Доктор фізико-математичних наук Олександр Печінка описав «Ленте.ру» самі перспективні напрямки фізики і суміжних наук за підсумками найбільшої премії для молодих вчених National Blavatnik Award. Зараз Печінка - провідний науковий співробітник і вчений секретар Математичного інституту імені В.А. Стеклова Російської академії наук, він здобув освіту на фізичному факультеті в МДУ, працював в Прінстонському університеті і став одним з перших росіян, які отримали премію Блаватника в 2009 році.

Головна тема

Фото: Jens Kalaene / ZB / Global Look

Фотоніка досліджує можливості застосування світла для передачі, зберігання, обробки інформації, управління мікрооб'єктами (клітинами, макромолекулами) і квантовими системами (окремими атомами). Засновані на фотоніці технології можуть прискорити або зробити енергетично менш витратними передачу, зберігання і обробку інформації. Це важливо, наприклад, для дата-центрів, які є зараз найбільшими споживачами енергії в США. Модульований світло і штучно створені матеріали з особливими, що не зустрічаються в природі оптичними властивостями, - основа лазерної та фотохімії, а також таких цікавих речей, як «плащі-невидимки» і оптичного пінцета.

Практичне застосування фотоніки

Фото: Tachi Laboratory, the University of Tokyo

Метаматеріали - новий клас штучних матеріалів зі спеціальними оптичними властивостями, що дозволяють приховувати об'єкти, робити їх невидимими. Теоретично такі матеріали вперше досліджувалися радянським фізиком Віктором Веселаго.

В даний час ведеться активна розробка таких матеріалів. Наприклад, у 2009 році фізики килими-невидимки для інфрачервоного світла.

Оптичний пінцет - інструмент, що дозволяє маніпулювати мікроскопічними об'єктами з допомогою лазерного світла, наприклад, сортувати і переміщати окремі клітини, білкові молекули.

Премія, заснована американським мільярдером російського походження Леонідом Блаватником, присуджується працюючим в США дослідникам молодше 42 років. Сума - 250 тисяч доларів - дозволяє вважати її своєрідним аналогом Нобелівської премії для молодих вчених. У США вшановували лауреатів цього року, і відбувся симпозіум, присвячений найперспективнішим науковим тенденціям сучасності.

номінанти

Премія присуджується у трьох номінаціях: «науки про життя» (біологія, медицина, нейробиология і т.д.), «фізичні та інженерні науки», «хімія». У 2015 році було висунуто близько 300 номінантів з 147 американських інститутів і університетів. По кожній з дисциплін відібрали приблизно по десять фіналістів. Потім з кожної групи фіналістів обрали одного лауреата. Всі три лауреата цього року представляють Каліфорнійський університет: Едвард Ченг (Edward Chang, університет Сан-Франциско, спеціалізація науки про життя), Сід Джафар (Syed Jafar, університет Ірвіна, фізичні науки) і Крістофер Чанг (Christopher Chang, університет Берклі, хімія) .

Зараз в фотоніці формується новий підхід до управління квантовими системами, тобто окремими атомами або молекулами. (Це основна тема наукових робіт Олександра Печеня - прим. «Лента.Ру»). Традиційно частками управляють за допомогою лазера із змінною інтенсивністю випромінювання. Нові методи використовують для цього довкілля. У традиційних системах її вплив практично ніколи не можна усунути, і вона чинить руйнівну дію на атомні і молекулярні квантові системи. Однак тепер вплив зовнішнього середовища враховується і використовується для управління цими системами.

Управління квантовими системами застосовується в контролі швидкості хімічних реакцій за допомогою лазера для підвищення виходу бажаного продукту реакції і селективного розриву хімічного зв'язку в складних молекулах, поділу ізотопів за допомогою лазерів або некогерентного оптичного випромінювання. Квантове управління застосовується і в квантових обчисленнях, які поки досліджуються, і на практиці - для підвищення швидкодії магнітно-резонансних томографів.

Квантові симулятори і нові матеріали

Квантові матеріали можуть застосовуватися в пристроях квантової пам'яті, для створення високотемпературної надпровідності, біодіагностики на основі квантових точок, суперконденсаторів на основі лазерно-індукованого графена.

Для моделювання біологічних молекул, кристалів, атомних ядер і інших складних систем потрібно розраховувати квантову динаміку великого числа частинок, що абсолютно недоступно сучасним обчислювальним пристроям. Квантові симулятори - модельні квантові системи, підстроювання параметрів яких дозволяє моделювати інші мають практичний інтерес складні системи. фактично квантові симулятори - це аналогові квантові комп'ютери.

Медичні і біотехнології

Фото: Robson Fernandjes / Estadao Conteudo / Global Look

В області наук про життя більш увагу вчені приділяють розвитку телемедицини - використання телекомунікаційних технологій, наприклад, смартфонів, разом з різними медичними сенсорами для дистанційної діагностики захворювань без особистого візиту до лікаря. Саме цей напрямок була найпомітнішим серед прикладів комерціалізації наукових розробок.

Однако з перспективних областей нейронаук - оптогенетики, що вивчає управління нейронами за допомогою світлових імпульсів. Застосування оптоволоконних світловодів і світлочутливих білків дозволяє добитися високої точності впливу на нервові клітини. Завдяки прицільної активації і виключення різних зон мозку оптогенетики в останні роки здійснила справжню революцію в дослідженнях нервової системи.

математична фізика

Сучасні теоретичні моделі вимагають складного математичного апарату. Хоча Нобелівська премія з цієї дисципліни не вручається, але є менш відомі, а також номінації в близьких областях. Наприклад, Климент Хонглер (Clement Hongler) став лауреатом регіональної премії Блаватника 2014 року. Примітно, що ступінь PhD він отримав під керівництвом російського математика і лауреата премії Філдсівської Станіслава Смирнова. Хонглер повідомив про нові точних результатах в моделі Ізінга - математичної моделі, яка застосовується для опису процесу намагнічування матеріалів. Модель Ізінга також служить основою для найбільш великих на сьогодні квантових обчислювальних пристроїв D-Wave, вироблених компанією D-Wave Systems. Обмовлюся, що тривають дискусії про те, якою мірою ці комп'ютери слід вважати квантовими.

Роботи Хонглера знаходяться на стику статистичної механіки, теорії ймовірностей, комплексного аналізу і квантової теорії поля. Їм зі співавторами отримані суворі результати дослідження моделі Ізінга, в тому числі в такій важливій галузі, як встановлення зв'язку критичної моделі Ізінга з конформной теорією поля Белавина, Полякова та Замолодчікова - універсальної теорією, яка є для опису різних критичних явищ у фізиці, тобто ситуацій, коли незначна зміна якогось параметра, наприклад температури, призводить до найрадикальніших змін в поведінці фізичної системи.

Також цікавими є напрями, пов'язані з блукаючими планетами, не пов'язаними з будь-якої зіркою, і створення нових спостережних інструментів, які найближчим часом буде введено в дію для пошуку і дослідження планет поза Сонячною системою. Вони допоможуть значно розширити наші знання про такі планетах, досліджувати хімічний склад їх атмосфер, визначити наявність органічних речовин і шукати там життя.

комерціалізація досліджень

сучасна тенденція - комерціалізація наукових відкриттів. На заході, присвяченому вищезгаданої премії, майже два десятка компаній в галузі медичної діагностики, зберігання енергії, аналізу даних, були засновані лауреатами премії. Також розвивається Гарвардський центр Блаватника щодо прискореного розвитку біомедицини (Harvard Blavatnik Biomedical Accelerator).

рівень сучасної науки дозволяє порівняно швидко переходити від фундаментальних досліджень до прикладних, а потім застосовувати наукові відкриття в комерційних продуктах.

Фізикам вже більше ста років відомо про квантові ефекти, наприклад, здатності квантів зникати в одному місці і з'являтися в іншому, або ж перебувати в двох місцях одночасно. Однак вражаючі властивості квантової механіки застосовні не тільки у фізиці, але і в біології.

Кращий приклад квантової біології - фотосинтез: рослини і деякі бактерії використовують енергію сонячного світла, щоб побудувати потрібні їм молекули. Виявляється, фотосинтез насправді спирається на вражаюче явище - маленькі маси енергії «вивчають» всі можливі шляхи для самопрімененія, а потім «вибирають» найефективніший. Можливо, навігація птахів, мутації ДНК і навіть наш нюх так чи інакше спираються на квантові ефекти. Хоча ця область науки поки вельми умоглядно і спірна, вчені вважають, що одного разу почерпнуті з квантової біології ідеї можуть привести до створення нових ліків і биомиметических систем (біоміметріка - ще одна нова наукова область, Де біологічні системи і структури використовуються для створення нових матеріалів і пристроїв).

3. Екзометеорологія

Юпітер

Поряд з екзоокеанографамі і екзогеологамі, екзометеорологі зацікавлені у вивченні природних процесів, що відбуваються на інших планетах. Тепер, коли завдяки потужним телескопам стало можливо вивчати внутрішні процеси на прилеглих планетах і супутниках, екзометеорологі можуть стежити за їх атмосферними і погодними умовами. і Сатурн зі своїми неймовірними масштабами - перші кандидати для досліджень, так само як і Марс з регулярними пиловими бурями.

Екзометеорологі вивчають навіть планети за межами нашої Сонячної системи. І що цікаво, саме вони можуть в результаті знайти ознаки позаземного життя на екзопланети шляхом виявлення в атмосфері органічних слідів або підвищеного рівня вуглекислого газу - ознаки індустріальної цивілізації.

4. Нутрігеноміка

Нутрігеноміка - це вивчення складних взаємозв'язків між їжею і експресією геному. Вчені, що працюють в цій галузі, прагнуть до розуміння ролі генетичних варіацій і дієтичних реакцій на те, як саме поживні речовини впливають на геном.

