor.
Näring och produktivitet är inte de enda målen som eftersträvas av geningenjörer. Det är möjligt att skapa sorter av växter som innehåller vacciner och mediciner i sina blad och frukter. Detta är mycket värdefullt och bekvämt: vacciner gjorda av transgena växter kan inte kontamineras med farliga djurvirus, och själva växterna är lätta att odla i stora mängder. Och slutligen kan "ätbara" vacciner skapas baserade på växter, när det för vaccination räcker att äta en viss mängd av alla transgena frukter eller grönsaker, till exempel potatis eller bananer. Till exempel innehåller morötter ämnen som är involverade i bildandet av kroppens immunsvar. Sådana växter skapas gemensamt av forskare från två ledande biologiska institut i Sibirien: Institutet för cytologi och genetik i den sibiriska grenen av den ryska vetenskapsakademin och Institutet för kemisk biologi och grundläggande medicin vid SB RAS.
Man kan inte säga att samhället är försiktig med genetiskt modifierade växter (GMP). Och i själva forskarsamhället pågår en diskussion om den möjliga potentiella faran med GMR. Därför pågår forskning över hela världen för att bedöma riskerna förknippade med användningen av GMR - livsmedel, agroteknisk och miljömässigt. Medan Världshälsoorganisationen säger följande: "Erfarenheterna som har vunnits under 10 års kommersiell användning av GM-grödor, visar analys av resultaten från speciella studier: hittills finns det inte ett enda bevisat fall av toxicitet eller negativa effekter av registrerad GM grödor som källor till mat eller foder i världen."
Från 1996, när kommersiell odling av GMR började, till 2007, ökade den totala arealen besådd med transgena växter från 1,7 miljoner till 114 miljoner hektar, vilket är cirka 9 % av all åkerareal i världen. Dessutom upptas 99 % av denna yta av fem grödor: sojabönor, bomull, ris, majs och raps. I den totala volymen av deras produktion står genetiskt modifierade sorter för över 25 %. Den absoluta ledaren i användningen av GMR är USA, där redan 2002 var 75% av bomull och sojabönor transgena. I Argentina var andelen transgena sojabönor 99%, i Kanada producerades 65% raps på detta sätt och i Kina - 51% bomull. Under 2007 var 12 miljoner bönder engagerade i odling av kolväten, varav 90 % bor i utvecklingsländer. I Ryssland är industriell odling av kolväten förbjuden enligt lag.
Genetiskt modifierade djur
Geningenjörer använder en liknande strategi för att utveckla nya djurraser. I det här fallet introduceras genen som är ansvarig för manifestationen av någon värdefull egenskap i det befruktade ägget, från vilket en ny organism utvecklas vidare. Till exempel, om ett djurs uppsättning gener kompletteras med genen av ett tillväxtstimulerande hormon, kommer sådana djur att växa snabbare med mindre mat som konsumeras. Resultatet är billigare kött.
Ett djur kan vara en källa till inte bara kött och mjölk, utan också medicinska ämnen som finns i denna mjölk. Till exempel de mest värdefulla mänskliga proteinerna. Vi har redan pratat om några av dem. Nu kan denna lista kompletteras med laktoferrin, ett protein som skyddar nyfödda barn från farliga mikroorganismer tills deras egen immunitet utvecklas.
En kvinnas kropp producerar detta ämne med de första portionerna bröstmjölk. Tyvärr har inte alla mödrar mjölk, så humant laktoferrin måste läggas till formeln för att bibehålla hälsan hos nyfödda. Om det finns tillräckligt med skyddande protein i kosten, kan dödligheten hos konstgjorda spädbarn från olika gastrointestinala infektioner minskas tio gånger. Detta protein efterfrågas inte bara inom barnmatsindustrin, utan även till exempel inom kosmetikaindustrin.
Tekniken för produktion av getmjölk med humant laktoferrin utvecklas vid Institutet för genbiologi vid den ryska vetenskapsakademin och det vetenskapliga och praktiska centret vid National Academy of Sciences of Vitryssland för djurhållning. I år föddes de två första transgena getterna. Under flera års forskning spenderades 25 miljoner rubel på skapandet av var och en av dem. Vi måste bara vänta tills de växer upp, förökar sig och börjar producera mjölk med värdefullt mänskligt protein.
