Фізикам вже понад сто років відомо про квантові ефекти, наприклад, здатність квантів зникати в одному місці і з'являтися в іншому, або ж перебувати у двох місцях одночасно. Проте разючі властивості квантової механіки застосовні у фізиці, а й у біології.

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

3. Екзометеорологія

Юпітер

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

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

4. Нутригеноміка

Нутригеноміка – це вивчення складних взаємозв'язків між їжею та експресією геному. Вчені, що працюють у цій галузі, прагнуть розуміння ролі генетичних варіацій та дієтичних реакцій на те, як саме поживні речовини впливають на геном.

Їжа справді має величезний вплив на здоров'я - і починається все в буквальному значенні на молекулярному рівні. Нутригеноміка 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 до нашого унікального набору генів.

5. Кліодинаміка

Кліодинаміка - це дисципліна, що поєднує у собі історичну макросоціологію, економічну історію (кліометрику), математичне моделювання довгострокових соціальних процесів, а також систематизацію та аналіз історичних даних.

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

6. Синтетична біологія

Синтетична біологія - це проектування та будівництво нових біологічних елементів, пристроїв та систем. Вона також включає модернізацію існуючих біологічних систем для нескінченної кількості корисних застосувань.

Крейг Вентер, один із провідних фахівців у цій галузі, заявив у 2008-му році, що він відтворив увесь геном бактерії шляхом склеювання її хімічних компонентів. Через два роки його команда створила «синтетичне життя» - молекули ДНК, створені за допомогою цифрового коду, а потім надруковані на 3D-принтері та впроваджені в живу бактерію.

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

7. Рекомбінантна меметика

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

Подібно до рекомбінантної ДНК, де різні генетичні послідовності збираються разом, щоб створити щось нове, рекомбінантна меметика вивчає, яким чином - ідеї, що передаються від людини до людини - можуть бути скориговані та об'єднані з іншими мемами та мемеплексами - усталеними комплексами взаємопов'язаних мемов. Це може бути корисним у «соціально-терапевтичних» цілях, наприклад, боротьби з поширенням радикальних та екстремістських ідеологій.

8. Обчислювальна соціологія

Як і кліодинаміка, обчислювальна соціологія займається вивченням соціальних явищ та тенденцій. Центральне місце у цій дисципліні займає використання комп'ютерів та пов'язаних з ними технологій обробки інформації. Звичайно, ця дисципліна набула розвитку лише з появою комп'ютерів та повсюдним поширенням інтернету.

Особлива увага в цій дисципліні приділяється величезним потокам інформації з нашого повсякденного життя, наприклад, листам електронною поштою, телефонним дзвінкам, постам у соціальних мережах, покупкам за кредитною карткою, запитам у пошукових системах і так далі. Прикладами робіт може бути дослідження структури соціальних мереж і того, як через них поширюється інформація, або як в інтернеті виникають інтимні відносини.

9. Когнітивна економіка

Як правило, економіка не пов'язана з традиційними науковими дисциплінами, але це може змінитися через тісну взаємодію всіх наукових галузей. Цю дисципліну часто плутають із поведінковою економікою (вивченням нашої поведінки у тих економічних рішень). Когнітивна економіка - це наука про те, як ми думаємо. Лі Колдуелл, автор блогу про цю дисципліну, пише про неї:

«Когнітивна (або фінансова) економіка… звертає увагу на те, що насправді відбувається в розумі людини, коли вона робить вибір. Що являє собою внутрішня структура прийняття рішення, що на це впливає, яку інформацію в цей момент сприймає розум і як вона обробляється, які у людини внутрішні форми переваги і, зрештою, як ці процеси знаходять відображення в поведінці?».

Іншими словами, вчені починають свої дослідження на нижчому, спрощеному рівні, і формують мікромоделі принципів прийняття рішень на розробку моделі масштабного економічного поведінки. Часто ця наукова дисципліна взаємодіє із суміжними областями, наприклад, обчислювальною економікою чи когнітивною наукою.