Їжа дійсно має великий вплив на здоров'я - і починається все в буквальному сенсі на молекулярному рівні. Нутрігеноміка працює в обох напрямках: вивчає, як саме наш геном впливає на гастрономічні уподобання, і навпаки. Основною метою дисципліни є створення персоналізованого харчування - це потрібно для того, щоб наша їжа ідеально підходила нашому унікальному набору генів.

5. Кліодінаміка

Кліодінаміка - це дисципліна, що поєднує в собі історичну макросоціології, економічну історію (кліометрікі), математичне моделювання довгострокових соціальних процесів, а також систематизацію та аналіз історичних даних.

Назва походить від імені грецької музи історії та поезії Кліо. Простіше кажучи, кліодінаміка - це спроба передбачити і описати широкі соціальні зв'язки історії - і для вивчення минулого, і як потенційний спосіб передбачити майбутнє, наприклад, для прогнозів соціальних хвилювань.

6. Синтетична біологія

Синтетична біологія - це проектування і будівництво нових біологічних частин, пристроїв і систем. Вона також включає в себе модернізацію існуючих біологічних систем для нескінченної кількості корисних застосувань.

Крейг Вентер, один з провідних фахівців у цій галузі, заявив в 2008-му році, що він відтворив весь геном бактерії шляхом склеювання її хімічних компонентів. Два роки по тому його команда створила «синтетичну життя» - молекули ДНК, створені за допомогою цифрового коду, а потім надруковані на 3D-принтері і впроваджені в живу бактерію.

Надалі біологи мають намір аналізувати різні типи генома для створення корисних організмів для впровадження в тіло і біороботів, які зможуть виробляти хімічні речовини - біопаливо - з нуля. Є також ідея створити бореться з забрудненнями штучну бактерію або вакцини для лікування серйозних хвороб. Потенціал у цієї наукової дисципліни просто величезний.

7. Рекомбінантна Меметика

Ця галузь науки тільки зароджується, однак вже зараз ясно, що це тільки питання часу - рано чи пізно вчені отримають краще розуміння всієї людської ноосфери (сукупності всієї відомої людям інформації) і того, як поширення інформації впливає на практично всі аспекти людського життя.

Подібно рекомбінантної ДНК, де різні генетичні послідовності збираються разом, щоб створити щось нове, рекомбінантний Меметика вивчає, яким чином - ідеї, що передаються від людини до людини - можуть бути скориговані і об'єднані з іншими мемамі і мемеплексамі - усталеними комплексами взаємопов'язаних мемів. Це може виявитися корисним в «соціально-терапевтичних» цілях, наприклад, боротьби з поширенням радикальних і екстремістських ідеологій.

8. Обчислювальна соціологія

Як і кліодінаміка, обчислювальна соціологія займається вивченням соціальних явищ і тенденцій. Центральне місце в цій дисципліні займає використання комп'ютерів і пов'язаних з ними технологій обробки інформації. Звичайно, ця дисципліна отримала розвиток тільки з появою комп'ютерів і повсюдним поширенням інтернету.

Особливу увагу в цій дисципліні приділяється величезним потокам інформації з нашого повсякденного життя, наприклад, листів по електронній пошті, телефонних дзвінків, постам в соціальних мережах, покупкам по кредитній карті, запитам в пошукових системах і так далі. Прикладами робіт може послужити дослідження структури соціальних мереж і того, як через них поширюється інформація, або ж як в інтернеті виникають інтимні стосунки.

9. Когнітивна економіка

Як правило, економіка не пов'язана з традиційними науковими дисциплінами, але це може змінитися через тісної взаємодії всіх наукових галузей. Цю дисципліну часто плутають з поведінкової економікою (вивченням нашої поведінки в контексті економічних рішень). Когнітивна ж економіка - це наука про те, як ми думаємо. Чи Колдуелл, автор блогу про цій дисципліні, пише про неї:

«Когнітивна (або фінансова) економіка ... звертає увагу на те, що насправді відбувається в розумі людини, коли він робить вибір. Що являє собою внутрішню структуру прийняття рішення, що на це впливає, яку інформацію в цей момент сприймає розум і як вона обробляється, які у людини внутрішні форми переваги і, в кінцевому рахунку, як всі ці процеси відбиваються на поведінці? ».

Іншими словами, вчені починають свої дослідження на нижчому, спрощеному рівні, і формують мікромоделі принципів прийняття рішень для розробки моделі масштабного економічної поведінки. Часто ця наукова дисципліна взаємодіє із суміжними областями, наприклад, обчислювальної економікою або когнітивної наукою.

10. Пластикова електроніка

Зазвичай електроніка пов'язана з інертними і неорганічними провідниками і напівпровідниками начебто міді і кремнію. Але нова галузь електроніки використовує провідні полімери і проводять невеликі молекули, основою яких є вуглець. Органічна електроніка включає в себе розробку, синтез і обробку функціональних органічних і неорганічних матеріалів поряд з розвитком передових мікро- і нанотехнологій.

По правді кажучи, це не така вже й нова галузь науки, перші розробки були зроблені ще в 1970-х роках. Однак звести всі напрацьовані дані воєдино вийшло тільки недавно, зокрема, за рахунок нанотехнологічної революції. Завдяки органічної електроніці у нас скоро можуть з'явитися органічні сонячні батареї, самоорганізуються моношарів в електронних пристроях і органічні протези, які в перспективі зможуть замінити людині пошкоджені кінцівки: в майбутньому так звані кіборги, цілком можливо, будуть складатися переважно з органіки, ніж з синтетичних частин.

11. Обчислювальна біологія

Якщо вам однаково подобаються математика та біологія, то ця дисципліна як раз для вас. Обчислювальна біологія прагне зрозуміти біологічні процеси за допомогою мови математики. Це в рівній мірі використовується і для інших кількісних систем, наприклад, фізики та інформатики. Вчені з Університету Оттави пояснюють, як це стало можливим:

«У міру розвитку біологічного приладобудування і легкому доступу до обчислювальних потужностей, біології як такої доводиться оперувати все більшою кількістю даними, а швидкість одержуваних знань при цьому тільки зростає. Таким чином, осмислення даних тепер вимагає обчислювального підходу. У той же час, з точки зору фізиків і математиків, біологія доросла до такого рівня, коли теоретичні моделі біологічних механізмів можуть бути перевірені експериментально. Це і призвело до розвитку обчислювальної біології. »

Вчені, що працюють в цій галузі, аналізують і вимірюють все, починаючи від молекул і закінчуючи екосистемами.

Як працює «мозгопочта» - передача повідомлень від мозку до мозку через інтернет

10 таємниць світу, які наука, нарешті, розкрила

10 головних питань про Всесвіт, відповіді на які вчені шукають прямо зараз

8 речей, які не може пояснити наука

2500-річна наукова таємниця: чому ми позіхаємо

3 найдурніших аргументу, якими противники Теорії еволюції виправдовують своє невігластво

Чи можна за допомогою сучасних технологій реалізувати здібності супергероїв?

11 Июля 2008

Науки про життя (Life sciences) об'єднують найрізноманітніші галузі біології, біотехнології та медицини. В останні роки це - один з пріоритетів світової науки і економіки. Вибір наук про життя як пріоритетний напрям розвитку пояснюється рядом причин. Ці науки є основою для забезпечення першочергових потреб людства.

Перш за все, це охорона здоров'я. Для того, щоб піклуватися про здоров'я, треба розуміти, що діється зі здоровою людиною, і що відбувається при патології. Особливо важливе значення набувають науки про життя в умовах збільшення середньої тривалості життя: необхідність забезпечити літнім членам суспільства здорову і активну старість ставить перед біологією і медициною нові завдання. По-друге, зростаюче населення світу і зростання добробуту вимагає розробки нових способів підвищення продуктивності сільського господарства, нових сортів рослин - не тільки більш врожайних, але і володіють покращеними споживчими властивостями. По-третє, зростаюча навантаження, що надається людством на природу, вимагає все більш глибокого вивчення екології та вжиття заходів щодо зниження цього навантаження - наприклад, за рахунок методів отримання біопалива, біоразрушаемих пластмас, прогресивних способів ведення сільського господарства, зниження рівня забруднення навколишнього середовища і біоремедіаціі - відновлення забруднених або зруйнованих біоценозів.

Центральним ланкою, що поєднує науки про життя, є біотехнології в найширшому розумінні цього терміна.

Пріоритет живих систем

Ідентифікація особистості і надійна діагностика захворювань, вирощування органів для людини і створення сільськогосподарських культур з підвищеним вмістом вітамінів, жирів і білків, нові вакцини і ліки - ці та багато інших технології по праву відносяться до найширшого простору, названому «живими системами».

Створення розвиненої економіки в постіндустріальному суспільстві неможливо без оновлення технологічного укладу і форм наукової діяльності, Відповідних іде економічному ладу. Тому одна з ключових завдань нашої держави - формування ефективного та конкурентного сектора науки та інновацій. Основний інструмент держави в галузі розвитку науки і технологій - федеральна цільова програма «Дослідження і розробки за пріоритетними напрямами розвитку науково-технічного комплексу Росії на 2007-2012 роки». В рамках цієї програми держава фінансує роботи, відповідні обраним науковим і науково-технічним державним пріоритетам, один з яких - «Живі системи».

Довідка STRF.ru:
Роботи по пріоритетному напрямку «Живі системи» ведуться і в рамках Федеральної цільової програми «Дослідження і розробки за пріоритетними напрямами розвитку науково-технологічного комплексу Росії на 2007-2012 роки». В рамках цього напрямку в 2008 році розроблялися, зокрема, такі критичні технології:
- біомедичні і ветеринарні технології життєзабезпечення і захисту людини і тварин;
- біокаталітичні, биосинтетические і біосенсорні технології;
- геномні і постгеномную технології створення лікарських засобів;
- клітинні технології;
- технології біоінженерії.

