Доктор по физически и математически науки Александър черен дроб описа най-много "lente.ru" перспективни указания Физици и свързани науки след резултатите от най-голямата премия за младите учени национални награди Блаватник. Сега водещ в черния дроб изследовател и научен секретар на математическия институт, наречен след V.A. Steklov на Руската академия на науките, той бил обучен на Факултета по физика в Московския държавен университет, той работи в Принстънския университет и е станал един от първите руснаци, които са получили наградата Bvautnik през 2009 година.

основна тема

Снимка: Jens Kalaene / ZB / Глобален поглед

Фотоната изследва възможността за използване на светлина за предаване, съхранение, обработка на информация, микрополеци (клетки, макромолекули) и квантови системи (отделните атоми). Въз основа на фотоните технологии може да ускори или да направи енергийно предаване, съхранение и обработка на информация. Това е важно, например за центрове за данни, които сега са най-големите потребители на енергия в САЩ. Модулирани светли и изкуствено създадени материали със специални, нестната оптични свойства - основата на лазера и фотохимия, както и такива интересни неща като "невидими дъждобрани" и оптични пинсети.

Практическо приложение на фотоната

Снимка: Тачия лаборатория, Университета в Токио

Метаматериалите са нов клас изкуствени материали със специални оптични свойства, които позволяват да се скрият обекти, за да ги направят невидими. Теоретично, такива материали са били изучени за първи път от съветския физик Виктор Велго.

В момента има активно развитие на такива материали. Например през 2009 г. физиката на невидимите килими за инфрачервена светлина.

Оптични пинсети - инструмент, който позволява манипулирани микроскопични обекти с лазерна светлина, например, сортират и преместват отделните клетки, протеинови молекули.

Премията, създадена от американския милиардер на руски произход от Леонид Блаватник, се присъжда на изследователи, работещи в САЩ под 42 години. Сумата е 250 хиляди долара - ни позволява да го считаме за особен аналог на Нобеловата награда за млади учени. В Съединените щати лауреатите на тази година бяха почитани и се проведе симпозиум по най-обещаващите научни тенденции на модерността.

Кандидат

Наградата се присъжда в три номинации: "Науки за живота" (биология, медицина, невробиология и др.), "Физически и инженерни науки", "Химия". През 2015 г. бяха пуснати около 300 номинирания от 147 американски институции и университети. За всяка от дисциплините те са избрали около десет финалисти. След това един лауреат бе избран от всяка група финалисти. И трите лауреата на тази година са Калифорнийски университет: Едуард Ченг (Едуард Чан, Университет в Сан Франциско, специализация на науката за живота), LED Jafar (Syed Jafar, Университет на Ирвина, физически науки) и Кристофър Чан (Кристофър Чан, Университет Беркес , Химия).

Сега в фотоната се формира нов подход за контрол на квантовите системи, т.е. отделни атоми или молекули. (Това е основната тема научна работа Александър Кеноя - прибл. "Tape.ru"). Традиционно частиците се контролират от лазер с променлива радиационна интензивност. За тази среда се използват нови методи. В традиционните системи неговото влияние никога няма да бъде елиминирано и има разрушителен ефект върху атомните и молекулни квантови системи. Въпреки това, сега се вземат предвид ефекта на външната среда и се използва за управление на тези системи.

Управлението на квантовата система се използва за контролиране на скоростта на химични реакции с лазер за увеличаване на изхода на желания продукт на реакцията и селективната химическа почивка в сложни молекули, отделяне на изотопи, използващи лазери или некохерентна оптична радиация. Квантовото управление се използва и в квантовите изчисления, които все още са изследвани и на практика - да се увеличи скоростта на магнитен резонанс.

Квантови симулатори и нови материали

Квантовите материали могат да бъдат използвани в Quantum устройства с памет за създаване на високотемпературна свръхпроводимост, биодиагностиза, базирана на квантови точки, суперценакури на базата на лазерно-индуциран графен.

За да се симулират биологични молекули, кристали, атомни ядра и други сложни системи, е необходимо да се изчисли квантовата динамика на голям брой частици, което абсолютно не е достъпно за модерни изчислителни устройства. Квантови симулатори - Модел Quantum Systems, настройка на параметрите, които ви позволяват да моделирате други сложни системи, които са практически интерес. Всъщност квантови симулатори - Това са аналогови квантови компютри.

Медицинска и биотехнология

Снимка: Robson Fernandjes / Estadao Conteudo / Глобален поглед

В областта на живота, учените плащат развитието на телемедицината за развитието на телекомуникационните технологии, като смартфони, заедно с различни медицински сензори за дистанционна диагностика на болести без лично посещение на лекар. Тази посока е най-видим пример за примери за комерсиализация на научните разработки.

Въпреки това, от обещаващите райони на невронук - оптогентици, изучавайки контрола на невроните, използвайки леки импулси. Използването на оптични светлинни водачи и фоточувствителни протеини позволява да се постигне висока точност на въздействието върху нервни клетки. Благодарение на активацията и изключването на различните мозъчни зони, Optogenetics през последните години е произведен от истинска революция в проучванията на нервната система.

Математическа физика

Съвременните теоретични модели изискват сложен математически апарат. Въпреки че Нобеловата награда за тази дисциплина не е присъдена, но има по-малко известни, както и номинации в близки области. Например, Clement Hongler (Clement Hongler) стана победител в регионалната награда за Blavator 2014. Трябва да се отбележи, че той е получил докторска степен по посока руска математика И лауреата на наградата Pieldsovskaya Станислав Смирнов. Hongler съобщава за нови точни резултати в модела на управление - математически модел, използван за описване на процеса на магнетизиране на материалите. Същественикът служи и като основа за най-големите D-вълни квантови изчислителни устройства, произведени от D-Wave Systems. Ще направя резерва, че дискусиите продължават до каква степен тези компютри трябва да се считат за квантово.

Работите на Hongler са на кръстовището на статистическа механика, теория на вероятностите, цялостния анализ и квантовата теория на полето. Тя е получена чрез строги резултати от изследването на модела на управление, включително в такава важна област, като създаването на връзката на критичния модел на създаване на конформалната теория на полето на Белавин, Поликова и Заволодчиков - универсална теория - универсална теория служи за описание на различни критични явления във физиката, т.е. ситуации, когато лека промяна в някакъв параметър, например, температурата води до най-радикалните промени в поведението на физическата система.

Също така интересни са насоките, свързани с скитащи планети, които не са свързани с всяка звезда, и създаването на нови инструменти за наблюдение, които в близко бъдеще ще бъдат възложени да търсят и изследват планетите извън слънчевата система. Те ще помогнат значително да разширят знанията си за такива планети, да изследват химичен състав Техните атмосфери определят наличието на органични вещества и търсят живот там.

Комерсиализация на изследванията

Съвременна тенденция - комерсиализация на научни открития. На събитието, посветено на гореспоменатата награда, почти две дузини компании в областта на медицинската диагностика, съхранение на енергия, анализ на данни са основани от премиум лауреати. Също така разработва Центъра за Харвард за ускорения биомедицински ускорител (Harvard Blavnik BioMedical Accelerator).

Нивото съвременна наука Това прави възможно относително бързо да се премества от основните изследвания, които да се прилагат и след това да се прилагат научни открития в търговски продукти.

Повече от сто години физиците са били известни за квантовите ефекти, например способността на Quanta да изчезне на едно място и да се появи в другото, или да бъде на две места едновременно. Въпреки това, впечатляващите свойства на квантовата механика са приложими не само във физиката, но и в биологията.

Най-добрият пример за квантовата биология е фотосинтеза: растенията и някои бактерии използват енергията на слънчевата светлина, за да изградят молекулите, от които се нуждаете. Оказва се, че фотосинтезата всъщност разчита на поразителния феномен - малката маса на енергията е "изучаване на всички възможни пътеки за самодоволство, а след това" изберете "най-ефективния. Възможно е, навигирането на птици, ДНК мутации и дори нашето обоняние е по някакъв начин да разчитат на квантовите ефекти. Въпреки че тази област на науката все още е изключително изключително изключително като противоречиви, учените вярват, че един ден идеите, които някога са били изтеглени от квантовата биология, може да доведе до създаването на нови лекарства и биомиметични системи (биомиметрични - още едно ново научен регионКогато биологичните системи и структури се използват за създаване на нови материали и устройства).

3. Еквокобометология

Юпитер

Наред с ексоаганографите и екзогеолозите, осеморетолозите се интересуват от изучаване на естествените процеси, които се случват на други планети. Сега, когато благодарение на мощните телескопи стана възможно да се изучават вътрешните процеси на близките планети и сателити, екзомеоролозите могат да наблюдават атмосферните и метеорологичните условия. И Сатурн с невероятната си мащаб е първият кандидати за изследвания, както и Марс с редовни прахообразни бури.

Еквокометолозите се изучават дори на планетите извън нашата слънчева система. И това, което е интересно, те в крайна сметка могат да намерят признаци на извънземния живот върху екзопланетите чрез откриване в атмосфера на органични следи или повишени нива въглероден двуокис - знак за индустриална цивилизация.

4. Nutriegenomika.

Nutrigentomic е изследване на сложни взаимоотношения между хранителната и генома. Учените, работещи в тази област, се стремят да разберат ролята на генетични вариации и диетични реакции към това как хранителните вещества влияят на генома.