10. Пластикова електроніка

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

Правду кажучи, це не така вже й нова галузь науки, перші розробки були зроблені ще в 1970-х роках. Проте звести всі напрацьовані дані воєдино вийшло лише нещодавно, зокрема за рахунок нанотехнологічної революції. Завдяки органічній електроніці у нас скоро можуть з'явитися органічні сонячні батареї, моноорганії, що самоорганізуються, в електронних пристроях і органічні протези, які в перспективі зможуть замінити людині пошкоджені кінцівки: у майбутньому так звані кіборги, цілком можливо, будуть складатися більшою мірою з органіки, ніж із синтетичних. частин.

11. Обчислювальна біологія

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

«У міру розвитку біологічного приладобудування та легкого доступу до обчислювальних потужностей, біології як такої доводиться оперувати все більшою кількістю даних, а швидкість знань, що отримуються, при цьому тільки зростає. Таким чином, осмислення даних тепер потребує обчислювального підходу. У той самий час, з погляду фізиків і математиків, біологія доросла до рівня, коли теоретичні моделі біологічних механізмів можна перевірити експериментально. І це призвело до розвитку обчислювальної біології.»

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

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

10 таємниць світу, які наука, нарешті, розкрила

10 основних 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 найдурніші аргументи, якими противники Теорії еволюції виправдовують своє невігластво

Чи можна за допомогою сучасних технологій реалізувати можливості супергероїв?

Науки виникають не власними силами, не тому, що їх хтось вигадує просто «з інтересу». Будь-яка наука виникає внаслідок необхідності вирішення людством тих чи інших завдань, що постали у його розвитку. Біологія не виняток, вона виникла у зв'язку з вирішенням дуже важливих для людей проблем. Однією з них завжди було більш глибоке розуміння процесів у живій природі, пов'язаних з отриманням харчових продуктів, тобто знання особливостей життя рослин і тварин, їх змін під впливом людини, способів отримання надійного і більш багатого врожаю. Вирішення цієї проблеми – одна з фундаментальних причин розвитку біології.

Інша, щонайменше важлива «пружина» - це вивчення біологічних особливостей людини. Людина – продукт розвитку живої природи. Всі процеси нашої життєдіяльності подібні до тих, що відбуваються в природі. І тому лише глибоке розуміння біологічних процесів є науковим фундаментом медицини. Поява свідомості, що означає гігантський крок уперед у самопізнанні матерії, теж не може бути зрозуміла без глибоких досліджень живої природи принаймні у двох напрямках - виникнення та розвиток мозку як органу мислення (досі загадка мислення залишається невирішеною) та виникнення соціальності, суспільного образу життя.

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

У XX ст. Населення Землі настільки зросло, що розвиток людського суспільства стало визначальним фактором розвитку біосфери Землі. Наразі з'ясувалося, що жива природане тільки джерело їжі та безлічі необхідних продуктів та матеріалів, а й необхідна умова існування самого людства. Наші зв'язки з нею виявилися набагато тіснішими і життєво необхідними, ніж це вважали ще на початку XX ст.

Наприклад, повітря здавалося таким самим 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 та 0,03% вуглекислого газу – похідне діяльності живих істот: дихання та фотосинтезу рослин, окиснення відмерлої органічної речовини. Кисень повітря виникає лише внаслідок життєдіяльності рослин. Основні заводи кисню Землі - тропічні ліси і океанські водорості. Але вже сьогодні, як показують спостереження, кількість вуглекислого газу атмосфері Землі постійно зростає внаслідок звільнення величезної кількості вуглецю при згорянні нафти, газу, вугілля, деревини, і навіть інших антропогенних процесів. З 1958 по 1980 кількість вуглекислого газу в атмосфері Землі збільшилася на 4%. До кінця століття вміст його може зрости більш ніж на 10%. У 70-ті роки. ХХ ст. кількість кисню, що надходив атмосферу внаслідок життєдіяльності рослин, оцінювали в т/рік, а щорічне споживання людством - в т/рік. Це означає, що ми живемо вже за рахунок запасів кисню, накопичених у минулому протягом мільйонів років еволюції живих істот на планеті.