поняття «Науки про життя» (life sciences) прийшло на зміну звичному поняттю «біологічні науки» і дало загальну назву всім наукам про живому: зоології та генетиці, ботаніки та молекулярної біології, фізіології та біохімії, екології та медицини. Всі, хто працюють в цих областях, мають справу з живими системами, тобто з живими організмами, будь то людина або квітка, вірус, чи бактерія. Можна сказати, що живі системи - це все, що розмножується, дихає, харчується, рухається.

Однак мова йде не просто про зміну назви. Термін «живі системи» активніший, більш структурований. Він відображає системний підхід до цієї міждисциплінарної галузі науки і знання, в якій працюють біологи, хіміки, фізики, математики. Крім того, термін «Живі системи» дуже технологічний. Він передбачає не тільки пізнання і відкриття принципів організації живого, а й використання цього знання у вигляді нових технологій. Такий підхід пропонує різним фахівцям спільно рухатися від наукової ідеї до її практичного втілення і використання в інтересах людей.

Ідентифікація особистості і надійна діагностика захворювань, вирощування органів для людини і створення сільськогосподарських культур з підвищеним вмістом вітамінів, жирів і білків, нові вакцини і ліки - ці та багато інших технології по праву відносяться до найширшого простору, названому «живими системами». Дослідження і розробки, виконані в цій області, наповнять нашу промисловість наукомісткими технологіями, Поліпшать здоров'я і підвищать безпеку громадян Росії. Ось чому живі системи - один з головних державних пріоритетів в області науки техніки, активно підтримуваний за допомогою федеральних цільових програм.

Ця збірка коротко познайомить читача з поняттям технологічних платформ і біотехнологій, а також деякими розробками провідних російських наукових колективів, що працюють в пріоритетному напрямку «Живі системи».

Довідка STRF.ru:
Розподіл фінансування за напрямом «Живі системи» в рамках Федеральної цільової програми у 2008 році по регіонах (млн. Руб.):
ДВФО - 9 контрактів, бюджет 116,5
ПФО - 17 контрактів, бюджет 140,1
СЗФО - 32 контракту, бюджет 156,0
СФО - 34 контракту, бюджет 237,4
УФО - 1 контракт, бюджет 50
ЦФО - 202 контракту, бюджет 2507,8
ЮФО - 4 контракту, бюджет 34,85

Знання як технологія

У розмові про розвиток фундаментальних і прикладних розробок в області живих систем все частіше зустрічається поняття «технологія». У сучасній, постіндустріальної економіки під технологіями розуміють сукупність документованих знань для цілеспрямованої діяльності з використанням технічних засобів (наприклад, організаційні технології, технології споживання, соціальні технології, політичні технології). Слід зауважити, що в ринковій економіці технології, як різновид знань, є товаром. Комплекс знань, що позначається цим поняттям, ставить питання не тільки про те, що ми робимо, але і як, а головне, навіщо ми це робимо.

При визначенні стратегій розвитку науково-технічного комплексу в масштабах країни використовують поняття «технологічна платформа». Однозначного визначення цього терміна поки немає. Проте вже очевидно, що це поняття включає в себе сукупність знань, методик, матеріально-технічної бази та кваліфікованого персоналу, мінливу в залежності від зовнішніх замовлень на проведення науково-технологічних робіт. Пріоритетний напрям «Живі системи» можна розглядати як сукупність декількох технологічних платформ.

розкриті таємниці

З живих систем ми черпаємо технології, які для природи - норма життя. Вона використовує їх при зародженні, розвитку і смерті будь-якого живого організму. Причому на кожному рівні ієрархії живої системи - генетичному, клітинному, організмовому - працює свій набір технологічних рішень.

Будь-яка жива система починається з головної молекули життя, ДНК, яка зберігає і передає з покоління в покоління спадкову інформацію. ДНК можна умовно розбити на смислові ділянки - гени. Вони посилають команди синтезувати ті або інші білки, що формують ознаки організму і що забезпечують його життя. Кількість генів у людини вчені оцінюють в 20-25 тисяч. Якщо в генах сталися поломки, звані мутаціями, у людини розвиваються важкі захворювання. Обсяг тексту, «записаного» в геномі, ідентичний підшивці щоденної газети «Известия» за 30 років.

ДНК живе і працює в клітці. Жива клітина - сама досконалість. Вона вміє перетворювати непотрібні речовини в потрібні, синтезувати для організму внутрішні ліки, будівельний матеріал і багато іншого. Кожну хвилину в живій клітині протікають мільйони хімічних реакцій при самих звичайних умовах - у водному середовищі, без високого тиску і температур.

Одна клітина живе сама по собі лише в одноклітинних організмах - бактеріях., Більшість же живих систем багатоклітинні. У тілі дорослої людини міститься в середньому 10 14 клітин. Вони народжуються, трансформуються, виконують свою роботу і вмирають. Але при цьому живуть в злагоді та співробітництві, вибудовуючи колективні системи захисту (імунна система), адаптації (регуляторна система) та інші.

Крок за кроком ми розкриваємо таємниці живих систем і на підставі цього знання створюємо біотехнології.

біотехнології

Біотехнології можна визначити як процеси, в яких живі системи або їх компоненти використовуються для виробництва речовин або інших живих систем. Живі істоти - це своєрідні «фабрики», переробні вихідні матеріали (поживні речовини) в найрізноманітніші продукти, необхідні для підтримки їх життя. А крім того, ці фабрики здатні відтворюватися, тобто породжувати інші дуже схожі «фабрики».

Сьогодні ми вже знаємо багато чого про те, як влаштовані і функціонують «працівники» живих фабрик - геном, клітинні структури, білки, самі клітини і організм в цілому.

Завдяки цим знання, нехай ще неповним, дослідники навчилися маніпулювати окремими елементами живих систем - генами (геномні технології), клітинами (клітинні технології) - і створювати генетично змінені живі організми з корисними для нас ознаками (генна інженерія). Ми вміємо пристосовувати природні «фабрики» для виробництва необхідного нам продукту (промислові біотехнології). І більш того - генетично модифікувати ці фабрики, щоб вони синтезували те, що потрібно нам.

Так ми створюємо біотехнології, про які далі і піде мова. Але перш, ніж ми познайомимо вас з прикладами технологій, вже поставлених на службу людині, кілька слів потрібно сказати про витонченому вирішенні, яке сьогодні допомагає вченим проникати в таємниці життя і пізнавати механізми живих систем. Адже процеси, що протікають в клітині, не видимі, і науковий пошук вимагає технологій, за допомогою яких можна їх побачити і зрозуміти. До речі, це рішення - вже само по собі біотехнологія.

Сяючі білки

Щоб дізнатися, як працюють гени, треба побачити результат їх роботи, тобто білки, які синтезуються за їхньою командою. Як розгледіти саме ті, які ми шукаємо? Вчені знайшли метод, який дозволяє зробити білки видимими, що світяться в ультрафіолетовому світлі.

Такі світяться білки зустрічаються в природі, наприклад, в морських рачках і медуз. Під час другої світової війни японці використовували в якості локального джерела світла порошок з «морського світлячка» - рачка з двостулкових раковиною. Коли його размачивали в воді, він яскраво світився. Іменного з цього морського світлячка і медуз О.Сімомура (Японія) в кінці 50-х років ХХ століття вперше виділив світяться білки. З цього почалася історія знаменитого сьогодні GFP - зеленого флуоресцентного білка (green fluorescent protein). А в 2008 році О.Сімомура, М.Челфі і Р.Ціен (США) за флуоресцентні білки отримали Нобелівську премію з хімії. За допомогою цих білків можна змусити світитися найрізноманітніші живі об'єкти, від клітинних структур до цілого тварини. Флуоресцентний ліхтарик, який вдавалося за допомогою генетичних маніпуляцій чіплялися до шуканим білків, дозволив побачити, де і коли цей білок синтезується, в які ділянки клітини направляється. Це був переворот в біології та медицині.

А ось червоні флуоресцентні білки вперше знайшли в коралах і інших морських організмах два російських дослідника - Михайло Мац і Сергій Лук'янов. Тепер у нас є флуоресцентні білки всіх кольорів веселки, і сфера їх застосування дуже широка: від переднього краю біології і медицини, в тому числі онкології, і виявлення отруйних і вибухових речовин до світяться акваріумних рибок.

Під керівництвом член-кореспондента РАН С.Лукьянова (Інститут біоорганічної хімії РАН) створена російська біотехнологічна компанія «ЄВРОГЕН», яка постачає вчених усього світу різнокольоровими флуоресцентними мітками. Сьогодні «ЄВРОГЕН» - один з лідерів на світовому ринку флуоресцентних білків для біологічних досліджень.

генетична ідентифікація

Всі ми дуже різні. Зовнішність, характер, здібності, сприйнятливість до ліків, неприйняття тієї чи іншої їжі - все це задано генетично. Унікальність генома кожного з нас робить його надійним інструментом для встановлення особи. По суті, наші гени - це ті ж відбитки пальців, тільки іншої природи. Метод ДНК-ідентифікації ввів в криміналістичну практику британський дослідник Алік Джефріс в 80-х роках минулого століття. Сьогодні це вже поширена і звична процедура в усьому світі.