Cellteknik
Det finns ett annat spännande område inom bioteknik: cellteknik. Stamceller, som är fantastiska i sina förmågor, lever och verkar i människokroppen. De ersätter döda celler (säg en erytrocyt, en röd blodkropp, lever bara 100 dagar), de läker våra frakturer och sår och återställer skadad vävnad.
Förekomsten av stamceller förutspåddes av en rysk hematolog från S:t Petersburg, Alexander Maksimov, redan 1909. Flera decennier senare bekräftades hans teoretiska antagande experimentellt: stamceller upptäcktes och isolerades. Men den verkliga boomen började i slutet av 1900-talet, när framsteg inom området för experimentell teknik gjorde det möjligt att urskilja potentialen hos dessa celler.
Hittills har framstegen inom medicinen i samband med användningen av stamceller varit mer än blygsamma. Vi vet hur man isolerar dessa celler, lagrar dem, multiplicerar dem och experimenterar med dem. Men vi förstår fortfarande inte helt mekanismen för deras magiska transformationer, när en ansiktslös stamcell förvandlas till en blodcell eller muskelvävnad. Vi har ännu inte helt förstått det kemiska språket som stamcellen får ordern att transformera på. Denna okunskap skapar risker från användningen av stamceller och hindrar deras aktiva implementering i medicinsk praxis. Det finns dock framsteg i behandlingen av icke-läkande frakturer hos äldre personer, liksom i reparativ behandling efter hjärtinfarkt och hjärtkirurgi.
I Ryssland har en metod utvecklats för att behandla brännskador på näthinnan med hjälp av mänskliga hjärnstamceller. Om dessa celler förs in i ögat kommer de aktivt att förflytta sig till brännområdet, bosätta sig i de yttre och inre lagren av den skadade näthinnan och stimulera läkningen av brännskadan. Metoden har utvecklats av en forskargrupp av forskare från Moskvas forskningsinstitut för ögonsjukdomar uppkallad efter. G. Helmholtz Health Ministry of the Russian Federation, Institute of Developmental Biology uppkallad efter. N.K.Koltsov RAS, Institutet för genbiologi RAS och vetenskapligt centrum för obstetrik, gynekologi och perinatologi vid Ryska akademin för medicinska vetenskaper.
Vi är just nu i stadiet att samla kunskap om stamceller. Forskarnas ansträngningar är inriktade på forskning, på att skapa infrastruktur, i synnerhet stamcellsbanker, av vilka den första i Ryssland var Gemabank. Att växa organ, behandla multipel skleros och neurodegenerativa sjukdomar är framtiden, om än inte så avlägsen.
Bioinformatik
Mängden kunskap och information växer som en snöboll. Genom att förstå principerna för hur levande system fungerar, inser vi den otroliga komplexiteten i strukturen av levande materia, där en mängd olika biokemiska reaktioner är intrikat sammanflätade med varandra och bildar invecklade nätverk. Det är möjligt att reda ut detta "nät" av livet endast genom att använda moderna matematiska metoder för att modellera processer i levande system.
Det är därför, i skärningspunkten mellan biologi och matematik, föddes en ny riktning - bioinformatik, utan vilken bioteknologernas arbete inte längre är tänkbart. De flesta bioinformatiska metoder fungerar naturligtvis för medicinen, nämligen för sökandet efter nya medicinska föreningar. De kan sökas utifrån kunskap om strukturen hos den molekyl som är ansvarig för utvecklingen av en viss sjukdom. Om en sådan molekyl blockeras med något ämne som väljs med hög precision, kan sjukdomsförloppet stoppas. Bioinformatik gör det möjligt att upptäcka en blockerande molekyl som är lämplig för klinisk användning. Om vi känner till målet, säg strukturen för ett "sjukdomsframkallande" protein, kan vi med hjälp av datorprogram simulera läkemedlets kemiska struktur. Detta tillvägagångssätt låter dig avsevärt spara tid och resurser som går åt till att sortera och testa tiotusentals kemiska föreningar.
Bland ledarna i skapandet av läkemedel som använder bioinformatik i Ryssland är Himrar-företaget. I sökandet efter potentiella cancerläkemedel är hon särskilt involverad i screening av många tusen kemiska föreningar. De mest kraftfulla ryska vetenskapliga centra som är engagerade i bioinformatik inkluderar också Institutet för cytologi och genetik i den sibiriska grenen av den ryska vetenskapsakademin. Med början på 60-talet av 1900-talet bildades en unik vetenskaplig skola i den akademiska staden Novosibirsk, som förenade biologer och matematiker. Det huvudsakliga arbetsområdet för Novosibirsk bioinformatiker är analysen av proteininteraktioner inuti celler och sökandet efter potentiella molekylära mål för nya läkemedel.