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

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

Людство неспроможна існувати без живої природи. Звідси життєво важлива нам необхідність зберегти її у «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 видів рослин, грибів, тварин зникає з лиця Землі. Зниклий вид відновити неможливо. Він є продуктом мільйонів років еволюції і має унікальний генофонд - тільки йому притаманний код спадкової інформації, що визначає неповторність властивостей кожного виду. За деякими підрахунками, на початку 80-[рр. у світі щодня знищувалося в середньому по одному виду тварин, до 2000 цей темп може збільшитися до одного виду на годину. У нашій країні один вид хребетних тварин зникає в середньому за 3,5 роки. Як змінити цю тенденцію та повернутися на еволюційно виправданий шлях постійного збільшення загальної «суми життя», а не його зменшення? Ця проблема стосується всього людства, але вирішити без роботи біологів неможливо.

Образно кажучи, сучасна біологія є величезною, багатоповерховою будівлею, що містить тисячі «кімнат» - напрямків, дисциплін, цілих самостійних наук. Один їх перелік може зайняти десятки сторінок.

У будівлі біології виділяються хіба що чотири основних «поверху», відповідні фундаментальним рівням організації живої матерії. Перший "поверх" молекулярно-генетичний. Об'єктом вивчення живого виявляються тут одиниці спадкової інформації (гени), їх зміни - мутації і процес передачі спадкової інформації. Другий "поверх" онтогенетичний, або рівень індивідуального розвитку. Події на цьому «поверху» поки що найменш вивчені в біології. Тут відбувається таємничий процес, що визначає появу в потрібному місці, в потрібний частого, що й має з'явитися в ході нормального розвитку кожної особини – ноги чи очі у тварини, листа чи кори у рослини. Наступний «поверх» – популяційно-видовий рівень. Елементарні одиниці у цьому рівні - популяції, т. е. порівняно невеликі, довгострокові групи особин одного виду, всередині яких відбувається обмін спадковою інформацією. Елементарні явища тут - незворотні зміни генотипного складу популяцій та в кінцевому підсумку виникнення різних пристосувань (адаптацій) та нових видів. На останньому, четвертому «поверху» протікають процеси в екологічних системах різного масштабу – складних угрупованнях багатьох видів, аж до біосферних процесів загалом. Елементарні структури цих угруповань - біогеоценози, а елементарні явища - перехід біогеоценозу з одного стану динамічної рівновагив інше, що й веде нарешті до зміни всієї біосфери загалом. На кожному рівні діють власні закономірності, але події, що відбуваються на кожному з них, тісно пов'язані з подіями на інших рівнях.

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

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

А хіба не цікаві дослідження палеонтологів, які за розрізненими залишками викопних організмів відтворюють вигляд давно вимерлих тварин, реконструюють природу минулих епох, з'ясовують шляхи розвитку органічного світу?

І тут дослідників чекають найцікавіші знахідки. Яким сенсаційним, наприклад, стало відкриття найдавніших доядерних копалин у породах віку понад 3 млрд. років! Це означає, що тоді існувало життя Землі. Не менш цікава і повна відкриттів робота генетиків, зоологів, ботаніків, біохіміків, фізіологів та 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 грандіозна задача інтенсифікації всього народного господарства, в тому числі і тих його галузей, які пов'язані з біологією, насамперед сільського господарства, лісового та мисливсько-промислового, рибного. Але не лише цих галузей. У нашій країні створена та успішно розвивається, наприклад, мікробіологічна промисловість - величезна галузь народного господарства, що дає харчові та кормові (для худоби та птиці, розведених риб та ін) продукти, нові ліки та медичні препарати і навіть допомагає добувати 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) біології процесів та структур для створення необхідних людству речовин та продуктів. Про розвиток найважливіших напрямів біологічних наук, розширення їх практичного зв'язку з медициною та сільським господарством йдеться в «Основних напрямках економічного та соціального розвитку СРСР на 1986-1990 роки та на період до 2000 року», прийнятих XXVII з'їздом КПРС.