Використовується вона і в Росії. Однак реагенти для аналізу ми закуповуємо за кордоном. В Інституті загальної генетики РАН під керівництвом член-кореспондента РАН Миколи Янковського створюється набір реагентів для ДНК-ідентифікації людини. Поява такого вітчизняного інструменту дуже своєчасно, оскільки з 1 січня 2009 року набере чинності закон «Про геномної реєстрації», прийнятий Державною Думою РФ 19 листопада 2008 року. Розробка наших учених не тільки дозволить відмовитися т імпорту, а й дасть в руки криміналістів більш досконалий інструмент, який, на відміну від західних аналогів, працює з сильно зруйнованої ДНК. А це частий випадок в судово-медичній експертизі.

За допомогою цього інструменту буде вирішена ще одна найважливіша соціальна задача - створення банку генетичних даних порушників закону, завдяки якому збільшиться розкриття злочинів і скоротиться час розслідування. У Великобританії база генетичних даних людей, так чи інакше пов'язаних з кримінальним світом, вже налічує кілька мільйонів чоловік.

Метод ДНК-ідентифікації особливо хороший для встановлення особи людей, які загинули у війнах, катастрофах і при інших обставинах. Сьогодні його використовують і в Росії. Найбільш відомий випадок - ідентифікація останків останньої царської сім'ї. Завершальний етап цієї великої роботи - ідентифікація останків сина і дочки імператора - виконаний професором Євгеном Рогаєвим, завідувачем відділом геноміки Інституту загальної генетики РАН.

Нарешті, ще одна область застосування методу ДНК-ідентифікації - встановлення батьківства. Дослідження показують, що кілька відсотків юридичних батьків не є біологічними. Довгий час батьківство встановлювали за аналізом крові дитини і батька - визначали групу крові, резус-фактор і зіставляли дані. Однак цей метод був надійним за своєю суттю, як тепер розуміють дослідники, і давав багато помилок, які оберталися особистими трагедіями. Застосування ДНК-ідентифікації підвищило точність аналізу практично до 100%. Сьогодні ця методика для встановлення батьківства доступна і в Росії.

генетична діагностика

Зробити повний аналіз генома однієї людини поки коштує величезних грошей - два мільйони доларів. Правда, через десять років, у міру вдосконалення технологій, ціна впаде, за прогнозами, до тисячі доларів. Але ж можна і не описувати всі гени. Часто достатньо оцінити роботу тільки окремих груп генів, критичних для виникнення різних недуг.

Генетична діагностика вимагає спеціальних пристроїв, мініатюрних, швидких і точних. Ці пристрої називаються Біочіп. Перший в світі патент на біочіпи для визначення структури ДНК належить Росії - колективу академіка Андрія Мірзабекова з Інституту молекулярної біології ім. В.А.Енгельгардта РАН. Тоді, в кінці 80-х років минулого століття, колектив Мірзабекова розробив технологію микроматриц. Біочіп їх стали називати пізніше.

Біологічні мікрочіпи - це невелика пластинка зі скла або пластику, на поверхні якої розташовано безліч осередків. У кожній з таких лунок знаходиться маркер на ту чи іншу ділянку генома, який треба виявити в зразку. Якщо на биочип капнути зразок крові пацієнта, то можна дізнатися, чи є в ньому те, що ми шукаємо - відповідна лунка буде світитися через флуоресцентної мітки.

Роздивляючись відпрацьований биочип, дослідники можуть ставити діагноз про схильність до тих чи інших захворювань, а також виявляти в крові пацієнта небезпечні віруси, наприклад, туберкульозу або гепатиту С. Адже вірус - це не що інше, як шматочок чужорідної ДНК в білковій оболонці. Завдяки новій методиці тривалість складних лабораторних аналізів біологічних матеріалів скоротилася з декількох тижнів до одного дня.

Сьогодні біологічні мікробіочіпи розробляють десятки компаній в країнах Європи і в США. Однак російські біочіпи успішно витримують конкуренцію. Один аналіз за допомогою тест-системи «Біочіп-ИМБ» коштує всього 500 рублів, в той час як використання зарубіжного аналога обходиться в 200-500 доларів.

А в Інституті молекулярної біології РАН приступили до сертифікації биочипов, які виявлятимуть різновиди вірусу гепатиту С у пацієнта. Ринковий потенціал нової технології величезний. Адже за допомогою традиційних аналізів в кожному третьому випадку не вдається з'ясувати, до якого різновиду відноситься знайдений вірус. Тепер ця задача вирішена.

За допомогою ДНК-діагностики можна не тільки виявляти захворювання та схильність до них, а й коригувати повсякденну дієту. Наприклад - включати в неї незбиране молоко чи ні. Справа в тому, що у багатьох людей незбиране молоко викликає нудоту, пронос і загальне нездужання. Це відбувається через нестачу ферменту, що руйнує молочний цукор - лактозу. Через нього-то в організмі і виникають неприємності. А наявність ферменту обумовлено генетично. Згідно генетичним дослідженням, від третини до половини дорослих людей в нашій країні (в залежності від регіону) не здатні засвоювати незбиране молоко. Проте, шкільна дієта як і раніше наказує стакан молока в день кожній дитині. За допомогою ДНК-діагностикумів, розробленого в Інституті загальної генетики РАН, легко встановити, кому може бути рекомендовано незбиране молоко, а кому ні. На це націлений проект «Збереження здоров'я здорових людей», що реалізується РАН спільно з адміністрацією Тамбовської області.

генна терапія

Генетична діагностика будує фундамент для медицини майбутнього. Але медицина - це не тільки діагноз, це і лікування. Чи можемо ми виправляти дефектні гени в живому організмі або замінювати їх повноцінними в тих важких випадках, коли традиційне лікування безсило? Саме таке завдання ставить перед собою генна терапія.

Суть генної терапії на словах проста: необхідно або «відремонтувати» поламаний ген в клітках тих тканин і органів, де він не працює, або доставити в тіло хворого повноцінний ген, який ми вміємо синтезувати в пробірці. Сьогодні розроблено кілька методів введення нових генів в клітини. Це і доставка генів за допомогою знешкоджених вірусів, мікроін'єкції генетичного матеріалу в ядро \u200b\u200bклітини, обстрілювання клітин зі спеціальної гармати найдрібнішими частинками золота, які несуть на своїй поверхні здорові гени, і ін. Поки успіхів в області практичної генної терапії зовсім небагато. Однак є яскраві й дотепні знахідки, зроблені, в тому числі, в російських лабораторіях.

Одну з таких ідей, призначену для лікування раку, можна умовно назвати « троянський кінь». У ракові клітини вводять один з генів вірусу герпесу. До певної пори цей «троянський кінь" не виявляє себе. Але варто ввести в організм хворого ліки, широко використовується для лікування герпесу (ганцикловір), як ген починає працювати. В результаті в клітинах утворюється надзвичайно токсична речовина, що руйнує пухлину зсередини. Ще один варіант генної терапії раку - доставка в ракові клітини генів, які спровокують синтез так званих «суїцидних» білків, що призводять до «самогубства» ракових клітин.

Технологію доставки генів в ракові клітини розробляє великий колектив учених з Інституту біоорганічної хімії ім. М.М.Шемякіна і Ю.А.Овчіннікова РАН, Російського онкологічного наукового центру РАМН, Інституту молекулярної генетики РАН, Інституту біології гена РАН. Керує роботою академік Євген Свердлов. Основний упор в проекті зроблений на створення препаратів проти раку легенів (перше місце за смертністю) і раку стравоходу (сьоме місце). Однак створювані методики і конструкції знадобляться для боротьби з будь-яким виду раку, яких більше сотні. Після необхідних клінічних випробувань, якщо вони будуть успішні, препарати увійдуть в практику в 2012 році.

діагностика раку

Велика кількість наукових колективів в Росії і в світі працюють над проблемою раку. Це і зрозуміло: щорічно рак збирає трохи меншу смертельну жнива, ніж серцево-судинні захворювання. Завдання вчених - створити технології, що дозволяють виявляти рак на ранніх стадіях, і прицільно, без побічних ефектів для організму, знищувати ракові клітини. Рання і швидка діагностика, коли аналіз займає всього кілька годин, надзвичайно важлива і для традиційної терапії раку. Лікарі знають, що хворобу легше знищувати в зародку. Тому в діагностичних технологіях, що відповідають цим вимогам, потребують клініки всього світу. І тут на допомогу дослідникам приходять біотехнології.

Новий підхід до ранньої і швидкої діагностики раку вперше в світі запропонував Олександр Четверін з Інституту білка РАН. Суть методу - виявити в крові ті молекули мРНК, які знімають інформацію з відповідних ділянок геному і несуть команду на синтез ракових білків. Якщо такі молекули присутні в зразку крові пацієнта, то можна ставити діагноз: рак є. Однак проблема в тому, що саме цих молекул в зразку крові дуже мало, а інших - багато. Як знайти і розгледіти ті поодинокі екземпляри, які нам потрібні? Це завдання вирішив колектив вчених під керівництвом А.Четверіна.

Дослідники навчилися розмножувати шукані, але невидимі молекули-маркери ракових клітин за допомогою так званої полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР).

В результаті з однієї невидимою молекули виростають цілі молекулярні колонії, які вже можна розгледіти в мікроскоп. Якщо в зразку крові пацієнта (скажімо, в одному мілілітрі) міститься хоча б одна ракова клітина і одна молекула-маркер, то зароджується хвороба вдасться виявити.

Аналіз вдається зробити всього за кілька годин, а коштує він кілька тисяч рублів. Але якщо використовувати його в масовому порядку, наприклад, при щорічному профілактичному медогляді, то ціна може знизитися до 300-500 рублів.

лікування раку

В області лікування раку теж є кілька нових підходів, що спираються на біотехнології. Один з них - використання специфічних антитіл в якості протиракових засобів.

Антитіла - це білкові молекули, що виробляються клітинами імунної системи. По суті, це хімічна зброя, яке використовує наш організм в боротьбі з усякого роду вірусами, а також з переродилися клітинами власного організму - раковими. Якщо сама імунна система не справляється з раком, то їй можна допомогти.