Храната наистина има огромно влияние върху здравето - и всичко е в буквален смисъл на молекулярно ниво. Nutrigentomic работи в двете посоки: проучва как е нашият геном, който засяга гастрономическите предпочитания и обратно. Основната цел на дисциплината е да създаде персонализирано хранене - това е необходимо, така че храната ни да е идеална за нашия уникален комплект поколение.

5. Клелиомично

Cleedinamics е дисциплина, която съчетава историческа макросоциология, икономическа история (клиометрична), математическо моделиране на дългосрочни социални процеси, както и систематизиране и анализ на исторически данни.

Името идва от името на гръцката история на историята и поезията Клио. Просто поставени, клипиодинамиката е опит да се предскаже и да опише широки социални връзки на историята - и да проучи миналото и като потенциален начин да се предскаже бъдещето, например за прогнозите за социалното изключване.

6. Синтетична биология

Синтетичната биология е проектирането и изграждането на нови биологични части, устройства и системи. Той включва и модернизация на съществуващите биологични системи за безкрайно количество полезни приложения.

Крейг Венър, един от водещите експерти в тази област, заяви през 2008 г., че пресъздал целия геном на бактериите, като залепи химическите си компоненти. Две години по-късно екипът му създаде "синтетичен живот" - ДНК молекули, създадени от цифров код, и след това се отпечатва на 3D принтер и вграден в жива бактерия.

В бъдеще биолозите възнамеряват да анализират различни видове геном, за да създадат полезни организми за въвеждане в тялото и биороботите, които могат да произведат химически вещества - Биогориво - от нулата. Има и идея да се създаде борба със замърсяването изкуствена бактерия или ваксина за лечение на сериозни заболявания. Потенциалът на тази научна дисциплина е просто огромен.

7. Рекомбинантна мемота.

Тази област на науката е само възникваща, но вече е ясно, че това е само въпрос на време - рано или по-късно учените ще получат по-добро разбиране на цялата човешка ноосфера (съвкупността на цялата известна информация) и как Разпространението на информация засяга почти всички аспекти на човешкия живот.

Подобно на рекомбинантна ДНК, където се събират различни генетични последователности, за да се създаде нещо ново, рекомбинантна мемота проучва как идеите, предадени от човек на човек, могат да бъдат коригирани и комбинирани с други меми и меле, установени комплекси от взаимосвързани меми. Това може да бъде полезно в "социално-терапевтични" цели, например за борба с разпространението на радикални и екстремистки идеологии.

8. Изчислителна социология

Подобно на клибодинамиката, изчислителната социология се занимава с изследване на социалните явления и тенденциите. Централното място в тази дисциплина използва компютри и свързани технологии за обработка на информация. Разбира се, тази дисциплина е разработена само с появата на компютрите и широко разпространеното разпространение на интернет.

Особено внимание в тази дисциплина се изплаща на огромни потоци от информация от ежедневието ни, като имейл, телефонни разговори, публикации в социалните мрежи, пазаруване на кредитна карта, търсачки и т.н. Примерите за работа могат да служат като изследване на структурата на социалните мрежи и как информацията се разпространява чрез тях, или като интимна връзка възникват в интернет.

9. Когнитивна икономика

Като правило икономиката не е свързана с традиционните научни дисциплини, но това може да се промени поради тясното взаимодействие на всички научни сектори. Тази дисциплина често се конфигурира с поведенческа икономика (изучаване на нашето поведение в контекста на икономическите решения). Когнитивната икономика е науката за това как мислим. Дали Caldwell, автор на блога за тази дисциплина, пише за това:

"Когнитивна (или финансова) икономика ... обръща внимание на това, което всъщност се случва в съзнанието на човек, когато прави избор. Какво представлява вътрешната структура на решението, която засяга каква информация възприема в този момент и как се обработва, какви човешки вътрешни форми на предпочитание и в крайна сметка как всички тези процеси се отразяват в поведението? ".

С други думи, учените започват своето обучение на най-ниското, опростено ниво и образуват микродоми на принципите за вземане на решения за разработване на модел на мащабно икономическо поведение. Често тази научна дисциплина взаимодейства със съседни зони, например чрез изчислителни икономики или когнитивна наука.

10. Пластмасова електроника

Обикновено електроника са свързани с инертни и неорганични проводници и полупроводници като мед и силиций. Но новата електроника използва проводими полимери и извършване на малки молекули, базата на която е въглерод. Органичната електроника включва разработването, синтеза и преработката на функционални органични и неорганични материали, заедно с развитието на напреднали микро и нанотехнологии.

В действителност това не е такъв нов клон на науката, първото развитие се върна през 70-те години. Въпреки това, за да се намалят всички смущени данни, тя се оказа само наскоро, по-специално за сметка на нанотехнологичната революция. Благодарение на органичната електроника, скоро могат да се появят органични слънчеви батерии, самоорганизиращи се монолиза в електронни устройства и органични протези, които в бъдеще могат да бъдат заменени от човешки повредени крайници: в бъдеще така наречените киборги са напълно възможни, волята да бъде повече от органичната принадлежност, отколкото от синтетични части.

11. Изчислена биология

Ако обичате математиката и биологията еднакво, тогава тази дисциплина е само за вас. Изчислителната биология се стреми да разбере биологичните процеси чрез езика на математиката. Използва се еднакво за други количествени системи, като физика и компютърни науки. Учените от Университета в Отава обясняват как е станало възможно:

"Като биологичен инструмент и лесен достъп до изчислителни капацитети, биологията, като такива, трябва да работят с голям брой данни, а скоростта на придобитите знания е само нарастване. По този начин усещането за данни сега изисква изчислителен подход. В същото време, от гледна точка на физиците и математиците, биологията е нараснала до такова ниво, когато теоретичните модели на биологични механизми могат да бъдат проверени експериментално. Това доведе до развитието на изчислителната биология. "

Учените, работещи в тази област, се анализират и измерват всичко - от молекули и завършващи с екосистеми.

Как работи "мозъците" - предаването на съобщения от мозъка към мозъка чрез интернет

10 тайни на света, които науката най-накрая разкри

10 основни въпроса за вселената, отговорите, на които учените търсят точно сега

8 неща, които не могат да обяснят науката

2500-годишна научна мистерия: Защо се промъкнем

3 от най-глупавите аргументи, които опонентите на еволюцията оправдават тяхното невежество

Възможно ли е да се приложат способностите на супергероите да използват съвременни технологии?

11 юли 2008 г.

Наука за живота Науки за живота) обединяват различни клонове на биологията, биотехнологията и медицината. През последните години това е един от приоритетите на световната наука и икономиката. Изборът на науки за живота като приоритетна насока на развитието се обяснява с редица причини. Тези науки са основа за осигуряване на приоритетните нужди на човечеството.

На първо място, това е здраве. За да се грижим за здравето, е необходимо да се разбере какво се случва със здрав човек и какво се случва по време на патологията. Особено важно е науката за живота в условията на увеличаване на средната продължителност на живота: необходимостта да се гарантира възрастните членове на обществото Здравословна и активна старост, поставя нови задачи преди биологията и медицината. Второ, нарастващото население на света и нарастването на благосъстоянието изисква разработването на нови начини за увеличаване на производителността на селското стопанство, нови сортове растения не са само повече реколта, но и с подобрени потребителски имоти. Трето, нарастващият товар, предоставен от човечеството в природата, изисква все по-дълбоко проучване на екологията и мерките за намаляване на това натоварване - например поради методи за получаване на биогорива, биоразградими пластмаси, прогресивни методи на селското стопанство, намаляване на замърсяването на околната среда и биоредиация - възстановяване на замърсени или унищожени биоценози.

Централната връзка, обединяването на науките на живота, са биотехнологиите в най-широкото разбиране на този термин.

Приоритет на живите системи

Идентифициране на личността и надеждната диагностика на заболявания, отглеждане на органи за човека и създаването на култури с повишено съдържание на витамини, мазнини и протеини, нови ваксини и лекарства - тези и много други технологии с право се отнасят до най-широкото пространство, наречено "живи системи" .

Създаването на развита икономика в пост-индустриалното общество е невъзможно, без да се актуализира технологичният начин и формите научна дейностсъответстващ на изходящата икономическа система. Ето защо една от ключовите задачи на нашата държава е формирането на ефективен и конкурентен сектор на науката и иновациите. Основният инструмент на държавата в областта на развитието на науката и технологиите е Федералната целева програма "Изследвания и развитие на приоритетни насоки за развитието на научно-техническия комплекс на Русия за 2007-2012 г." Като част от тази програма, държавата финансира работата, съответстваща на избраните приоритети за научни и научни и технически държавни и технически и технически, една от които е "системи на живо".

Помощ strf.ru:
Работи по приоритетната област "Живи системи" са в ход и в рамките на Федералната целева програма "Изследователска и развойна дейност по приоритетни насоки за развитието на научния и технологичния комплекс на Русия за 2007-2012 г.". Като част от тази посока през 2008 г. бяха разработени следните критични технологии:
- биомедицински и ветеринарносистемни технологии и технологии за защита на хората и животните;
- биокаталитични, биосинтетични и биосенсорителни технологии;
- геномни и постбайни технологии за създаване на лекарства;
- клетъчна технология;
- Биоинженерингова технология.