Інтенсифікація означає і жорстку економію природних ресурсів, їх збереження в інтересах суспільства, що розвивається. Чудовою властивістю живих природних ресурсів виявляється їхня відновлюваність, здатність до відновлення в результаті розмноження живих організмів. Тому при інтенсифікації використання живих природних ресурсів можна і потрібно добиватися того, щоб вони служили нам довгий час. Це може бути зроблено при організації реального господарського, бюджетного використання та підтримки живих сил природи. Вирішенням цих проблем займаються багато вчених. Всім цим питанням дуже велику увагу приділяють партія та 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 риси сучасної біології, про те, чого вже вдалося досягти в різних її сферах 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 та експедиціях. У словнику також чимало нарисів про видатних біологів нашої країни та інших країн. Саме завдяки роботі наших попередників у науці ми маємо сьогоднішні знання.

Декілька слів про те, як треба читати цю книгу. У тексті ви часто натрапите на слова, виділені курсивом. Це означає, що у словнику про це поняття є спеціальна стаття. Орієнтуватися у змісті словника вам допоможе вказівник алфавіту, поміщений в кінці книги. Обов'язково загляньте і до списку літератури, яка рекомендована для читання.

Сподіваємось, що « Енциклопедичний словникюного біолога» допоможе вам дізнатися чимало нового і захоплюючого про живу природу, знайти відповіді на питання, що вас цікавлять, пробудить і розвине інтерес до чудової науки про живе - біології.

11 Липня 2008

Науки про життя(life sciences) об'єднують різні галузі біології, біотехнології та медицини. В останні рокице – один із пріоритетів світової науки та економіки. Вибір наук про життя як пріоритетний напрямок розвитку пояснюється низкою причин. Ці науки є основою забезпечення першочергових потреб людства.

Насамперед, це охорона здоров'я. Для того, щоб дбати про здоров'я, треба розуміти, що відбувається зі здоровою людиною, і що відбувається при патології. Особливо важливого значення набувають науки про життя в умовах збільшення середньої тривалості життя: необхідність забезпечити літнім членам суспільства здорову та активну старість ставить перед біологією та 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, а й які мають покращені споживчі властивості. По-третє, зростаюче 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, біоруйнівних пластмас, прогресивних способів ведення сільського господарства, зниження рівня забруднення навколишнього середовища та біомеді - Відновлення забруднених або зруйнованих біоценозів.

Центральною ланкою, що об'єднує науки про життя, є біотехнології у найширшому розумінні цього терміна.

Пріоритет живих систем

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

Створення розвиненої економіки в постіндустріальному суспільстві неможливе без відновлення технологічного укладу та форм наукової діяльності, що відповідають економічному ладу, що минає. Тому одне з ключових завдань нашої держави – формування ефективного та конкурентного сектору науки та інновацій. Основний інструмент держави у галузі розвитку науки та технологій – федеральна цільова програма «Дослідження та розробки за пріоритетними напрямками розвитку науково-технічного комплексу Росії на 2007–2012 роки». У рамках цієї програми держава фінансує роботи, що відповідають обраним науковим та науково-технічним державним пріоритетам, один із яких – «Живі системи».

Довідка STRF.ru:
Роботи з пріоритетного напрямку «Живі системи» ведуться і в рамках Федеральної цільової програми «Дослідження та розробки з пріоритетних напрямків розвитку науково-технологічного комплексу Росії на 2007-2012 роки». У рамках цього напряму у 2008 році розроблялися, зокрема, такі критичні технології:
– біомедичні та ветеринарні технології життєзабезпечення та захисту людини та тварин;
– біокаталітичні, біосинтетичні та біосенсорні технології;
– геномні та постгеномні технології створення лікарських засобів;
– клітинні технології;
– технології біоінженерії.