Вчені з лабораторії молекулярної імунології (Інститут біоорганічної хімії РАН) під керівництвом член-кореспондента РАН Сергія Дєєва конструюють нове покоління антитіл, які розпізнають мішень і знищують її. В основу цього підходу покладено принцип так званої «магічної кулі», яка завжди і безпомилково знаходить свою жертву. Антитіла якнайкраще годяться на цю роль. Одна частина їх молекули служить «антеною», що наводить на ціль - поверхня ракової клітини. А до хвоста антитіла можна чіпляти різні вражаючі агенти - токсини, органічні молекули, Радіоактивні ізотопи. Вони володіють різним дією, але все в підсумку вбивають пухлину.

Ракові клітини можна знищити і майже природним шляхом. Досить запустити механізм запрограмованої загибелі клітин, свого роду самогубства, передбачений природою. Вчені називають його апоптозом. Механізм самогубства запускають внутрішньоклітинні ферменти, що руйнують білки усередині клітини і саму ДНК. На жаль, ракові клітини разюче живучі, тому що вміють придушувати свої суїцидальні «настрою». Проблема в тому, що цих ферментів в ракових клітинах дуже мало, тому і запустити апоптоз важко.

Однак вирішувана і ця проблема. Для запуску механізму самогубства сибірські вчені пропонують розкрити мембрани клітинних структур, наприклад, мітохондрій. Тоді клітка неминуче загине. У цьому великому проекті беруть участь Інститут біоорганічної хімії Сибірського відділення РАН, ГНЦ «Вектор» (сел. Кольцово), Муніципальна легенева хірургічна лікарня (Новосибірськ), НПФ «Медичні технології» (Курган), НДІ клінічної та експериментальної імунології РАМН (Новосибірськ). Спільними зусиллями дослідники підібрали речовини, які вміють розкривати мембрани клітинних структур, і розробили спосіб доставки цих речовин в ракову клітину.

вакцини

Використовувати наші знання про імунну систему тварин можна не тільки для лікування раку, але і будь-яких інфекційних захворювань. Імунітет проти більшості захворювань ми отримуємо «у спадок», проти інших ми отримуємо імунітет, перенісши хвороба, викликану новою інфекцією. Але імунітет можна і тренувати - наприклад, за допомогою вакцинації.

Ефективність вакцинації вперше була продемонстрована більше 200 років тому лікарем Едвардом Дженнером, який довів, що людина, яка перехворіла коров'ячою віспою, стає несприйнятливим до віспи натуральної. З тих пір багато хвороб взяті під контроль лікарів. З часів Пастера для вакцин використовують ослаблені або вбиті віруси. Але це накладає обмеження: немає гарантій, що у вакцині повністю відсутні активні вірусні частинки, робота з багатьма з них вимагає великої обережності, термін придатності вакцини залежить від умов зберігання.

Ці труднощі можна обійти, використовуючи методи генної інженерії. За допомогою них можна напрацьовувати окремі компоненти бактерій і вірусів, а потім вводити їх пацієнтам - захисний ефект буде не гірше, ніж при використанні звичайних вакцин. Першими, отриманими за допомогою генної інженерії, були вакцини для тварин - проти ящуру, сказу, дизентерії та інших хвороб тварин. Першою геноінженерний вакциною для людини стала вакцина проти гепатиту В.

Сьогодні для більшості інфекцій ми можемо зробити вакцини - класичні або генно-інженерні. Головна ж проблема пов'язана з чумою ХХ століття - СНІД. Вакцинація йому тільки на руку. Адже вона підстьобує імунітет, змушує організм виробляти більше імунних клітин. А вірус імунодефіциту людини (ВІЛ), що викликає СНІД, як раз в цих клітинах живе і розмножується. Іншими словами, ми надаємо йому ще більше можливостей - нові, здорові клітини імунної системи для зараження.

Дослідження з пошуку вакцин проти СНІДу мають довгу історію і грунтуються на відкритті, зробленому ще в 70-ті роки минулого століття майбутніми академіками Р.В.Петровим, В.А.Кабановим і Р.М.Хаітовим. Суть його полягає в тому, що поліелектроліти (заряджені полімерні молекули, розчинні у воді) взаємодіють з клітинами імунної системи і спонукають останні інтенсивно виробляти антитіла. А якщо до молекули поліелектролітів причепити, наприклад, один з білків, що складають оболонку вірусу, то буде включений імунну відповідь проти цього вірусу. Така вакцина за механізмом дії принципово відрізняється від усіх вакцин, які раніше створювали в світі.

Першим в світі і поки єдиним поліелектроліти, який дозволено вводити в організм людини, став полиоксидоний. Потім до полімеру «пришили» білки вірусу грипу. Вийшла вакцина "Грипол", якій на протязі вже майже 10 років вживають запобіжних засобів від вірусної інфекції мільйони людей в Росії.

За цією ж методикою сьогодні створюється і вакцина проти СНІДу. Білок, характерний для вірусу СНІДу, зв'язали з поліелектролітів. Отриману вакцину успішно перевірили на мишах і кроликах. За результатами доклінічних випробувань Інституту імунології РАН видано дозвіл на проведення клінічних випробувань за участю добровольців. Якщо все стадії перевірки препарату пройдуть успішно, його можна буде використовувати не тільки для профілактики ВІЛ-інфекцією, але і для лікування СНІДу.

Ліки, подаровані біотехнологіями

Ліки, як і раніше залишаються головним інструментом медичної практики. Однак можливості хімічної промисловості, що виробляє левову частку медичних препаратів, обмежені. Хімічний синтез багатьох речовин складний, а часто і неможливий, як, наприклад, синтез переважної більшості білків. І тут на допомогу приходять біотехнології.

Виробництво ліків з використанням мікроорганізмів має давню історію. Перший антибіотик - пеніцилін - виділили з цвілі в 1928 році, а його промислове виробництво почалося в 1940 році. Слідом за пеніциліном були відкриті і інші антибіотики і налагоджено їх масове виробництво.

Довгий час багато лікарських препаратів на основі білків людини вдавалося отримувати тільки в невеликих кількостях, їх виробництво обходилося дуже дорого. Генна інженерія дала надію на те, що спектр білкових препаратів і їх кількість різко зросте. І ці очікування виправдалися. Кілька десятків препаратів, отриманих біотехнологічним шляхом, вже увійшли в медичну практику. За підрахунками фахівців, щорічний обсяг світового ринку лікарських засобів на основі білків, створених генноінженерних шляхом, збільшується на 15% і до 2010 року складе 18 млрд. Доларів.

Найбільш яскравий приклад робіт наших біотехнологів в цій області -генноінженерний інсулін людини, який виробляють в Інституті біоорганічної хімії ім. М.М.Шемякіна і Ю.А.Овчіннікова РАН. Інсулін, тобто гормон білкової структури, регулює розкладання цукру в нашому організмі. Його можна отримати з тварин. Колись так і надходили. Але навіть інсулін з підшлункової залози свиней - біохімічно найбільш близьких нам тварин - все ж трохи відрізняється від людського.

Активність його в організмі людини нижче, ніж активність людського інсуліну. Крім того, наша імунна система не терпить чужорідних білків і всіма силами відкидає їх. Тому введений свинячий інсулін може зникнути раніше, ніж встигне надати лікувальну дію. Проблему вирішила генно-інженерна технологія, по якій сьогодні виробляють людський інсулін, в тому числі і в Росії.

Крім генноїнженерного інсуліну людини в Інституті біоорганічної хімії ім. М.М.Шемякіна і Ю.А.Овчіннікова РАН ИБХ РАН спільно з гематологічними науковим центром РАМН створили технологію виробництва білків для боротьби з масивними кровопотерями. Людський сироватковий альбумін і фактор згортання крові - відмінні засоби «швидкої допомоги» і реанімації, затребувані медициною катастроф.

Генетично модифіковані рослини

Наші знання в області генетики, поповнювалися з кожним днем, дозволили нам створювати не тільки генетичні тести для діагностики хвороб і світяться білки, вакцини і ліки, а й нові організми. Сьогодні навряд чи знайдеться людина, яка не чула про генетично модифікованих, або трансгенних, організмах (ГМО). Це рослини або тварини, до складу ДНК яких введені ззовні гени, які надають цим організмам нові, корисні, з точки зору людини, властивості.

Армія ГМО велика. В її рядах - і корисні мікроби, які працюють на біотехнологічних фабриках і виробляють для нас безліч корисних речовин, і сільськогосподарські культури з покращеними властивостями, і ссавці, що дають більше м'яса, більше молока.

Одне з наймасовіших підрозділів ГМО - це, звичайно, рослини. Адже споконвіку вони служать їжею людині, кормом тваринам. З рослин ми отримуємо волокна для будівництва, речовини для ліків і парфумерії, сировина для хімічної промисловості та енергетики, вогонь і тепло.

Ми як і раніше покращуємо якості рослин і виводимо нові сорти за допомогою селекції. Але цей копіткий і трудомісткий процес вимагає багато часу. Генна інженерія, яка дозволила нам вставляти в геном рослин корисні гени, підняла селекцію на принципово новий рівень.

Найпершим трансгенним рослиною, створеним чверть століття назад, став тютюн, а нині в світі в промисловому масштабі використовують 160 трансгенних культур. Серед них кукурудза і соя, рис і рапс, бавовна і льон, томати і гарбуз, тютюн і буряк, картопля і гвоздика та інші.

У Центрі «Біоінженерія» РАН, яким керує академік К.Г.Скрябін. спільно з білоруськими колегами створили першу вітчизняну генетично модифіковану культуру - сорт картоплі «Єлизавета», стійкої до колорадського жука.