Концепция "Науки за живота" (Науки за живота) Той дойде да замени обичайната концепция за "биологични науки" и да даде общото име на всички науки за жив: зоология и генетика, ботаническа и молекулярна биология, физиология и биохимия, екология и медицина. Всички, които работят в тези области, се занимават с живи системи, т.е. с живи организми, било то лице или цвете, вирус или бактерия. Можем да кажем, че живите системи са всичко, което се умножава, диша, емисии, движения.

Но не става въпрос само за промяна на името. Терминът "живи системи" е по-активен, по-структуриран. Той отразява систематичния подход към тази интердисциплинарна област на науката и знанието, в която биолозите, химиците, физиката, математическата работа. Освен това терминът "живи системи" е много технологичен. Той предоставя не само знанията и откриването на принципите на организацията на живот, но и използването на това знание под формата на нови технологии. Този подход предлага на различни специалисти да се преместят от научна идея с практическото си изпълнение и използване в интерес на хората.

Идентифициране на личността и надеждната диагностика на заболявания, отглеждане на органи за човека и създаването на култури с повишено съдържание на витамини, мазнини и протеини, нови ваксини и лекарства - тези и много други технологии с право се отнасят до най-широкото пространство, наречено "живи системи" . Проучванията и развитието, направени в тази област, ще запълнят нашата индустрия местни технологиище подобри здравето и ще повиши сигурността на руските граждани. Ето защо живите системи са един от основните приоритети в областта на научните техници, активно подкрепяни от федерални целеви програми.

Тази колекция ще въведе накратко читателя с концепцията за технологични платформи и биотехнологии, както и някои развития на водещи руски научни екипи, работещи в приоритетната посока "живи системи".

Помощ strf.ru:
Разпределение на финансирането към "живи системи" в рамките на Федералната целева програма през 2008 г. по региони (милиони рубли): \\ t
DVFO - 9 договора, бюджет 116.5
PFO - 17 договора, бюджет 140.1
NWFO - 32 договора, бюджет 156.0
SFO - 34 договора, бюджет 237.4
НЛО - 1 договор, бюджет 50
CFO - 202 договори, бюджет 2507.8
SFO - 4 договора, бюджет 34.85

Знания като технологии

В разговор за развитието на фундаментални и приложни разработки в областта на живите системи, концепцията за "технология" става все по-голяма. В съвременната, пост-индустриалната икономика в технологиите разбират набора от документирани знания за фокусирани дейности, използващи технически средства (например организационни технологии, технологии за потребление, социални технологии, политически технологии). Трябва да се отбележи, че в технологията за пазарна икономика, като един вид знание, са продукт. Комплекс от знания, обозначен с тази концепция, поставя въпроси не само за това, което правим, но и като и най-важното, защо го правим.

При определяне на стратегиите за развитие на научния и технически комплекс по скалата на страната се използва концепцията за "технологична платформа". Все още няма недвусмислена дефиниция на този термин. Въпреки това вече е очевидно, че тази концепция включва съвкупност от знания, техники, материална и техническа база и квалифициран персонал, променящ се в зависимост от външните поръчки за научна и технологична работа. Приоритетната посока "живи системи" може да се разглежда като набор от няколко технологични платформи.

Отворени тайни

От живи системи, ние нарисуваме технологии, че за природата - нормата на живота. Той ги използва в появата, развитието и смъртта на всеки жив организъм. Освен това на всяко ниво на йерархията на жива система - функционира генетичен, клетъчен, организатор, набор от технологични решения.

Всяка жива система започва с основната молекула на живота, ДНК, която съхранява и предава от поколение на поколение наследствена информация. ДНК може да бъде конвенционално разделена на семантични седалки - гени. Те изпращат команди да синтезират тези или други протеини, които образуват признаци на тялото и осигуряват живота си. Броят на гените при хора учени се оценяват на 20-25 хиляди. Ако в гените имаше повреда, наречени мутации, тежки заболявания се развиват при хора. Обемът на текста, "записан" в генома, е идентичен с покорния вестник "Известия" в продължение на 30 години.

ДНК живее и работи в клетка. Живата клетка е самата съвършенство. Тя знае как да превърне безполените вещества вдясно, синтезират за вътрешните лекарства на тялото, изграждането на материали и много други. Всяка минута в жилищна клетка милиони химични реакции се появяват при най-често срещаните условия - във водна среда, без високо налягане и температури.

Една клетка живее само по себе си само в единични организми - бактерии. Повечето от живите системи са многоклетъчни. В тялото на възрастен, той съдържа средно 10 14 клетки. Те се раждат, трансформират себе си, изпълняват работата си и умират. Но в същото време живеят в хармония и сътрудничество, изграждането на системи за колективна защита (имунна система), адаптация (регулаторна система) и други.

Стъпка по стъпка разкриваме тайните на живите системи и въз основа на това знание създаване биотехнология.

Биотехнология

Биотехнологиите могат да бъдат определени като процеси, в които се използват живи системи или техните компоненти за производство на вещества или други жилищни системи. Живите създания са особени "фабрики", процент на обработка (хранителни вещества) в голямо разнообразие от продукти, необходими за поддържане на живота им. Освен това тези фабрики могат да се възпроизведат, т.е. да генерират други подобни подобни "фабрики".

Днес вече знаем много за това как "работници" на жизнени фабрики - геном, клетъчни структури, протеини, самите клетки и организма като цяло са подредени и функции.

Благодарение на това знание, нека тя все още е непълна, изследователите се научиха да манипулират отделни елементи на живите системи - гени (геномни технологии), клетки (клетъчни технологии) - и създават генетично модифицирани живи организми с полезни за нас (генно инженерство). Ние сме в състояние да адаптираме естествените "фабрики", за да произведем необходимия продукт (индустриална биотехнология). И освен това, тя е генетично модифицирана от тези фабрики, така че те синтезират това, от което се нуждаем.

Така че създаваме биотехнологии, които са за и ще говорим ли. Но преди да ви запознаем с примерите за вече доставени на човека, трябва да се каже няколко думи за елегантното решение, което днес помага на учените да проникнат в тайните на живота и да знаят механизмите на живите системи. В крайна сметка, процесите, които текат в клетката, не се виждат, а научното търсене изисква технологии, с които можете да ги видите и да разберете. Между другото, това решение вече е в себе си биотехнологии.

Светлинни протеини

За да разберете как работят гените, е необходимо да се види резултатът от тяхната работа, т.е. протеини, които се синтезират от техния екип. Как да видим точно тези, които търсим? Учените са намерили метод, който им позволява да правят протеини видими, блестящи в ултравиолетова светлина.

Такива светещи протеини се намират в природата, например в морски раси и медузи. По време на Втората световна война японците се използват като местен източник на лек прах от "Sea Firefly" - двучерен мит. Когато беше подут във водата, той блестеше ярко. За първи път светлинните протеини бяха разпределени за първи път в края на 50-те години на ХХ век, регистрирани от това море светулка и медузи. От това започва историята на известния GFP - зелен флуоресцентен протеин (зелен флуоресцентен протеин). И през 2008 г., O.Simomur, M.Celfi и R.Cien (САЩ) за флуоресцентни протеини получиха Нобелова награда в химията. С помощта на тези протеини можете да направите различни живи обекти от клетъчни структури до цяло число животно. Флуоресцентното фенерче, което е в състояние да ремаркери генетични манипулации към желаните протеини, позволено да се види къде и когато този протеин се синтезира в кои клетки се изпращат. Това беше преврат в биологията и медицината.

Но червените флуоресцентни протеини бяха открити за първи път в корали и други морски организми двама руски изследователи - Михаил Кийс и Сергей Лъкинов. Сега имаме флуоресцентни протеини на всички цветове на дъгата, а сферата на тяхното използване е много широка: от предния край на биологията и медицината, включително онкологията, и откриването на отровни и експлозиви до светеща аквариумска риба.

Под ръководството на съответния член на Руската академия на науките S. Lulkjanova (Институт по биоорганична химия на Руската академия на науките) създаде руската биотехнологична компания "EVROGEN", която доставя учените на целия свят с многоцветни флуоресцентни маркери . Днес Еврогенът е един от лидерите на световния пазар на флуоресцентни протеини за биологични изследвания.

Генетична идентификация

Всички сме много различни. Външен вид, характер, способност, чувствителност към лекарства, отхвърляне на една или друга храна - всичко това се определя генетично. Уникалността на генома на всеки от нас го прави надежден инструмент за идентификация. По същество нашите гени са еднакви пръстови отпечатъци, само друг характер. Идентификационният метод на ДНК се въвежда в криминалистичната практика на британския изследовател Алик Джефрис през 80-те години на миналия век. Днес това е обичайна и позната процедура по света.

Използва се в Русия. Въпреки това, купуваме реагенти за анализ в чужбина. В Института по обща генетика на Руската академия на науките, под ръководството на съответния член на Руската академия на науките Николай Янковски създава набор от реактиви за идентификация на човешката ДНК. Появата на такъв вътрешен инструмент е много навременна, от 1 януари 2009 г., законът "за геномна регистрация" ще влезе в сила, приет от Държавната Дума на Руската федерация на 19 ноември 2008 г. Развитието на нашите учени не само ще ви позволи да откажете да внасяте, но и давате ръцете на престъпниците по-съвършен инструмент, който за разлика от западните колеги, работи с силно унищожена ДНК. И това е често срещан случай при съдебномедицинско изследване.