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

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

Ідентифікація особистості та надійна діагностика захворювань, вирощування органів для людини та створення сільськогосподарських культур з підвищеним вмістом вітамінів, жирів та білків, нові вакцини та ліки – ці та багато інших технологій по праву відносяться до найширшого простору, названого «живими системами». Дослідження та розробки, виконані в цій галузі, наповнять нашу промисловість наукомісткими технологіями, покращать здоров'я та підвищать безпеку громадян Росії. Саме тому живі системи – одне із головних національних пріоритетів у сфері науки техніки, активно підтримуваний з допомогою федеральних цільових програм.

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

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

Знання як технологія

У розмові про розвиток фундаментальних та прикладних розробок у галузі живих систем все частіше зустрічається поняття «технологія». У сучасній постіндустріальній економіці під технологіями розуміють сукупність документованих знань для цілеспрямованої діяльності з використанням технічних засобів (наприклад, організаційні технології, технології споживання, соціальні технології, політичні технології). Слід зазначити, що у ринкової економіки технології, як різновид знань, є товаром. Комплекс знань, позначений цим поняттям, ставить питання у тому, що ми робимо, а й як, а головне, навіщо ми це робимо.

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

Розкриті таємниці

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

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

ДНК живе та працює в клітці. Жива клітина – сама досконалість. Вона вміє перетворювати марні речовини на необхідні, синтезувати для організму внутрішні ліки, будівельний матеріал та багато іншого. Щохвилини в живій клітці протікають мільйони хімічних реакційза звичайних умов - в водному середовищі, без високого тиску та температур.

Одна клітина живе сама собою лише в одноклітинних організмах – бактеріях., більшість ж живих систем багатоклітинні. У тілі дорослої людини міститься в середньому 1014 клітин. Вони народжуються, трансформуються, виконують свою роботу та вмирають. Але при цьому живуть у злагоді та співпраці, вибудовуючи колективні системи захисту (імуна система), адаптації (регуляторна система) та інші.

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

Біотехнології

Біотехнології можна визначити як процеси, у яких живі системи чи їх компоненти використовуються для виробництва речовин чи інших живих систем. Живі істоти – це своєрідні «фабрики», що переробляють вихідні матеріали (поживні речовини) на найрізноманітніші продукти, необхідних підтримки їх життя. Крім того, ці фабрики здатні відтворюватися, тобто породжувати інші дуже схожі «фабрики».

Сьогодні ми вже знаємо багато про те, як влаштовані та функціонують «працівники» живих фабрик – геном, клітинні структури, білки, самі клітини та організм у цілому.

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

Так ми створюємо біотехнології, про які далі й йтиметься. Але перш, ніж ми познайомимо вас із прикладами технологій, вже поставлених на службу людині, кілька слів потрібно сказати про витончене рішення, яке сьогодні допомагає вченим проникати в таємниці життя та пізнавати механізми живих систем. Адже процеси, що протікають у клітині, не видно, і науковий пошук потребує технологій, за допомогою яких можна їх побачити та зрозуміти. До речі, це рішення – саме по собі біотехнологія.

Білки, що світяться

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

Такі білки, що світяться, зустрічаються в природі, наприклад, у морських рачках і медузах. Під час Другої світової війни японці використовували як локальне джерело світла порошок з «морського світлячка» – рачка з двостулковою раковиною. Коли його розмочували у воді, він яскраво світився. Іменного з цього морського світлячка і медуз О.Симомура (Японія) наприкінці 50-х років ХХ століття вперше виділив білки, що світилися. З цього почалася історія знаменитого GFP – зеленого флуоресцентного білка (green fluorescent protein). А у 2008 році О.Сімомура, М.Челфі та Р.Цієн (США) за флуоресцентні білки отримали Нобелівську премію з хімії. За допомогою цих білків можна змусити світитися різні живі об'єкти, від клітинних структур до цілої тварини. Флуоресцентний ліхтарик, який вдавалося за допомогою генетичних маніпуляцій причіпляти до білків, дозволив побачити, де і коли цей білок синтезується, в які ділянки клітини спрямовується. Це був переворот у біології та медицині.