Перші генетично модифіковані культури, отримані на початку 1980-х років, були стійкі до гербіцидів і комах. Сьогодні ж за допомогою генної інженерії ми отримуємо сорти, що містять більше поживних речовин, стійкі до бактерій і вірусів, до посухи і холоду. У 1994 році вперше був створений сорт томатів, не схильних до гниття. Цей сорт з'явився на ринках генетично модифікованих продуктів вже через два роки. Широку популярність здобув ще один трансгенний продукт - «Золотий рис» (Golden rice). У ньому, на відміну від звичайного рису, утворюється бета-каротин - попередник вітаміну А, абсолютно необхідний для росту організму. Золотий рис частково вирішує проблему повноцінного харчування жителів тих країн, де рис як і раніше залишається основною стравою в раціоні. А це, як мінімум, два мільярди людей.

Поживність і врожайність - не єдині цілі, які переслідують генні інженери. Можна створити такі сорти рослин, які будуть містити в своєму листі і плодах вакцини і ліки. Це дуже цінно і зручно: вакцини з трансгенних рослин не можуть бути забруднені небезпечними вірусами тварин, а самі рослини легко вирощувати у великій кількості. І, нарешті, на основі рослин можна створити «їстівні» вакцини, коли для вакцинації досить з'їсти кілька будь-якого трансгенного фрукта або овоча, наприклад, картоплі або банана. Наприклад - морквину, яка містить речовини, які беруть участь у формуванні імунної відповіді організму. Такі рослини спільно створюють вчені двох провідних біологічних інститутів Сибіру: Інституту цитології і генетики Сибірського відділення РАН та Інституту хімічної біології і фундаментальної медицини СО РАН.

Не можна не сказати, що суспільство насторожено ставиться до генетично модифікованих рослин (ГМР). Та й у самому науковому співтоваристві триває дискусія про можливу потенційну небезпеку ГМР. Тому в усьому світі йдуть дослідження, що дозволяють оцінити ризики, пов'язані із застосуванням ГМР - харчові, агротехнічні, екологічні. Поки Всесвітня організація охорони здоров'я констатує наступне: «Досвід, накопичений за 10 років комерційного використання ГМ-культур, аналіз результатів спеціальних досліджень показують: до теперішнього часу в світі не існує жодного доведеного випадку токсичності або несприятливого впливу зареєстрованих ГМ-культур як джерел їжі або кормів ».

З 1996 року, коли почалося комерційне обробіток ГМР, до 2007 року загальна площа, Засівали трансгенними рослинами, зросла з 1,7 млн. До 114 млн. Га, що становить близько 9% всіх орних площ в світі. Причому 99% цієї площі займають п'ять культур: соя, бавовна, рис, кукурудза та ріпак. У загальному обсязі їх виробництва генетично модифіковані сорти становлять понад 25%. Абсолютним лідером в області використання ГМР є США, в яких вже в 2002 році 75% бавовни та сої були трансгенними. В Аргентині частка трансгенної сої становила 99%, в Канаді так вироблялося 65% ріпаку, а в Китаї - 51% бавовни. Обробітком ГМР в 2007 році були зайняті 12 мільйонів фермерів, з яких 90% проживає в країнах, що розвиваються. У Росії промислове вирощування ГМР заборонено законом.

Генетично модифіковані тварини

Аналогічну стратегію використовують генні інженери і для виведення нових порід тварин. В цьому випадку ген, відповідальний за прояв будь-якого цінного ознаки, вводять в запліднену яйцеклітину, з якої далі розвивається новий організм. Скажімо, якщо набір генів тварини доповнити геном гормону, що стимулює зростання, то такі тварини будуть рости швидше при меншій кількості споживаної їжі. На виході - більше дешевого м'яса.

Тварина може бути джерелом не тільки м'яса і молока, але лікарських речовин, Що містяться в цьому молоці. Наприклад, найцінніших людських білків. Про деякі з них ми вже розповідали. Тепер цей список може доповнити лактоферрин - білок, що захищає новонароджених дітей від небезпечних мікроорганізмів до тих пір, поки не запрацює їх власний імунітет.

Організм жінки виробляє цю речовину з першими порціями грудного молока. На жаль, молоко є не у всіх матерів, тому людський лактоферин необхідно додавати в суміші для штучного вигодовування, щоб зберегти здоров'я новонароджених. Якщо захисного білка в харчуванні досить, то смертність немовлят-на штучному вигодовуванні від різних шлунково-кишкових інфекцій може бути знижена в десять разів. Цей білок затребуваний не тільки в індустрії дитячого харчування, а й, наприклад, в косметичній промисловості.

Технологію виробництва козячого молока з людським лактоферрином розробляють в Інституті біології гена РАН та Науково-практичному центрі Національної академії наук Білорусії з тваринництва. У цьому році на світ з'явилися два перших трансгенних козеняти. На створення кожного з них було витрачено за кілька років досліджень по 25 мільйонів рублів. Залишається почекати, коли вони підростуть, розмножаться і почнуть давати молоко з цінних людським білком.

клітинна інженерія

Є ще одна приваблива область біотехнологій - клітинні технології. В організмі людини живуть і працюють фантастичні за своїми здібностями клітини - стовбурові. Вони приходять на зміну померлим клітинам (скажімо, еритроцит, червона кров'яна клітина крові, живе всього 100 днів), вони заліковують наші переломи і рани, відновлюють пошкоджені тканини.

Існування стовбурових клітин передбачив російський гематолог з Санкт-Петербурга Олександр Максимов ще в 1909 році. Через кілька десятків років його теоретичне припущення було підтверджено експериментально: стовбурові клітини виявили та виділили. Але справжній бум почався в кінці ХХ століття, коли прогрес в області експериментальних технологій дозволив розглядати потенціал цих клітин.

Поки успіхи в медицині, пов'язані із застосуванням стовбурових клітин, більш ніж скромні. Ми вміємо ці клітини виділяти, зберігати, розмножувати, експериментувати з ними. Але поки що до кінця не розуміємо механізм їх чарівних трансформацій, коли безлика стовбурова клітина перетворюється в клітину крові або м'язової тканини. Ми ще не пізнали до кінця хімічний мову, на якому стовбурова клітина отримує наказ до трансформації. Це незнання породжує ризики від застосування стовбурових клітин і стримує їх активне впровадження в медичну практику. Проте, успіхи є - в області лікування не загоюються переломів у літніх людей, а також при відновному лікуванні після інфарктів та операцій на серці.

У Росії розроблений метод лікування опіку сітківки шляхом за допомогою стовбурових клітин мозку людини. Якщо ці клітини внести в око, то вони будуть активно переміщатися в область опіку, розташовуватися в зовнішніх і внутрішніх шарах пошкодженої сітківки і стимулювати загоєння опіку. Метод розробила дослідницька група вчених з Московського НДІ очних хвороб ім. Г.Гельмгольца МОЗ РФ, Інституту біології розвитку ім. Н.К.Кольцова РАН, Інституту біології гена РАН і Наукового центру акушерства, гінекології та перинатології РАМН.

Поки ми перебуваємо на етапі накопичення знань про стовбурові клітини. Зусилля вчених зосереджені на дослідженнях, на створенні інфраструктури, зокрема - банків стовбурових клітин, першим з яких в Росії став «Гемабанк». Вирощування органів, лікування розсіяного склерозу і нейродегенеративних захворювань - це майбутнє, хоча і не настільки віддалене.

біоінформатика

Кількість знань, інформації наростає як снігова куля. Пізнаючи принципи функціонування живих систем, ми усвідомлюємо неймовірну складність пристрою живої матерії, в якій найрізноманітніші біохімічні реакції химерно переплетені один з одним, і утворюють заплутані мережі. Розплести цю «павутину» життя можливо, лише використовуючи сучасні математичні методи для моделювання процесів в живих системах.

Ось чому на стику біології та математики зародився новий напрямок - біоінформатика, без якої робота біотехнологів вже немислима. Велика частина біо-інформаційних методів, звичайно ж, працює на медицину, а саме - на пошук нових лікарських сполук. Їх можна шукати, виходячи з знання структури молекули, яка відповідальна за розвиток тієї чи іншої хвороби. Якщо таку молекулу заблокувати будь-яким речовиною, підібраним з високою точністю, то перебіг хвороби можна зупинити. Біоінформатика дозволяє виявити блокує молекулу, придатну для клінічного застосування. Якщо ми знаємо мішень, скажімо, структуру «хвороботворного» білка, то за допомогою комп'ютерних програм можемо змоделювати хімічну структуру ліки. Такий підхід дозволяє значно заощадити час і ресурси, які йдуть на перебір і тестування десятків тисяч хімічних сполук.

У числі лідерів створення ліків за допомогою біоінформатики в Росії - компанія «ХімРар». У пошуках потенційних протиракових препаратів вона займається, зокрема, скринінгом багатьох тисяч хімічних сполук. У число найсильніших російських наукових центрів, що займаються біоінформатики, також входить Інститут цитології і генетики Сибірського відділення РАН. Починаючи з 60-х років ХХ століття в Новосибірському Академмістечку складалася унікальна наукова школа, яка об'єднала біологів і математиків. Основний напрямок робіт новосибірських біоінформатики - аналіз взаємодії білків усередині клітин і пошук потенційних молекулярних мішеней для нових лікарських засобів.