С този инструмент ще бъде решен друга основна социална задача - създаването на банка за генетични данни на нарушителите на закона, благодарение на което разкриването на престъпления ще се увеличи и времето на разследване ще се увеличи. В Обединеното кралство базата на генетичните данни на хората, по един или друг начин, свързан с престъпния свят, вече е преброил няколко милиона души.

Методът за идентификация на ДНК е особено добър за идентичността на лицето, което е починало във войни, катастрофи и при други обстоятелства. Днес тя се използва в Русия. Най-известният случай е идентифицирането на останките от последното кралско семейство. Последният етап от тази велика работа е идентифицирането на останките на сина и дъщерята на императора - направен от професор Евгени Рогаев, ръководител на катедра "Геномика" на Института по обща генетика на Руската академия на науките.

И накрая, друга област на прилагане на метода за идентификация на ДНК е да се установи бащинство. Проучванията показват, че няколко процента от законните бащи не са биологични. От дълго време бащината е установена на анализа на кръвта на детето и родител - определя кръвната група, резус фактора и сравнява данните. Този метод обаче е ненадежден по същество, тъй като изследователите сега разбират и дадоха много грешки, които бяха опаковани в лични трагедии. Използването на идентификация на ДНК увеличи точността на анализа до почти 100%. Днес тази техника за създаване на бащинство е достъпна в Русия.

Генетична диагностика

Направете пълен анализ на генома на един човек, докато има огромни пари - два милиона долара. Вярно е, че след десет години, тъй като технологията се подобрява, цената ще падне, според прогнозите до хиляда долара. Но не можете да опишете всички гени. Често е достатъчно да се оцени работата само на отделни групи гени, критични за появата на различни заболявания.

Генетичната диагностика изисква специални устройства, миниатюрни, бързи и точни. Тези устройства се наричат \u200b\u200bBiochipami. Първият в света патент за биохипсове за определяне на ДНК структурата принадлежи на Русия - екипът на академик Андрей Миршабеков от Института по молекулярна биология. V.A. Engelgardt Ras. След това, в края на 80-те години на миналия век, екипът Миршабекова разработи технология на микроматриците. Започнаха да ги наричат \u200b\u200bс биохиптерите.

Биологичните микрочипове са малка чиния от стъкло или пластмаса, на повърхността, на която има много клетки. Във всяка от тези дупки има маркер на една или друга част от генома, която трябва да бъде открита в пробата. Ако има кръвна проба на пациента на Biochip, тогава можете да разберете дали има нещо, което търсим - съответната кладенец ще светят поради флуоресцентен маркер.

Гледането на отработено биочип, изследователите могат да диагностицират предразположението към една или друга болести, както и да открият опасни вируси в кръвта на пациента, например, туберкулоза или хепатит С. В края на краищата, вирусът не е нищо повече от парче извънземна ДНК протеинова обвивка. Благодарение на новия метод, продължителността на сложните лабораторни тестове на биологични материали намалява от няколко седмици до един ден.

Днес биологичните микробилства развиват десетки компании в Европа и в САЩ. Въпреки това, руските биохипове успешно издържат на конкуренцията. Един анализ, използващ тестовата система BIOCIP-IMB, е само 500 рубли, а използването на чуждестранна контрагент струва $ 200-500.

И в Института по молекулярна биология RAS започна сертифициране на биохипсове, които разкриват сортовете на вируса на хепатит С на пациента. Пазарният потенциал на новата технология е огромен. В крайна сметка, с помощта на традиционни анализи, във всеки трети случай, не е възможно да се разбере какъв вид разнообразие има намерен вирус. Сега тази задача е решена.

С помощта на ДНК диагностика можете само да откриете болести и предразположение към тях, но и да регулирате ежедневната диета. Например, за да се включи цялото мляко или не. Факт е, че много хора имат солидно мляко причинява гадене, диария и обща болест. Това се дължи на липсата на ензим, който унищожава млечната захар - лактоза. Заради него в тялото и възникват проблемите. И присъствието на ензима се дължи на генетично. Според генетичните изследвания, от трета до половината възрастни в нашата страна (в зависимост от региона) не са в състояние да абсорбират цялото мляко. Въпреки това, училищната диета продължава да предписва чаша мляко на ден всяко дете. С помощта на ДНК диагностикум, разработена в Института по обща генетика на Руската академия на науките, е лесно да се установи кой може да бъде препоръчително цялото мляко и кой няма. Това има за цел да "запази здравето на здравите хора", изпълнявани от Руската академия на науките, заедно с администрацията на региона Тамбов.

Генна терапия

Генетичната диагноза изгражда основа за лекарството на бъдещето. Но медицината не е само диагноза, това е лечението. Можем ли да коригираме дефектните гени в жив организъм или да ги заменим с пълноценни в тези тежки случаи, когато традиционното лечение е безсилно? Това е такава задача, която поставя генетична терапия.

Същността на генетичната терапия с думи е проста: е необходимо или "ремонт" на счупения ген в клетките на тези тъкани и органи, където не работи, или да се доставя пълноправен ген в тялото на пациент, който можем да синтезираме в епруветка. Днес са разработени няколко метода за въвеждане на нови гени в клетките. Това е доставката на гени с помощта на неутрализирани вируси, микрогенерация на генетичен материал в клетъчната сърцевина, обстрелването на клетките от специално оръдие с най-малките златни частици, които носят здрави гени на повърхността им и т.н., докато успеха в Областта на практическата генетична терапия е доста. Въпреки това, има светли и остроумие, включително в руските лаборатории.

Една от тези идеи, предназначена за лечение на рак, може да бъде конвенционално наречена " троянски кон" Един от гените на гените на херпес вирус се въвежда в ракови клетки. До известна пора, този "троянски кон" не се открива. Но е необходимо да се въведе лекарство пациент в тялото, широко използвано за лечение на херпес (ганцикловир), тъй като генът започва да работи. В резултат на това в клетките се образува изключително токсично вещество, което унищожава тумора отвътре. Друго изпълнение на генната терапия на рака е доставката до ракови клетки на гените, които ще провокират синтеза на така наречените "суицидни" протеини, водещи до "самоубийство" на раковите клетки.

Технологията на предоставяне на гени за ракови клетки развива голям екип от учени от Института по биоорганична химия. M.sheyakina и Yu.a.ovachinnikova RAS, руски онкологичен научен център, овни, институт за молекулярна генетика на Руската академия на науките, Институт по биология, Гена Рас. Управлява работата на академик Евгени Свердлов. Основният акцент в проекта е направен за създаването на наркотици срещу рак на белите дробове (първа смъртност) и рак на езофагеал (седмо място). Създадените методи и дизайни обаче ще бъдат полезни за борба с всякакъв вид рак, които са повече от сто. След необходимите клинични проучвания, ако са успешни, лекарствата ще бъдат включени на практика през 2012 г.

Диагностика на рака

Голям брой научни екипи в Русия и в света работят за проблема на рака. Това е разбираемо: ежегодно ракът събира малко по-малко фатална реколта от сърдечно-съдовите заболявания. Задачата на учените е да създават технологии, които позволяват да се открие рак в най-ранните етапи и насочване, без странични ефекти за тялото, унищожава раковите клетки. Ранна и бърза диагноза Когато анализът отнема само няколко часа, тя е изключително важна за традиционната терапия с рак. Лекарите знаят, че болестта е по-лесна за унищожаване в ембриона. Ето защо клиниките на целия свят се нуждаят от диагностични технологии, които отговарят на тези изисквания. И тук, за да помогне на изследователите да дойдат биотехнологии.

Беше предложен нов подход към ранната и бърза диагностика на рака за първи път в света Александър Шеверин от Института по протеини. Същността на метода е да се идентифицират молекулите на иРНК, които премахват информацията от съответните части на генома и да носят командата към синтеза на ракови протеини. Ако такива молекули присъстват в кръвната проба на пациента, можете да диагностицирате: има рак. Проблемът обаче е много малко от тези молекули в кръвна проба и има много други. Как да намерим и вижте тези единични екземпляри, от които се нуждаем? Тази задача беше решена от екипа на учени под ръководството на A.Chatserin.

Изследователите са се научили да умножават желаните, но невидими молекули-маркери на ракови клетки, използвайки така наречената полимеразна верижна реакция (PCR).

В резултат на това цели молекулни колонии растат от една невидима молекула, която вече може да се види в микроскопа. Ако в кръвната проба на пациента (кажете, в една милилитра) съдържа поне една ракова клетка и една молекула за маркер, тогава може да се разкрие нововъзникващото заболяване.

Анализът може да се направи само за няколко часа и струва няколко хиляди рубли. Но ако го използвате в масов ред, например, с годишен профилактичен медицински преглед, тогава цената може да намалее до 300-500 рубли.

Лечение на рак

При лечението на рак има и няколко нови подхода, основани на биотехнологията. Една от тях е използването на специфични антитела като противоракови средства.

Антителата са протеинови молекули, получени от клетките на имунната система. По същество това е химическо оръжие, което използва нашето тяло в борбата срещу всички видове вируси, както и с преродените клетки на собственото си тяло - рак. Ако самата имунна система не се справя с рака, той може да й помогне.