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

Під керівництвом член-кореспондента РАН С.Лук'янова (Інститут біоорганічної хіміїРАН) створено російську біотехнологічну компанію «Євроген», яка забезпечує вчених всього світу різнокольоровими флуоресцентними мітками. Сьогодні «Євроген» – один із лідерів на світовому ринку флуоресцентних білків для біологічних досліджень.

Генетична ідентифікація

Усі ми дуже різні. Зовнішність, характер, здібності, сприйнятливість до ліків, неприйняття тієї чи іншої їжі все це задано генетично. Унікальність геному кожного з нас робить його надійним інструментом встановлення особи. Фактично, наші гени – це самі відбитки пальців, лише інший природи. Метод ДНК-ідентифікації ввів у криміналістичну практику британський дослідник Алік Джефріс у 80-х роках минулого століття. Сьогодні це вже поширена та звична процедура у всьому світі.

Використовується вона й у Росії. Проте реагенти для аналізу закуповуємо за кордоном. В Інституті загальної генетики РАН під керівництвом члена-кореспондента РАН Миколи Янковського створюється набір реагентів для ДНК-ідентифікації людини. Поява такого вітчизняного інструменту є дуже своєчасною, оскільки з 1 січня 2009 року набуде чинності закон «Про геномну реєстрацію», прийнятий Державною Думою РФ 19 листопада 2008 року. Розробка наших вчених не тільки дозволить відмовитися від імпорту, а й дасть в руки криміналістів більш досконалий інструмент, який, на відміну від західних аналогів, працює з сильно зруйнованою ДНК. А це найчастіший випадок у судово-медичній експертизі.

За допомогою цього інструменту буде вирішено ще одне найважливіше соціальне завдання – створення банку генетичних даних порушників закону, завдяки якому збільшиться розкриття злочинів та скоротиться час розслідування. У Великій Британії база генетичних даних людей, так чи інакше пов'язаних із кримінальним світом, вже налічує кілька мільйонів людей.

Метод ДНК-ідентифікації особливо добрий для встановлення особистості людей, які загинули у війнах, катастрофах та за інших обставин. Сьогодні його використовують і у Росії. Найвідоміший випадок – ідентифікація останків останньої царської сім'ї. Завершальний етап цієї великої роботи – ідентифікація останків сина та дочки імператора – виконаний професором Євгеном Рогаєвим, завідувачем відділу геноміки Інституту загальної генетики РАН.

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

Генетична діагностика

Зробити повний аналіз геному однієї людини поки що коштує величезних грошей – два мільйони доларів. Щоправда, за десять років, у міру вдосконалення технологій, ціна впаде, за прогнозами, до тисячі доларів. Але ж можна і не описувати всі гени. Найчастіше досить оцінити роботу лише окремих груп генів, критичних виникнення різних недуг.

Генетична діагностика вимагає спеціальних пристроїв, мініатюрних, швидких та точних. Ці устрою називаються биочипами. Перший у світі патент на біочіпи для визначення структури ДНК належить Росії – колективу академіка Андрія Мірзабекова з Інституту молекулярної біології ім. В.А.Енгельгардта РАН. Тоді наприкінці 80-х років минулого століття колектив Мирзабекова розробив технологію мікроматриц. Біочип їх стали називати пізніше.

Біологічні мікрочіпи – це невелика платівка зі скла або пластику, на поверхні якої розташована безліч осередків. У кожній з таких лунок знаходиться маркер на ту чи іншу ділянку геному, яку треба виявити у зразку. Якщо на биочип капнути зразок крові пацієнта, то можна дізнатися, чи є в ньому те, що ми шукаємо – відповідна лунка світиться через флуоресцентну мітку.

Розглядаючи відпрацьований біочіп, 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 у білковій оболонці. Завдяки новій методиці тривалість складних лабораторних аналізів біологічних матеріалів скоротилася з кількох тижнів до дня.