Щоб зрозуміти механізм розвитку тієї чи іншої хвороби, важливо знати, які гени з тисяч працюючих в хворий клітці дійсно відповідальні за недуга. Ця зовсім не легке завдання ускладнюється тим, що гени, як правило, працюють не поодинці, а тільки в сукупності з іншими генами. Але як врахувати внесок в конкретну хворобу інших генів? І тут біоінформатика приходить на допомогу медикам. Використовуючи математичні алгоритми, можна побудувати карту, на якій перетинами шляхів показати взаємодії генів. Такі карти виявляють кластери генів, які працюють в хворий клітці на різних стадіях хвороби. Ця інформація є надзвичайно важливою, наприклад, для вибору стратегії лікування раку в залежності від стадії хвороби.

промислові біотехнології

Людина використовував біотехнології з незапам'ятних часів. Люди робили сир з молока, квасили капусту на зиму, готували звеселяючий напої з усього, що зброджують. Все це класичні мікробіологічні процеси, в яких головна рушійна сила - мікроорганізм, найдрібніша жива система.

Сьогодні спектр завдань, що вирішуються біотехнологіями, неймовірно розширився. Ми вже розповіли про генетичну діагностику хвороб, нових вакцинах і ліках, отриманих за допомогою біотехнологій, генетично модифіковані організми. Однак життя підкидає і інші завдання. Гігантські хімічні виробництва, на яких ми отримуємо речовини, необхідні для конструювання комфортного середовища проживання (волокна, пластики, будівельні матеріали і багато іншого) сьогодні вже не здаються такими привабливими, як 60 років тому. Вони пожирають багато енергії і ресурсів (високий тиск, температура, каталізатори з дорогоцінних металів), вони забруднюють навколишнє середовище і займають дорогоцінні землі. Можуть біотехнологи тут запропонувати заміну?

Так, можуть. Наприклад, генетично змінені мікроорганізми, які працюють ефективними каталізаторами промислових хімічних процесів. Такі біокаталізатори створені у ВНДІ генетики та селекції мікроорганізмів, наприклад, для небезпечної та брудної стадії отримання токсичної речовини акріаламіда. З нього роблять полімер полиакриламид, використовуваний і в водоочищення, і у виробництві памперсів, і для виготовлення крейдованого паперу, і для багатьох інших цілей. Биокатализатор дозволяє виробляти хімічну реакцію отримання мономера при кімнатній температурі, без використання агресивних реагентів і високого тиску.

До промислового використання в Росії биокатализатор доведений зусиллями наукового колективу ЗАТ «Біоамід» (Саратов) під керівництвом Сергія Вороніна. Цей же колектив розробив біотехнологію отримання аспарагінової кислоти і створив імпортозамінних кардіологічний препарат «Аспаркам L». Препарат вже вийшов на ринок в Росії і Білорусії. Російський препарат не тільки дешевші за імпортні аналоги, але і, за оцінками лікарів, більш ефективний. Справа в тому, що «Аспаркам L» містить тільки один оптичний ізомер кислоти, той, який і має терапевтичний ефектів. А західний аналог, панангін, заснований на суміші двох оптичних ізомерів, L і D, другий з яких просто служить баластом. Знахідка колективу «Біоаміда» в тому і полягає, що вони зуміли розділити ці два важко відокремлюваних ізомери і поставити процес на промислову основу.

Можливо, що в майбутньому гігантські хімічні комбінати взагалі зникнуть, а замість них залишаться маленькі безпечні цеху, що не шкодять навколишньому середовищу, де будуть працювати мікроорганізми, виробляючи всі необхідні напівпродукти для різних галузей промисловості. До того ж маленькі зелені фабрики, будь то мікроорганізми або рослини, дозволяють отримувати нам корисні речовини, які в хімічному реакторі не зробиш. Наприклад, білок павутинного шовку. Каркасні нитки ловчих мереж, які плете павук для своїх жертв, в кілька разів міцніший за сталь на розрив. Здавалося б, посади павуків в цеху і тягни з них білкові нитки. Але павуки в одній банці не живуть - з'їдять один одного.

Красиве рішення знайшов колектив вчених під керівництвом доктора біологічних наук Володимира Богуша (ДержНДІ генетики та селекції мікроорганізмів) і доктора біологічних наук Елеонори Пірузян (Інститут загальної генетики РАН). Спочатку з генома павука виділили гени, відповідальні за синтез білка павутинного шовку. Потім ці гени вбудували в клітини дріжджів і тютюну. І ті, і інші стали виробляти потрібний нам білок. В результаті створена основа для технології виробництва унікального і майже природного конструкційний матеріал, легкого і надзвичайно міцного, з якого можна робити, канати, бронежилети і багато іншого.

Є й інші проблеми. Наприклад, гігантська кількість відходів. Біотехнології дозволяють нам перетворювати відходи в доходи. Побічні продукти діяльності сільського господарства, лісової і харчової промисловості можна перетворювати в метан, біогаз, придатний для опалення та отримання енергії. А можна - в метанол і етанол, основні компоненти біопалива.

Промисловими додатками біотехнологій активно займаються на Хімічному факультеті МДУ ім. М.В.Ломоносова. У його складі працюють кілька лабораторій, зайняті різними проектами - від створення промислових біосенсорів до отримання ферментів для тонкого органічного синтезу, від технологій утилізації промислових відходів до розробки методів отримання біопалива.

Наука, бізнес, держава

Досягнуті успіхи - це результат об'єднаних зусиль біологів, хіміків, медиків та інших фахівців, що працюють в просторі живих систем. Взаємозв'язок різних дисциплін виявилася плідною. Звичайно, біотехнології - не панацея для вирішення глобальних проблем, А інструмент, який обіцяє великі перспективи при правильному його використанні.

Сьогодні загальний обсяг біотехнологічного ринку в світі становить 8 трлн. доларів. Біотехнології лідирують також за обсягами фінансування науково-дослідних розробок: тільки в США державні структури і приватні компанії витрачають щорічно на ці цілі понад 30 мільярдів доларів.

Інвестиції в науку і техніку в кінцевому рахунку принесуть економічні плоди. Але біотехнології не зможуть самі по собі вирішити складні медичні або продовольчі проблеми. Повинна бути створена сприятлива інфраструктура охорони здоров'я та структура промисловості, що гарантує доступ до нових діагностичних методик, вакцин та ліків, рослинам з покращеними властивостями. Тут також надзвичайно важлива ефективна система комунікації між наукою і бізнесом. Нарешті, абсолютно необхідна умова побудови ефективного інноваційного сектора економіки - взаємодія наукових і комерційних структур з державою.

Довідка STRF.ru
У 2008 році на формування тематики за напрямом «Живі системи» подано 939 заявки (для порівняння: всього за програмою - 3180),
- на конкурс подано 396 заявок (всього 1597),
- проведено 179 конкурсів (всього 731)
- участь в конкурсах взяли організації 23 відомств (всього 36), з них перемогли 17
- укладені 179 контрактів (всего731)
- тривають до теперішнього часу 120 контрактів (всього 630)
- заявки на формування тематики по живим системам надіслали 346 організації (всього 842)
- в якості головних заявки на конкурс надіслали 254 організації (всього 806)
- в якості співвиконавців заявки на конкурс надіслали 190 організації (всього 636)
- середній конкурс по лотах напрямки 2,212 (в середньому за програмою - 2,185)
- бюджет контрактів на 2008 рік склав 1041,2 млн. Руб. (21,74% від бюджету всієї програми)

Динаміка зростання та розподілу фінансування у напрямку живі системи в рамках Федеральної цільової науково-технічної програми 2002-2006 років і Федеральної цільової програми 2007-2012 років:
2005 рік - 303 контракту, 1168,7 млн.руб. (100%)
2006 рік - 289 контрактів, 1227,0 млн.руб. (105%)
2007 рік - 284 контракту, 2657,9 млн.руб. (227%)
2008 рік - 299 контрактів, 3242,6 млн.руб. (277%)

Науки виникають не самі по собі, не тому, що їх хтось вигадує просто «з інтересу». Будь-яка наука з'являється в результаті необхідності вирішення людством тих чи інших завдань, які постали в процесі його розвитку. Біологія не виняток, вона теж виникла в зв'язку з рішенням дуже важливих для людей проблем. Однією з них завжди було більш глибоке розуміння процесів в живій природі, пов'язаних з отриманням харчових продуктів, т. Е. Знання особливостей життя рослин і тварин, їх змін під впливом людини, способів отримання надійного і все більш багатого врожаю. Вирішення цієї проблеми - одна з фундаментальних причин розвитку біології.

Інша, не менш важлива «пружина» - це вивчення біологічних особливостей людини. Людина - продукт розвитку живої природи. Всі процеси нашої життєдіяльності подібні до тих, які відбуваються в природі. І тому тільки глибоке розуміння біологічних процесів служить науковим фундаментом медицини. Поява свідомості, що означає гігантський крок вперед у самопізнанні матерії, теж не може бути зрозуміле без глибоких досліджень живої природи принаймні в двох напрямках - виникнення і розвиток мозку як органу мислення (досі загадка мислення залишається невирішеною) і виникнення соціальності, громадського способу життя.

Збільшення виробництва продуктів харчування і розвиток медицини - важливі, але не єдині проблеми, що визначали розвиток біології як науки протягом тисячоліть. Жива природа є джерелом багатьох необхідних для людства матеріалів і продуктів. Потрібно знати їх властивості, щоб правильно використовувати, знати, де шукати їх в природі, як отримувати. Багато в чому вихідним джерелом таких знань виявляється біологія. Але й цим не вичерпується значення біологічних наук.

У XX ст. населення Землі настільки зросла, що розвиток людського суспільства стало визначальним фактором розвитку біосфери Землі. До теперішнього часу з'ясувалося, що жива природа не тільки джерело їжі і безлічі необхідних продуктів і матеріалів, але і необхідна умова існування самого людства. Наші зв'язки з нею виявилися набагато більш тісними і життєво необхідними, ніж це вважали ще на початку XX ст.