Учените от лабораторията по молекулярна имунология (Институт по биоорганична химия на Руската академия на науките) под ръководството на съответния член на Руската академия на науките Сергей Дева проектира ново поколение антитела, които разпознават целта и го унищожават. Този подход се основава на принципа на така наречения "магически куршум", който винаги и безпогрешно намира своята жертва. Антитела, как не могат да бъдат по-добри за тази роля. Една част от молекулата им служи като "антена", което води до целта - повърхността на раковите клетки. И към опашката на антитялото, можете да прилепите различни прикрепени агенти - токсини, органични молекули, Радиоактивни изотопи. Те притежават различни ефекти, но всички в крайна сметка убиват тумора.

Раковите клетки могат да бъдат унищожени и почти естествени. Достатъчно е да се започне механизмът на програмираната клетъчна смърт, един вид самоубийство, предвидено по природа. Учените го наричат апоптоза. Сиуцидният механизъм е пуснат вътреклетъчни ензими, които унищожават протеините в клетката и самата ДНК. За съжаление раковите клетки са невероятно оцелели, защото те знаят как да потиснат самоубийствата си "настроения". Проблемът е, че тези ензими в раковите клетки са много малки, така че е трудно да се пусне апоптоза.

Това обаче е решено и този проблем. За да стартира механизма за самоубийство, сибирските учени предлагат да отворят мембраните на клетъчни структури, например, митохондрии. Тогава клетката неизбежно ще умре. В този голям проект, Институтът по биоорганична химия на сибирския клон на Руската академия на науките, КСК "вектор" (поз. Колцово), общинска хирургия на белите дробове (Novosibirsk), НПФ "Медицински технологии" (Kurgan), Изследователски институт Клинична и експериментална имунология на RAM (Novosibirsk). Съвместните усилия избрани вещества, които могат да отворят мембраните на клетъчни структури и развиват метод за доставяне на тези вещества в ракова клетка.

Ваксини

Използвайте нашите познания за имунната система на животните, не само за лечение на рак, но и за инфекциозни заболявания. Получаваме имунитет срещу повечето болести "по наследство", срещу други ние придобиваме имунитет, преместени заболяване, причинено от нова инфекция. Но имунитетът може да бъде обучен - например чрез ваксинация.

Ефективността на ваксинацията за първи път е демонстрирана от лекар от Едуард Дженър, който е доказал, че човек, който е имал абсцес на кравата, стана неотзивчив към естествения език. Оттогава са взети много заболявания под контрола на лекарите. Тъй като се използва пастьорството за ваксини, отслабени или убити вируси. Но това налага ограничения: няма гаранция, че няма активни вирусни частици във ваксината, работата с много от тях изисква голяма предпазливост, срокът на годност на ваксината зависи от условията на съхранение.

Тези трудности могат да бъдат байпас, използвайки методи за генетично инженерство. С помощта на тях е възможно да се произведат отделни компоненти на бактерии и вируси и след това да ги въведете на пациенти - защитният ефект няма да бъде по-лош от използването на обикновени ваксини. Първият, който ще бъде получен с помощта на генното инженерство, бяха ваксини за животни - срещу крак Андна, бяс, дизентерия и други болести по животните. Първата генетична вентрикуларна ваксина за човека се превърна в ваксина срещу хепатит V.

Днес, за повечето инфекции, можем да направим ваксините - класически или генис-вентрикуларен. Основният проблем е свързан с Chumay на ХХ век - СПИН. Ваксинация към него само на ръка. В крайна сметка, той стимулира имунната система, кара тялото да произвежда повече имунни клетки. Човешки имунодефицитен вирус (ХИВ), причинявайки СПИН, само в тези клетки живее и умножава. С други думи, ние му предоставяме още повече възможности - нови, здрави клетки на имунната система за инфекция.

Проучванията за търсенето на ваксини срещу СПИН имат дълга история и се основават на откриването, направено през 70-те години на миналия век от бъдещите академици R.V. Петров, В.А. Кабанов ид. Хайтов. Същността на него е това полиелектролити (заредени полимерни молекули разтворими във вода) Ние взаимодействаме с клетките на имунната система и насърчаваме последните да произвеждат антитела. И ако да се закрепи молекулата, за да се прикрепи, например, един от протеините, които съставляват вирусната обвивка, имунният отговор ще бъде включен срещу този вирус. Такава ваксина за механизма за действие е фундаментално различна от всички ваксини, които са били създадени преди това в света.

Първия в света и докато единственият полиелектролит, който е позволено да се въведе в човешкото тяло, е станал полиоксидоний. След това към полимера "зашит" протеините на грипния вирус. Ваксината срещу грип, която в продължение на почти 10 години е защитена от вирусни инфекции милиони хора в Русия почти 10 години.

По същия начин се създава и ваксина срещу СПИН. Характеристиката на протеина на вируса на СПИН е вързана с полиелектролит. Получената ваксина беше успешно проверена върху мишки и зайци. Според резултатите от предклиничните изпитвания, Институтът за имунология на Руската академия на науките е издал разрешение за провеждане на клинични изпитвания с участието на доброволци. Ако всички етапи на изпитване на лекарството ще бъдат успешни, тя може да се използва не само за предотвратяване на HIV инфекцията, но и за третиране на СПИН.

Лекарства, представени от биотехнологията

Лекарствата все още остават основния инструмент на медицинската практика. Възможностите на химическата промишленост, произвеждащи лъвския дял на медицинските наркотици, са ограничени. Химичният синтез на много вещества е сложен и често е невъзможно, както например, синтеза на по-голямата част от протеините. И тук за спасяването идват биотехнологията.

Производството на лекарства с помощта на микроорганизми има дълга история. Първият антибиотик е пеницилин - разпределен от мухъл през 1928 г., а индустриалното й производство започва през 1940 година. След пеницилин са открити други антибиотици и е установена масовото им производство.

Дълго време много лекарства, базирани на човешки протеини, успяха да получат само в малки количества, тяхното производство е много скъпо. Генното инженерство дава надежда, че спектърът на протеиновите препарати и тяхното количество ще се увеличат драстично. Тези очаквания бяха оправдани. Няколко десетки лекарства, получени по биотехнологии, вече са влезли в медицинската практика. Според изчисленията на специалистите годишният обем на световния пазар на наркотици, базиран на протеини, създаден от гененинтендров, нараства с 15%, а до 2010 г. ще възлиза на 18 милиарда долара.

Най-яркият пример за произведенията на нашите биотехнолози в тази област - агенен инсулин на човек, произведен в Института по биоорганична химия. M.shyakina и yu.a.ochinnikova ras. Инсулин, т.е. хормон на протеиновата структура, регулира разграждането на захар в нашето тяло. Тя може да бъде премахната от животни. Преди това го направи. Но дори инсулин от панкреаса на прасетата - биохимично най-близките животни, близки до нас - все още се различават от човека.

Дейността му в човешкото тяло е по-ниска от активността на човешкия инсулин. В допълнение, нашата имунна система не толерира извънземни протеини и ги отхвърля с цялата си сила. Следователно въведеният свинско инсулин може да изчезне преди медицинското действие да има време да има. Проблемът беше решен от генетична инженерна технология, която днес произвежда човешки инсулин, включително в Русия.

В допълнение към инженериран инсулин на човек в Института по биоорганична химия. Mm sumyakina и yu.a.ovachinnikova ras ibh ras заедно с хематологичния научен център на овните създаде производствената технология на протеините за борба с масивната загуба на кръв. Човешкият серумен албумин и кръвта фактор - отлична линейка и реанимация, в търсенето от медицински бедствия.

Генетично модифицирани растения

Нашите знания в областта на генетиката, попълнения ден на деня, ни позволи да създадем не само генетични тестове за диагностициране на болести и блестящи протеини, ваксини и лекарства, но и нови организми. Днес едва ли има човек, който не е чувал за генетично модифицирани или трансгенни организми (ГМО). Това са растения или животни, съставът на ДНК от които са въведени от външни гени, които дават на тези организми нови, полезни, от гледна точка на човек, свойства.

Армия ГМО е страхотно. В своите редици - и полезни микроби, които работят по биотехнологични фабрики и произвеждат много полезни вещества за нас и земеделски култури с подобрени свойства и бозайници, които дават повече месо, повече мляко.

Един от най-масовите разделения на ГМО е, разбира се, растения. В крайна сметка, незапомнени време, те служат като човек, хранене на животни. От растения, получаваме влакна за строителство, вещества за наркотици и парфюми, суровини за химическата промишленост и енергия, пожар и топлина.

Ние все още подобряваме качеството на растенията и носят нови сортове, използвайки селекция. Но този процес на усърдие и отнемане на времето изисква много време. Генетично инженерство, което ни позволи да вмъкнем полезни гени в растението в генома, повишихме селекцията до фундаментално ново ниво.

Първото трансгенно растение, създадено преди една четвърт век, беше тютюн и сега в света в света промишлен мащаб Използвайте 160 трансгенни култури. Сред тях са царевица и соя, ориз и рапица, памук и ленени, домати и тиква, тютюн и цвекло, картофи и карамфили и др.

В центъра на "Bioengineering", Руската академия на науките, която се управлява от академик K.g.Skryabin. Заедно с беларуски колеги е създаден първата вътрешна генетично модифицирана култура - разнообразието на картофите на "Елизабет" картоф, устойчив на бръмбара на Колорад.