Сьогодні біологічні мікробіочипи розробляють десятки компаній у країнах Європи та США. Проте російські біочіпи успішно витримують конкуренцію. Один аналіз за допомогою тест-системи «Біочіп-ІМБ» коштує лише 500 рублів, тоді як використання закордонного аналога обходиться у 200–500 доларів.

А в Інституті молекулярної біології РАН приступили до сертифікації біочіпів, які виявляють різновиди вірусу гепатиту С у пацієнта. Ринковий потенціал нової технології величезний. Адже за допомогою традиційних аналізів у кожному третьому випадку не вдається з'ясувати, до якого різновиду належить знайдений вірус. Тепер це завдання вирішено.

За допомогою ДНК-діагностики можна не тільки виявляти захворювання та схильність до них, але й коригувати повсякденну дієту. Наприклад – включати до неї цільне молоко чи ні. Справа в тому, що у багатьох людей цільне молоко викликає нудоту, пронос і загальне нездужання. Це відбувається через нестачу ферменту, що руйнує молочний цукор – лактозу. Через нього в організмі і виникають неприємності. А наявність ферменту зумовлено генетично. Відповідно до генетичних досліджень, від третини до половини дорослих людей у ​​нашій країні (залежно від регіону) не здатні засвоювати цільне молоко. Тим не менш, шкільна дієта, як і раніше, наказує склянку молока в день кожній дитині. За допомогою ДНК-діагностикуму, розробленого в Інституті загальної генетики РАН, легко встановити, кому може бути рекомендоване цільне молоко, а кому ні. На це націлений проект «Збереження здоров'я здорових людей», реалізований РАН разом із адміністрацією Тамбовської області.

Генна терапія

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

Суть генної терапії на словах проста: необхідно або «відремонтувати» поламаний ген у клітинах тих тканин та органів, де він не працює, або доставити до тіла хворого повноцінний ген, який ми вміємо синтезувати у пробірці. Сьогодні розроблено кілька методів запровадження нових генів у клітини. Це і доставка генів за допомогою знешкоджених вірусів, мікроін'єкції генетичного матеріалу в ядро ​​клітини, обстрілювання клітин із спеціальної гармати найдрібнішими частинками золота, які несуть на своїй поверхні здорові гени, та ін. Поки що успіхів у галузі практичної генної терапії зовсім небагато. Проте є яскраві та дотепні знахідки, зроблені, зокрема, у російських лабораторіях.

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

Технологію доставки генів до ракових клітин розробляє великий колектив вчених з Інституту біоорганічної хімії ім. М.М.Шемякіна та Ю.А.Овчиннікова РАН, Російського онкологічного наукового центру РАМН, Інституту молекулярної генетики РАН, Інституту біології гена РАН. Керує роботою академік Євген Свердлов. Основний упор у проекті зроблено створення препаратів проти раку легенів (перше місце за смертністю) і раку стравоходу (сьоме місце). Однак створювані методики та конструкції стануть у нагоді для боротьби з будь-яким видом раку, яких більше сотні. Після необхідних клінічних випробувань, якщо вони будуть успішними, препарати увійдуть у практику у 2012 році.

Діагностика раку

Велика кількість наукових колективів у Росії та світі працюють над проблемою раку. Це і зрозуміло: щороку рак збирає трохи менші смертельні 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 та швидка діагностика, коли аналіз займає лише кілька годин, надзвичайно важлива і для традиційної терапії раку. Лікарі знають, що хворобу легше знищувати у зародку. Тому діагностичних технологій, що відповідають цим вимогам, потребують клініки всього світу. І тут на допомогу дослідникам приходять біотехнології.

Новий підхід до ранньої та швидкої діагностики раку вперше у світі запропонував Олександр Четверін з Інституту білка РАН. Суть методу – виявити у крові ті молекули мРНК, які знімають інформацію з відповідних ділянок геному і несуть команду синтезу ракових білків. Якщо такі молекули присутні у зразку крові пацієнта, можна ставити діагноз: рак є. Проте проблема полягає в тому, що саме цих молекул у зразку крові дуже мало, а інших – багато. Як знайти та розглянути 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 невидимої молекули виростають цілі молекулярні колонії, які можна розглянути в мікроскоп. Якщо в зразку крові пацієнта (скажімо, в одному мілілітрі) міститься хоча б одна ракова клітина і одна молекула-маркер, то хворобу, що зароджується, вдасться виявити.