Наприклад, повітря здавався таким же невичерпним і постійним ресурсом природи, як, скажімо, сонячне світло. Насправді це не так. той якісний склад атмосфери, до якого ми звикли, з його 20,95% кисню і 0,03% вуглекислого газу - похідне діяльності живих істот: дихання і фотосинтезу рослин, окислення відмерлого органічної речовини. Кисень повітря виникає тільки в результаті життєдіяльності рослин. Головні фабрики кисню на Землі - тропічні ліси й океанські водорості. Але вже сьогодні, як показують спостереження, кількість вуглекислого газу в атмосфері Землі постійно зростає в результаті звільнення величезної кількості вуглецю при згорянні нафти, газу, вугілля, деревини, а також інших антропогенних процесів. З 1958 по 1980 р кількість вуглекислого газу в атмосфері Землі збільшилася на 4%. До кінця століття зміст його може зрости більш ніж на 10%. У 70-і рр. XX ст. кількість кисню, який надійшов в атмосферу в результаті життєдіяльності рослин, оцінювали в т / рік, а щорічне споживання людством - в т / рік. Це означає, що ми живемо вже за рахунок запасів кисню, накопичених в минулому, протягом мільйонів років еволюції живих істот на планеті.

Та вода, яку ми п'ємо, точніше - чистота цієї води, її якість теж визначається в першу чергу живою природою. Наші очисні споруди лише завершують той величезний процес, який незримо для нас відбувається в природі: вода в грунті або водоймі багаторазово проходить через тіла міріад безхребетних, фільтрується ними і, звільняючись від органічних і неорганічних домішок, стає такою, якою ми її знаємо в річках, озерах і ключах.

Таким чином, якісний склад і повітря, і води на Землі залежить від життєдіяльності живих організмів. Слід додати, що і родючість грунту - основа врожаю - результат життєдіяльності живуть у грунті живих організмів: величезного числа бактерій, безхребетних, водоростей.

Людство не може існувати без живої природи. Звідси життєво важлива для нас необхідність зберегти її в «робочому стані».

На жаль, це не так просто зробити. В результаті освоєння людиною всієї поверхні планети, розвитку сільського господарства, промисловості, вирубки лісів, забруднення материків і океанів все більше число видів рослин, грибів, тварин зникає з лиця Землі. Зниклий вид відновити неможливо. Він є продуктом мільйонів років еволюції і має унікальний генофондом - тільки йому властивим кодом спадкової інформації, що визначає неповторність властивостей кожного виду. За деякими підрахунками, на початку 80- [рр. в світі щоденно знищувалося в середньому по одному виду тварин, до 2000 р цей темп може збільшитися до одного виду в годину. У нашій країні один вид хребетних тварин зникає в середньому за 3,5 року. Як змінити цю тенденцію і повернутися на еволюційно виправданий шлях постійного збільшення загальної «суми життя», а не її зменшення? Ця проблема стосується всього людства, але вирішити її без роботи біологів неможливо.

Образно кажучи, сучасна біологія являє собою величезну, багатоповерховий будинок, що містить тисячі «кімнат» - напрямків, дисциплін, цілих самостійних наук. Одне їх перерахування може зайняти десятки сторінок.

У будівлі біології виділяються як би чотири головних «поверху», відповідні фундаментальним рівнями організації живої матерії. Перший «поверх» молекулярно-генетичний. Об'єктом вивчення живого виявляються тут одиниці спадкової інформації (гени), їх зміни - мутації і сам процес передачі спадкової інформації. Другий «поверх» онтогенетический, або рівень індивідуального розвитку. Події на цьому «поверсі» поки найменш вивчені в біології. Тут відбувається таємничий процес, який визначає появу в потрібному місці, в потрібний час того, що і повинно з'явитися в ході нормального розвитку кожної особини - ноги або ока у тварини, листа або кори у рослини. Наступний «поверх» - популяційно-видовий рівень. Елементарні одиниці на цьому рівні - популяції, т. Е. Порівняно невеликі, довгостроково існуючі групи особин одного виду, всередині яких відбувається обмін спадковою інформацією. Елементарні явища тут - незворотні зміни генотипического складу популяцій і в кінцевому підсумку виникнення різних пристосувань (адаптацій) і нових видів. На останньому, четвертому «поверсі» протікають процеси в екологічних системах різного масштабу - складних спільнотах багатьох видів, аж до біосферних процесів в цілому. Елементарні структури цих співтовариств - біогеоценози, а елементарні явища - перехід біогеоценозу з одного стану динамічної рівноваги в інше, що і веде врешті-решт до зміни всієї біосфери в цілому. На кожному рівні діють свої власні закономірності, але події, що відбуваються на кожному з них, тісно пов'язані з подіями на інших рівнях.

В останні десятиліття кілька висунулася вперед молекулярна біологія (за кількістю зайнятих у цій галузі вчених, за коштами, які відпускаються в різних державах на розвиток саме цього напрямку досліджень). Отримано чудові результати, починаючи від суто теоретичних (розшифровка генетичного коду і синтез перших штучних генів) до практичних (наприклад, розвиток генної інженерії). Зараз починає швидко розвиватися популяционная біологія, яка дозволить успішно вирішити багато сучасних проблеми, пов'язані зі збільшенням виробництва продуктів харчування, необхідних для чисельно зростаючого людства, збереження швидко зникаючих видів живих організмів, ряд проблем, пов'язаних з грандіозним завданням переходу до управління еволюційним розвитком все більшого і більшого числа видів. Не за горами і інтенсивний розвиток біосферного «поверху» досліджень.

Не треба думати, що біологами в класичних областях - зоології, ботаніки, морфології, фізіології, систематики та інших - вже все зроблено. Роботи тут ще дуже багато. Чи знаєте ви, що науково описано (наведені точні описи і дано наукову назву) менше половини населяють нашу планету організмів - всього близько 4,5 млн. Видів, а за деякими розрахунками, не більше третини або навіть чверті їх? Навіть в нашій країні, розташованій в основному в помірній кліматичній зоні, яка не вирізняється різноманіттям органічних форм, вчені відкривають щороку десятки нових видів (в основному безхребетних).

А хіба не цікаві дослідження палеонтологів, які по розрізненим залишкам викопних організмів відтворюють образ давно вимерлих тварин, реконструюють природу минулих епох, з'ясовують шляху розвитку органічного світу?

І тут дослідників чекають цікаві знахідки. Яким сенсаційним, наприклад, стало відкриття найдавніших доядерних копалин в породах віку більше 3 млрд. Років! Це означає, що вже тоді існувало життя на Землі. Не менш цікава і сповнена відкриттів робота генетиків, зоологів, ботаніків, біохіміків, фізіологів і ін.

Нас, людей, на Землі стає все більше і більше, і ми хочемо жити все краще. Тому для розвитку суспільства потрібно все більше сировини, різноманітних продуктів. Звідси виникає грандіозне завдання інтенсифікації всього народного господарства, В тому числі і тих його галузей, які пов'язані з біологією, перш за все сільського господарства, лісового і мисливсько-промислового, рибного. Але не тільки цих галузей. У нашій країні створена і успішно розвивається, наприклад, мікробіологічна промисловість - величезна галузь народного господарства, що дає харчові та кормові (для худоби і птиці, що розводяться риб і ін.) Продукти, новітні ліки і медичні препарати і навіть допомагає здобувати глибоко в надрах Землі різні корисні копалини. Вийшла на старт і вже приносить перші плоди ще одна біологічна галузь народного господарства - біотехнологія, заснована на використанні відкритих фізико-хімічної (молекулярної) біологією процесів і структур для створення необхідних людству речовин і продуктів. Про розвиток найважливіших напрямків біологічних наук, розширенні їх практичного зв'язку з медициною і сільським господарством йдеться в «Основних напрямах економічного і соціального розвитку СРСР на 1986-1990 роки і на період до 2000 року», прийнятих XXVII з'їздом КПРС.

Інтенсифікація означає і жорстку економію природних ресурсів, Їх збереження в інтересах суспільства, що розвивається. чудовим властивістю живих природних ресурсів виявляється їх возобновляемость, здатність до відновлення в результаті розмноження живих організмів. Тому при інтенсифікації використання живих природних ресурсів можна і потрібно домагатися того, щоб вони служили нам необмежено довгий час. Це може бути зроблено при організації справжнього господарського, економного використання і підтримки живих сил природи. Рішенням цих проблем займаються багато вчених. Усім цим питанням дуже велику увагу приділяють партія і уряд. У Програмі КПРС (нова редакція) записано: «Партія вважає за необхідне посилювати контроль за природокористуванням, ширше розгорнути екологічне виховання населення».

Коли виник задум створення цієї книги, одним з основних завдань, поставлених перед колективом авторів, було розповісти про важливі та цікаві рисах сучасної біології, про те, чого вже вдалося досягти в різних її областях і які невирішені проблеми стоять перед біологами. Ми хотіли, не повторюючи підручника, але спираючись на знання, які дає шкільна програма з біології, показати, над чим працюють біологи в лабораторіях і експедиціях. У словнику також чимало нарисів про видатних біологів нашої країни та інших країн. Саме завдяки роботі наших попередників в науці ми володіємо сьогоднішніми знаннями.

Кілька слів про те, як треба читати цю книгу. У тексті ви часто зустрінете слова, виділені курсивом. Це означає, що в словнику про це поняття є спеціальна стаття. Орієнтуватися в змісті словника вам допоможе алфавітний покажчик, поміщений в кінці книги. Обов'язково загляньте і в список літератури, рекомендованої для читання.

Сподіваємося, що «Енциклопедичний словник юного біолога» допоможе вам дізнатися чимало нового і цікавого про живу природу, знайти відповіді на ваші запитання, пробудить і розвине інтерес до чудової науці про живе - біології.