Първите генетично модифицирани култури, получени в началото на 80-те години, са устойчиви на хербициди и насекоми. Днес, с помощта на генното инженерство, получаваме сортове, съдържащи повече хранителни вещества, устойчиви на бактерии и вируси, до суша и студ. През 1994 г. за първи път е създадено разнообразие от домати, които не са обект на гнило. Този сорт се появява на пазарите на генетично модифицирани продукти за две години. Другият трансгенни продукт беше широко слава - златен ориз (златен ориз). В него, за разлика от обикновен ориз, се образува бета-каротин - предшественикът на витамин А, който е абсолютно необходим за растежа на тялото. Златният ориз частично решава проблема с пълното хранене на жителите на тези страни, където оризът все още остава основното ястие в диетата. И това е най-малко два милиарда души.

Храненето и добивът не са единствените цели, които генетичните инженери преследват. Можете да създадете такива сортове растения, които ще съдържат в листата и плодовете им на ваксина и лекарства. Той е много ценен и удобен: ваксините от трансгенни растения не могат да бъдат замърсени с опасни животински вируси, а самите растения са лесни за растат в големи количества. И накрая, на базата на растенията, можете да създадете "ядливи" ваксини, когато е достатъчно да се ядат някои трансгенни плодове или зеленчуци за ваксинация, например картофи или банан. Например, моркови, съдържащи вещества, които участват в образуването на имунния отговор на организма. Такива растения съвместно създават учени от две водещи биологични институции на Сибир: Институт по цитология и генетика на сибирския клон на Руската академия на науките и института химична биология и фундаментална медицина sb ras.

Не трябва да казваме, че обществото е предпазливо от генетично модифицирани растения (GMP). И в самата научна общност, продължава обсъждането на възможната потенциална опасност от ГМО. Следователно има проучвания по целия свят, което позволява да се оценят рисковете, свързани с използването на GMR - храни, агротехнически, екологични. Докато Световната здравна организация посочва следното: "Опитът натрупа над 10 години търговско използване на култури на ГМ, анализ на резултатите от специалните изследвания показват: досега няма нито един доказан случай на токсичност или неблагоприятно влияние на регистрираните GM култури като източници на храна или фураж "

От 1996 г., когато започна търговското отглеждане на ГМО, до 2007 г. цялата зонаНеспазването на трансгенни растения се увеличи от 1,7 милиона до 114 милиона хектара, което е около 9% от обработваното пространство в света. Освен това 99% от тази област заемат пет култури: соя, памук, ориз, царевица и изнасилване. В общия обем на тяхното производство генетично модифицираните степени са над 25%. Абсолютният лидер в използването на GMR е Съединените щати, в които 75% от памука и соята са трансгенирани през 2002 година. В Аржентина делът на трансгенната соя е 99%, 65% от изнасилването е произведено в Канада и 51% памук в Китай. Отглеждането на GMR през 2007 г. е било наето от 12 милиона земеделски производители, от които 90% живеят в развиващите се страни. В Русия промишленото отглеждане на ГМО е забранено от закона.

Генетично модифицирани животни

Подобна стратегия използвайте генни инженери и да премахнете нови скали на животните. В този случай генът, отговорен за проявлението на всеки ценен знак, се въвежда в оплодено яйце, което освен това развива нов организъм. Да кажем, че ако набор от животински гени да допълнят хормонния геном, стимулиращ растежа, тогава такива животни ще растат по-бързо с по-малък брой консумирани храни. На изхода - по-евтино месо.

Животно може да бъде източник не само месо и мляко, но и лекарствени веществасъдържащи се в това мляко. Например, най-ценните човешки протеини. Вече казахме за някои от тях. Сега този списък може да бъде допълнен с лактоферин - протеин, който предпазва новородените от опасни микроорганизми до собствения им имунитет.

Тялото на жена произвежда това вещество с първите порции на кърмата. За съжаление, млякото не е във всички майки, така че човешкият лактоферин трябва да бъде добавен към смес за изкуствено хранене, за да се запази здравето на новородените. Ако защитният протеин в храненето е достатъчен, тогава смъртността на изкуствените изкупове от различни стомашно-чревни инфекции може да бъде намалена десет пъти. Този протеин е в търсенето не само в детската хранителна промишленост, но и например в козметичната индустрия.

Технологията за производство на козе мляко с човешки лактоферин е разработена в Института по биология на RAS Gena и научно-практическия център на Националната академия на науките на Беларус за животновъдството. Тази година се появиха първите две трансгенни кози. Създаването на всеки от тях е изразходвано в продължение на няколко години изследвания от 25 милиона рубли. Остава да изчака, когато пораснат, размножават и започват да придават мляко с ценен човешки протеин.

Клетъчна инженеринг

Има и друга примамлива област на биотехнологиите - клетъчна технология. В тялото на човек живеят и работят фантастични клетки в техните способности - стъбло. Те идват да заменят мъртвите клетки (казват, червени кръвни клетки, кръвна клетка на кръвта, живее само 100 дни), те излекуват нашите фрактури и рани, възстановяват повредените тъкани.

Наличието на стволови клетки прогнозира руски хематолог от Санкт Петербург Александър Максимов през 1909 година. След няколко десетилетия теоретичното му предположение се потвърждава експериментално: стволови клетки, намерени и разпределени. Но истинският бум започна в края на ХХ век, когато напредъкът в областта на експерименталните технологии направи възможно да се види потенциалът на тези клетки.

Досега напредъкът в медицината, свързан с използването на стволови клетки, е повече от скромен. Можем да разпределим тези клетки, да съхраняваме, умножаваме, експериментирайте с тях. Но все още не разбират напълно механизма на техните магически трансформации, когато безличната стволова клетка се превръща в кръвна клетка или мускулна тъкан. Все още не сме известни до края на химическия език, на който стеблата получава поръчка за трансформация. Това невежество генерира рискове от използването на стволови клетки и задържа активното им въвеждане в медицинската практика. Въпреки това успехите са в областта на лечението на не-лечебни фрактури при възрастни хора, както и с намаляване на лечението след сърдечни пристъпи и сърдечни операции.

В Русия се разработва метод за лечение на ретината, използвайки човешки мозъчни стволови клетки. Ако тези клетки влизат в окото, те активно ще се преместят в зоната за изгаряне, разположени във външните и вътрешните слоеве на повредената ретина и стимулират заздравяването на изгарянето. Методът разработи изследователски екип от учени от Московския изследователски институт за очни заболявания. Gelmgolts MZ на Руската федерация, Институт за развитие на биологията. Н.к. Колцова Рас, Институтът по биология на гена Гена и Научния център за акушерство, гинекология и перинатилогия на овен.

Докато сме на етапа на натрупване на знания за стволови клетки. Усилията на учените са насочени към проучвания, върху създаването на инфраструктура, по-специално банки на стволови клетки, първата от която в Русия стана "Хемабанк". Отглеждане на органи, лечение склероза Scarm. И невродегенеративните заболявания са бъдещето, макар и не толкова отдалечено.

Биоинформатика

Броят на знанието, информацията нараства като снежна топка. Познаване на принципите на функциониране на живите системи, ние сме наясно с невероятната сложност на устройството на живот, при което различни биохимични реакции се подслушват помежду си и образуват объркващи мрежи. Поставянето на тази "уеб" на живота е възможна само използване на съвременни математически методи за моделиране на процеси в живи системи.

Ето защо една нова посока, произхождаща от кръстовището на биологията и математиката - биоинформатиката, без които вече е немислима работата на биотехнолозите. Повечето от биоинформационните методи, разбира се, работи по медицина, а именно, за да търсят нови лекарствени връзки. Те могат да се търсят въз основа на знанията за структурата на молекулата, която отговаря за развитието на конкретно заболяване. Ако такава молекула е блокирана от всяко вещество, избрано с висока точност, ходът на заболяването може да бъде спрян. Биоинформатиката ви позволява да откриете блокираща молекула, подходяща за клинична употреба. Ако знаем целта, да речем, структурата на "патогенния" протеин, след което използването на компютърни програми може да симулира химическата структура на лекарството. Този подход може значително да спести време и ресурси, които отиват на бюста и тестването на десетки хиляди химични съединения.

Сред лидерите на създаването на наркотици с биоинформатика в Русия - компанията "Хикрамент". В търсене на потенциални противоракови лекарства, тя се занимава по-специално с скрининг на много хиляди химически съединения. Най-мощните руски научни центрове, участващи в биоинформатиката, също са включени в Института по цитология и генетика на сибирския клон на Руската академия на науките. От 60-те години на ХХ век в Новосибирската академодок се развива уникално научно училище, обединяващи биолозите и математиците. Основната посока на произведенията на Novosibirsk Bioinformatics е анализ на взаимодействието на протеини в клетките и търсенето на потенциални молекулярни цели за нови лекарства.

За да се разбере механизмът за развитието на една или друга болест, е важно да се знае кои гени на хиляди хора, работещи в болна клетка, наистина са отговорни за болестта. Това не е лесна задача е сложно от факта, че гените, като правило, не работят, а само във връзка с други гени. Но как да се вземе предвид приносът към специфичното заболяване на други гени? И тук биоинформатиката идва да помогне на лекарите. Използване на математически алгоритми можете да изградите карта, на която кръстовищата на пътеките показват взаимодействията на гените. Такива карти откриват клъстери от гени, работещи в болна клетка на различни етапи от заболяването. Тази информация е изключително важна, например, за избор на стратегия за лечение на рак, в зависимост от етапа на заболяването.