För att förstå mekanismen för utveckling av en viss sjukdom är det viktigt att veta vilka av de tusentals gener som arbetar i en sjuk cell som faktiskt är ansvariga för sjukdomen. Denna inte alls lätt uppgift kompliceras av det faktum att gener som regel inte fungerar ensamma, utan bara i kombination med andra gener. Men hur kan vi ta hänsyn till andra geners bidrag till en specifik sjukdom? Och här kommer bioinformatiken till läkarnas hjälp. Med hjälp av matematiska algoritmer är det möjligt att konstruera en karta där vägkorsningarna visar geners interaktioner. Sådana kartor avslöjar kluster av gener som verkar i en sjuk cell i olika stadier av sjukdomen. Denna information är extremt viktig, till exempel för att välja en cancerbehandlingsstrategi beroende på sjukdomsstadiet.
Industriell bioteknik
Människan har använt bioteknik sedan urminnes tider. Man gjorde ost av mjölk, jäste kål för vintern och lagade glada drinkar av allt som jästes. Alla dessa är klassiska mikrobiologiska processer där den huvudsakliga drivkraften är en mikroorganism, det minsta levande systemet.
Idag har utbudet av problem som löses med bioteknik utökats otroligt. Vi har redan pratat om genetisk diagnostik av sjukdomar, nya vacciner och mediciner som erhållits med hjälp av bioteknik och genetiskt modifierade organismer. Men livet bjuder också på andra utmaningar. De gigantiska kemiska produktionsanläggningarna där vi skaffar de ämnen som krävs för att skapa en bekväm livsmiljö (fibrer, plaster, byggmaterial och mycket mer) verkar idag inte längre lika attraktiva som de gjorde för 60 år sedan. De förbrukar mycket energi och resurser (högt tryck, temperaturer, katalysatorer gjorda av ädelmetaller), de förorenar miljön och ockuperar dyrbar mark. Kan biotekniker erbjuda en ersättare här?
Ja det kan de. Till exempel genetiskt modifierade mikroorganismer som fungerar som effektiva katalysatorer för industriella kemiska processer. Sådana biokatalysatorer skapades vid All-Russian Research Institute of Genetics and Selection of Microorganisms, till exempel för det farliga och smutsiga skedet av att producera det giftiga ämnet akryalamid. Det används för att göra en polymer polyakrylamid, används vid vattenbehandling, vid tillverkning av blöjor och för tillverkning av bestruket papper och för många andra ändamål. Biokatalysatorn tillåter en kemisk reaktion att producera en monomer vid rumstemperatur, utan användning av aggressiva reagenser och högt tryck.
Biokatalysatorn togs till industriell användning i Ryssland genom ansträngningar från det vetenskapliga teamet från ZAO Bioamid (Saratov) under ledning av Sergei Voronin. Samma team utvecklade biotekniken för att producera asparaginsyra och skapade det importersättande hjärtläkemedlet Asparkam L. Läkemedlet har redan kommit in på marknaden i Ryssland och Vitryssland. Det ryska läkemedlet är inte bara billigare än importerade analoger, men enligt läkare är det också mer effektivt. Faktum är att Asparkam L endast innehåller en optisk isomer av syran, den som har terapeutiska effekter. Och den västerländska analogen, panangin, är baserad på en blandning av två optiska isomerer, L och D, varav den andra helt enkelt fungerar som ballast. Upptäckten av Bioamida-teamet är att de kunde separera dessa två svårseparerade isomerer och sätta processen på industriell basis.
Det är möjligt att gigantiska kemiska anläggningar i framtiden kommer att försvinna helt, och istället för dem kommer det att finnas små, säkra verkstäder som inte skadar miljön, där mikroorganismer kommer att arbeta och producera alla nödvändiga mellanprodukter för olika industrier. Dessutom tillåter små gröna fabriker, vare sig det är mikroorganismer eller växter, oss att få fram användbara ämnen som inte kan produceras i en kemisk reaktor. Till exempel spindelsilkeprotein. Ramtrådarna i fångstnäten som spindeln väver åt sina offer är flera gånger mer draghållfasta än stål. Det verkar som att du planterar spindlar i verkstäder och drar proteintrådar från dem. Men spindlar lever inte i samma burk - de kommer att äta upp varandra.