Индустриална биотехнология

Човекът използва биотехнология от незапомнени времена. Хората правят сирене от мляко, квазилирано зеле за зимата, приготвени забавни напитки от всичко, което беше ферментирано. Всички те са класически микробиологични процеси, в които основната движеща сила е микроорганизъм, най-малката жива система.

Днес спектърът на задачите, решен от биотехнологията, невероятно се разширява. Вече разказахме за генетичната диагностика на заболявания, нови ваксини и лекарства, получени от биотехнологиите, генетично модифицирани организми. Въпреки това животът изхвърля други задачи. Гигантско химическо производство, на което ние получаваме вещества, необходими за изграждане на комфортно местообитание (фибри, пластмаси, строителни материали И още много други) днес вече не изглеждат толкова привлекателни преди 60 години. Те поглъщат много енергия и ресурси (високо налягане, температура, катализатори от благородни метали), замърсяват околната среда и заемат скъпоценни земи. Може ли биотехнолозите да предлагат замяна тук?

Да те могат. Например, генетично модифицирани микроорганизми, които работят ефективни катализатори на промишлени химични процеси. Такива биокатализатори се създават при въвеждането на генетика и селекция на микроорганизми, например за опасен и мръсен етап на получаване на токсичен агент на акримид. Полимерът го прави полиакриламид, използва се във пречистването на водата и при производството на пелени и за производството на покритие хартия и за много други цели. Биокатализаторът позволява химическата реакция да се получи мономер при стайна температура, без използване на агресивни реагенти и високо налягане.

Преди промишлената употреба в Русия биокатализаторът е доведен от усилията на научния екип на биоамида на CJSC (Саратов) под ръководството на Сергей Воронин. Същият отбор разработи биотехнология за получаване на аспарагинова киселина и създаде внос-заместващ сърдечен подготовката "Asparkov L". Лекарството вече е влязло на пазара в Русия и Беларус. Руското лекарство не само е по-евтино внесено аналози, но и според лекарите, по-ефективни. Факт е, че "Asparkov L" съдържа само един оптичен източник на киселина, който има терапевтични ефекти. И западният аналог, панангин, се основава на смес от два оптични изомера, L и D, втората от която просто служи като баласт. Намерът на биоамидния екип е в това и той се крие, че те успяват да разделят тези две трудни за отделяне на изомери и да поставят процеса на индустриалната основа.

Възможно е в бъдеще, гигантските химични съединения изобщо ще изчезнат, а вместо тях ще останат малки безопасни семинари, които не навредят на околната среда, където микроорганизмите ще работят, произвеждайки всички необходими междинни продукти за различни индустрии. В допълнение, малки зелени фабрики, независимо дали е микроорганизми или растения, ни позволяват да получаваме използваеми вещества, които не правят в химически реактор. Например, паяк копринен протеин. Рамкови нишки на адхезивни мрежи, които спайдърмен за техните жертви са по-силни от стоманата на почивка. Изглежда, поставете паяците в семинара и издърпайте протеиновите нишки. Но паяците в една банка не живеят - яжте един друг.

Красиво решение беше екип от учени под ръководството на доктора на биологичните науки Владимир Богуши (Госна генетика и селекции на микроорганизми) и лекари на биологични науки Елеанора Перчън (Институт по обща генетика на Руската академия на науките). Първоначално гените на паяка бяха разпределени от гените, отговорни за синтеза на паяк. След това тези гени бяха вградени в дрожди и тютюневи клетки. И двете, и другите започнаха да произвеждат протеина, от който се нуждаем. В резултат на това основата за технологията на производството на уникален и почти естествен структурен материал, лек и изключително издръжлив, от който може да се направи, въжета, бронеза на тялото и много други.

Има и други проблеми. Например, огромно количество отпадъци. Биотехнологията ни позволява да превърнем отпадъците в приходите. Странични продукти Селското стопанство, гората и хранителната промишленост могат да бъдат превърнати в метан, биогаз, подходящ за отопление и производство на енергия. И е възможно - в метанол и етанол, основните компоненти на биогоривата.

Индустриалните приложения на биотехнологията активно се занимават с химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов. Той има няколко лаборатории, заети от най-различни проекти - от създаването на индустриални биосензори за получаване на ензими за фин органичен синтез, от технологиите за използване на промишлени отпадъци преди разработването на методи за производство на биогорива.

Наука, бизнес, състояние

Постигният напредък е резултат от комбинираните усилия на биолозите, химиците, лекарите и други специалисти, работещи в пространството на живите системи. Връзката между различните дисциплини беше плодотворна. Разбира се, биотехнологията не е панацея за решаване глобални проблемии инструмент, който обещава големи перспективи с правилната си употреба.

Днес общият обем на биотехнологичния пазар в света е 8 трилиона. долара. Биотехнологиите също водят до обема на финансирането за развитието на научните изследвания: само в САЩ държавните структури и частните компании харчат повече от 30 милиарда долара годишно.

Инвестициите в науката и техниката в крайна сметка ще доведат икономически плодове. Но биотехнологията няма да може да решава самите сложни медицински проблеми. Трябва да се създадат благоприятна здравна инфраструктура и индустриална структура, която гарантира достъп до нови диагностични техники, ваксини и лекарства, растения с подобрени свойства. Ефективната комуникационна система между науката и бизнеса също е изключително важна. И накрая, абсолютно необходимото условие за изграждането на ефективен иновативен сектор на икономиката е взаимодействието на научните и търговските структури с държавата.

Помощ strf.ru.
През 2008 г. бяха подадени 939 заявления за формиране на темата в посока на "системи на живо" (за сравнение: общо по програмата - 3180), \\ t
- 396 заявления са подадени за конкурса (само 1597), \\ t
Проведени са 179 конкурса (само 731)
- Участието в състезания бяха приети от организации на 23 отдела (само 36), 17 от тях спечелиха 17
- сключват се 179 договора (общо731)
- Продължаване до датата 120 договора (само 630)
- Заявленията за формиране на теми за живи системи бяха изпратени 346 организации (само 842)
- 254 организации, изпратени като седалище за конкурса (общо 806)
- 190 организации, изпратени като заявления за кооперация за конкурса (общо 636)
- средна конкуренция за много 2,212 (средна програма - 2,185)
- Договорният бюджет за 2008 г. възлиза на 1041,2 милиона разтриване. (21.74% от бюджета на цялата програма)

Динамиката на растежа и разпределението на финансирането в посока на живите системи в рамките на Научна и техническа програма на Федералната работна група 2002-2006 г. и Федералната целева програма 2007-2012 г.:
2005 - 303 договора, 1168,7 милиона рубли. (100%)
2006 - 289 договора, 1227,0 милиона рубли. (105%)
2007 - 284 договора, 2657,9 милиона рубли. (227%)
2008 - 299 договора, 3242,6 милиона рубли. (277%)

Науки възникват не сами по себе си, а не защото някой ги измисля просто "от интерес". Всяка наука се появява в резултат на необходимостта от решаване на човечеството на тези или други задачи в процеса на нейното развитие. Биологията не е изключение, тя също възникна във връзка с решаването на много важни проблеми за хората. Един от тях винаги е бил по-дълбоко разбиране на процесите на дива природа, свързани с получаването на хранителни продукти, т.е. познаване на характеристиките на живота на растенията и животните, техните промени под влиянието на човека, начините за получаване на надеждна и по-богата реколта. Решението на този проблем е една от основните причини за развитието на биологията.

Друг, не по-малко важен "пролет" е изследването на човешките биологични характеристики. Човекът е продукт на развитието на дивата природа. Всички процеси на нашата жизнена дейност са подобни на тези, които се срещат в природата. И следователно само дълбокото разбиране на биологичните процеси служи като научна основа за медицината. Появата на съзнание, което означава гигантска стъпка напред в самопознанието на материята, също не може да бъде разбран без дълбоки изследвания на дивата природа най-малко в две посоки - появата и развитието на мозъка като човешко мислене (досега Мистерията на мисленето остава нерешена) и появата на социализма, обществения образ.

Повишаването на производството на храни и развитието на лекарствата са важни, но не единствените проблеми, които определят развитието на биологията като наука в продължение на хиляди години. Живата природа е източник на много материали и продукти, необходими за човечеството. Необходимо е да се знаят техните свойства за правилно използване, да знаят къде да ги търсят в природата, как да се получи. По много начини биологията се предоставя в голям източник на такива знания. Но това не изчерпва значението на биологичните науки.

През XX век Населението на Земята се е увеличило толкова много, че развитието на човешкото общество се превърна в определящ фактор за развитието на биосферата на Земята. Към днешна дата тя се оказа, че дивата природа не е само източник на храна и много от необходимите продукти и материали, но и необходимото условие за съществуването на самата човечност. Нашите взаимоотношения с него се оказаха много по-близки и жизненоважни, отколкото си мислеха дори в началото на XX век.