En vacker lösning hittades av ett team av forskare under ledning av Doctor of Biological Sciences Vladimir Bogush (State Research Institute of Genetics and Selection of Microorganisms) och Doctor of Biological Sciences Eleonora Piruzyan (Institute of General Genetics of the Russian Academy of Sciences). Först isolerades generna som var ansvariga för syntesen av spindelsilkeprotein från spindelgenomet. Dessa gener sattes sedan in i jäst- och tobaksceller. Båda började producera det protein vi behöver. Som ett resultat har grunden skapats för produktionstekniken av ett unikt och nästan naturligt strukturmaterial, lätt och extremt hållbart, från vilket rep, kroppsskydd och mycket mer kan tillverkas.
Det finns andra problem också. Till exempel en enorm mängd avfall. Bioteknik gör att vi kan omvandla avfall till inkomst. Biprodukter från jordbruk, skogsbruk och livsmedelsförädling kan omvandlas till metan, en biogas lämplig för uppvärmning och energi. Eller så kan du använda metanol och etanol, huvudkomponenterna i biobränslen.
Industriella tillämpningar av bioteknik är aktivt involverade i fakulteten för kemi vid Moscow State University. M.V. Lomonosov. Det omfattar flera laboratorier som är engagerade i en mängd olika projekt - från skapandet av industriella biosensorer till produktion av enzymer för fin organisk syntes, från industriell avfallsåtervinningsteknik till utveckling av metoder för att producera biobränslen.
Vetenskap, näringsliv, regering
De framgångar som uppnåtts är resultatet av de kombinerade ansträngningarna av biologer, kemister, läkare och andra specialister som arbetar i livsmiljön. Relationen mellan olika discipliner visade sig vara fruktbar. Naturligtvis är bioteknik inte ett universalmedel för att lösa globala problem, utan ett verktyg som lovar stora framtidsutsikter om det används på rätt sätt.
Idag är den totala volymen av bioteknikmarknaden i världen 8 biljoner. dollar. Bioteknik leder också när det gäller finansiering för forskning och utveckling: bara i USA spenderar statliga myndigheter och privata företag mer än 30 miljarder dollar årligen på dessa ändamål.
Investeringar i vetenskap och teknik kommer i slutändan att ge ekonomiska fördelar. Men bioteknik ensam kommer inte att lösa komplexa hälso- eller livsmedelsproblem. En gynnsam sjukvårdsinfrastruktur och industriell struktur måste skapas för att garantera tillgång till nya diagnostiska tekniker, vacciner och mediciner samt växter med förbättrade egenskaper. Ett effektivt kommunikationssystem mellan vetenskap och näringsliv är också oerhört viktigt här. Slutligen är en absolut nödvändig förutsättning för att bygga en effektiv innovativ sektor av ekonomin samspelet mellan vetenskapliga och kommersiella strukturer med staten.
Hjälp STRF.ru
Under 2008 lämnades 939 ansökningar in för utveckling av ämnen i riktning mot "Living Systems" (för jämförelse: totalt för programmet är 3180),
– 396 ansökningar lämnades in till tävlingen (totalt 1597),
– 179 tävlingar genomfördes (731 totalt)
– organisationer från 23 avdelningar (totalt 36) deltog i tävlingarna, 17 av dem vann
– 179 kontrakt ingicks (totalt 731)
– 120 kontrakt fortsätter till denna dag (630 totalt)
– 346 organisationer (totalt 842) skickade ansökningar om utveckling av ämnen om levande system
– 254 organisationer (totalt 806) lämnade in ansökningar till tävlingen som huvudansökningar
– 190 organisationer lämnade in ansökningar till tävlingen som medarrangörer (totalt 636)
– genomsnittlig konkurrens för partier i riktningen är 2 212 (genomsnitt för programmet – 2 185)
– kontraktsbudgeten för 2008 uppgick till 1041,2 miljoner rubel. (21,74 % av hela programbudgeten)Dynamik för tillväxt och fördelning av finansiering inom området levande system inom ramen för Federal Target Scientific and Technical Program 2002–2006 och Federal Target Program 2007–2012:
2005 – 303 kontrakt, 1168,7 miljoner rubel. (100 %)
2006 – 289 kontrakt, 1227,0 miljoner rubel. (105 %)
2007 - 284 kontrakt, 2657,9 miljoner rubel. (227 %)
2008 - 299 kontrakt, 3242,6 miljoner rubel. (277 %)