Например, въздухът сякаш е бил същият неизчерпаем и постоянен ресурс на природата, както, да речем слънчева светлина. Всъщност не е така. Топка качествен състав Атмосферата, на която сме свикнали, със своя 20.95% кислород и 0.03% от активността на живите същества на въглеродния диоксид: дишане и фотосинтеза на растенията, окисление на мъртвата органична материя. Въздушният кислород възниква само в резултат на жизнената активност на растенията. Основните растения на кислород на земята са тропически гори и океански водорасли. Но днес, тъй като наблюденията показват, количеството въглероден диоксид в земната атмосфера непрекъснато се увеличава в резултат на освобождаването на огромно количество въглерод при изгарянето на масло, газ, въглища, дърво, както и други антропогенни процеси. От 1958 до 1980 г. количеството въглероден диоксид в земната атмосфера се е увеличило с 4%. До края на века тя може да увеличи поддръжката си с повече от 10%. През 70-те години. ХХ век Количеството кислород, вписано в атмосферата в резултат на жизнената активност на растенията, е оценено в т / година, а годишното потребление на човечеството е в т / година. Това означава, че вече живеем вече поради резервите на кислород, натрупани в миналото, за милиони години еволюцията на живите същества на планетата.

Тази вода, която пием, е по-точна - чистотата на тази вода, нейното качество се определя предимно в дивата природа. Нашите пречиствателни станции за отпадъчни води само завършат огромния процес, който е невидим за нас, който се случва в природата: водата в почвата или резервоара многократно преминава през телата на безгръбначните безгръбначни, филтрирани от тях и, които са свободни от органични и неорганични примеси, става такова Както го познаваме в реки, езера и ключове.

Така, висококачественият състав и въздух и вода на земята зависи от жизнената активност на живите организми. Трябва да се добави, че плодородието на почвата е в основата на културата - резултатът от жизнената дейност на живите организми в почвата: огромен брой бактерии, безгръбначни, водорасли.

Човечеството не може да съществува без дива природа. Оттук и необходимостта да го запазим в "работно състояние".

За съжаление, не е толкова лесно да се направи. В резултат на развитието на цялата повърхност на планетата, развитието на селското стопанство, промишлеността, съкращаването на горите, замърсяването на континента и океаните, нарастващ брой растителни видове, гъби, животни изчезват от лицето на земята. Изчезнал поглед е невъзможно. Това е продукт от милиони години на еволюция и има уникален генно басейн - само за него, присъщ на кодекса на наследствената информация, която определя уникалността на свойствата на всеки вид. Според някои изчисления в началото на 80-годината. В света ежедневно унищожено средно в един вид животни, до 2000 г. това темпо може да се увеличи до един вид на час. В нашата страна един вид гръбначни животни изчезват средно за 3,5 години. Как да променим тази тенденция и да се върнете към еволюционен обоснован път на постоянно увеличаване на цялостния "размер на живота", а не неговото намаляване? Този проблем се отнася до цялото човечество, но е невъзможно да се реши без работни биолози.

Образно казано, съвременната биология е огромна, многоетажна сграда, съдържаща хиляди "стаи" - упътвания, дисциплини, както и независими науки. Същият списък може да отнеме десетки страници.

В сградата на биологията има четири основни "етажа", съответстващи на основните нива на организацията на живата материя. Първият етаж е молекулярен генетичен. Целта на изучаване на живота тук е звената на наследствена информация (гени), техните промени - мутации и процес на предаване на самата наследствена информация. Вторият етаж е онтогенетично или нивото на индивидуално развитие. Събитията на този "етаж" все още са най-малко проучени в биологията. Има мистериозен процес, който определя външния вид на правилното място в точното време, което трябва да се появи по време на нормалното развитие на всеки индивид - краката или очите в животното, лист или кора на растението. Следващият "етаж" е ниво на популацията. Начални единици на това ниво - население, т.е. относително малки, дълги съществуващи групи лица от един вид, в който обменя наследствена информация. Елементарните явления тук са необратими промени в генотипния състав на популациите и в крайна сметка появата на различни устройства (адаптации) и нови видове. На последния, четвърти етаж, процесите в системите за околната среда с различен мащаб са сложни общности на много видове, до биосферни процеси като цяло. Елементарни структури на тези общности - биогеноси и елементарни явления - прехода на биогеноза от едно състояние на динамично равновесие към друго, което в крайна сметка е в края на цялата биосфера като цяло. На всяко ниво има свои собствени модели, но възникващите събития на всеки от тях са тясно свързани със събития на други нива.

През последните десетилетия молекулярната биология се движеше напред (според броя на учените, заети в тази област, за средствата за освобождаване в различни държави, за да се развие точно тази посока на изследване). Получават се прекрасни резултати, вариращи от чисто теоретични (декодиране генетичен код и синтеза на първите изкуствени гени) до практически (например развитието на генното инженерство). Сега биологията на населението бързо се развива, което ще реши успешно много съвременни проблеми, свързани с увеличаване на производството на храна, необходими за числено нарастващото човечество, запазването на бързо изчезващите видове живи организми, редица проблеми, свързани с голямата задача, свързана с Голямата задача Управление на управлението еволюционно развитие Оценяване I. | Повече ▼ видове. Недалеч от планината и интензивното развитие на биосферата "етаж" на изследванията.

Не мислете, че биолозите в класически райони - зоология, ботаническа, морфология, физиология, систематика и други вече са направени. Тук все още има много работа. Независимо дали знаете какво е научно описано (се дават точни описания и се дава научното име) по-малко от половината от хората, обитаващи нашата планета - само около 4,5 милиона вида, и на някои изчисления, не повече от една трета или дори една четвърт от една трета или дори една четвърт те? Дори в нашата страна, разположена главно в умерено климатична зона, която не се различава в разнообразието от органични форми, учените отварят десетки нови видове годишно (главно безгръбначни).

Са изследването на палеонтолозите, които не са очаровани от разпръснатите останки от изкопаеми организми, пресъздават външния вид на дълго изчезнали животни, реконструират естеството на миналите епохи, разберете начините за развитие на органичния свят?

И тук изследователите ще изчакат най-интересните находки. Какво сензационно, например, беше откриването на най-старите доилни вкаменелости в скалите на възраст над 3 милиарда години! Това означава, че вече има живот на земята. Не по-малко завладяващи и пълни открития за работата на генетиката, зоолозите, ботаника, биохимици, физиолози и др.

Ние, хората, стават все повече и повече на земята и искаме да живеем по-добре. Затова за развитието на обществото са необходими все повече суровини. От тук има общо великолепно намерение национална икономика, включително тези на своите индустрии, които са свързани с биологията, предимно селско стопанство, горски и ловни риболов, риба. Но не само тези индустрии. В нашата страна микробиологичната индустрия е създадена и успешно се развива, например, микробиологичната индустрия е огромен сектор на националната икономика, което дава храна и фуражи (за животновъдство и птици, дивата природа и др.), Най-новите лекарства и Лекарства и дори помагат да се извлекат дълбоко в дълбините на минералите на Земята. Друга биологична индустрия на националната икономика - биотехнологията, основана на използването на отворена физикохимична (молекулярна) биология на процесите и структурите, вече носи първите плодове, основани на използването на отворени физикохимични (молекулярни) биологии и структури за създаване на необходимо човечество. Относно развитието на най-важните области на биологичните науки, разширяването на тяхната практическа връзка с медицината и селското стопанство се посочва в "основните направления на икономическото и социалното развитие на СССР за 1986-1990 г. и за периода до 2000 г." , приет от CPSU конгреса XXVII.

Интензификацията означава твърди спестявания природни ресурси, тяхното запазване в интерес на развиващото се общество. Чудесен имот Живите природни ресурси са тяхната възобновяемост, способността да се възстанови в резултат на възпроизвеждането на живи организми. Ето защо, в засилване на използването на живи природни ресурси, е възможно да се гарантира, че те да служат за дълго време. Това може да се направи в организирането на този бизнес, икономично използване и поддържане на живите сили на природата. Много учени са ангажирани в решаването на тези проблеми. Всички тези въпроси обръщат голямо внимание на партията и правителството. В програмата на CPSU (ново издание) записа: "Партията счита, че е необходимо да се засили контрола върху управлението на околната среда, което е по-широко в разгръщането на екологичното образование."

Когато идеята за създаване на тази книга, една от основните задачи, поставени пред екипа на авторите, беше да разкаже за важните и интересни характеристики на съвременната биология, която вече можеше да постигне в различни области и какви нерешени проблеми са изправени пред биолози . Искахме, без да повтаряме учебника, но да разчитаме на знанието, че училищната програма за биология дава, показват какви биолози в лабораториите и експедициите работят. Има и много есета за изключителните биолози на нашата страна и други страни. Благодарение на работата на нашите предшественици в науката притежаваме днешните знания.

Няколко думи за това как да прочетете тази книга. В текста често срещате думите, отпуснати в курсив. Това означава, че в речника има специална статия в речника. Фокусирането на съдържанието на речника ще ви помогне на азбучния показалец, поставен в края на книгата. Не забравяйте да разгледате списъка с препоръки за четене.

Надяваме се, че "енциклопедичният речник на един млад биолог" ще ви помогне да научите много нови и очарователни за дивата природа, да намерите отговори на въпросите, които ви интересуват, ще се събуди и ще развие интерес към прекрасната наука за живо - биология .