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

Лікування раку

В області лікування раку також є кілька нових підходів, що спираються на біотехнології. Один з них – використання специфічних антитіл як протиракові засоби.

Антитіла – це білкові молекули, що виробляються клітинами імунної системи. По суті, це хімічна зброя, яка використовує наш організм у боротьбі з різними вірусами, а також з клітинами власного організму, що переродилися, – раковими. Якщо сама імунна система не справляється з раком, 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 ціль і знищують її. В основу цього підходу покладено принцип так званої магічної кулі, яка завжди і безпомилково знаходить свою жертву. Антитіла якнайкраще підходять на цю роль. Одна частина їхньої молекули служить «антеною», що наводить на ціль – поверхню ракової клітини. А до хвоста антитіла можна чіпляти різні вражаючі агенти - токсини, органічні молекули, радіоактивні ізотопи Вони мають різну дію, але все в результаті вбивають пухлину.

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

Проте можна вирішити і цю проблему. 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, ДНЦ «Вектор» (пос. Кольцово), Державна легенева хірургічна лікарня (Новосибірськ), НВФ «Медичні технології» (Курган), НДІ клінічної та експериментальної імунології РАМ. Спільними зусиллями дослідники підібрали речовини, які вміють розкривати мембрани клітинних структур, та розробили спосіб доставки цих речовин у ракову клітину.

Вакцини

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

Ефективність вакцинації вперше була продемонстрована більше 200 років тому лікарем Едвардом Дженнером, який доказав, що людина, яка перехворіла на коров'ячу віспу, стає несприйнятливою до віспи натуральної. З того часу багато хвороб взято під контроль лікарів. З часів Пастера для вакцин використовують ослаблені чи вбиті віруси. Але це накладає обмеження: немає гарантій, що у вакцині відсутні активні вірусні частинки, робота з багатьма з них вимагає великої обережності, термін придатності вакцини залежить від умов зберігання.

Ці проблеми можна обійти, використовуючи способи генної інженерії. За допомогою них можна напрацьовувати окремі компоненти бактерій та вірусів, а потім вводити їх пацієнтам – захисний ефект буде не гіршим, ніж при використанні звичайних вакцин. Першими, отриманими за допомогою генної інженерії, були вакцини для тварин – проти ящуру, сказу, дизентерії та інших хвороб тварин. Першою генноінженерною вакциною для людини стала вакцина проти гепатиту Ст.

Сьогодні для більшості інфекцій ми можемо зробити вакцини – класичні чи генноінженерні. Головна ж проблема пов'язана із чумою ХХ століття – СНІДом. Вакцинація йому лише на руку. Адже вона стимулює імунітет, змушує організм виробляти більше імунних клітин. А вірус імунодефіциту людини (ВІЛ), що викликає СНІД, якраз у цих клітинах живе та 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 ґрунтуються на відкритті, зробленому ще у 70-ті роки минулого століття майбутніми академіками Р.В.Петровим, В.А.Кабановим та Р.М.Хаітовим. Суть його у тому, що поліелектроліти (заряджені полімерні молекули, розчинні у воді)взаємодіють із клітинами імунної системи та спонукають останні інтенсивно виробляти антитіла. А якщо до молекули поліелектроліту причепити, наприклад, один із білків, що становлять оболонку вірусу, то буде включена імунна відповідь проти цього вірусу. Така вакцина за механізмом дії принципово відрізняється від усіх вакцин, які раніше створювали у світі.

Першим у світі і поки що єдиним поліелектролітом, який дозволено вводити в організм людини, став поліоксидоній. Потім до полімеру "пришили" білки вірусу грипу. Вийшла вакцина "Гриппол", якою вже майже 10 років охороняються від вірусної інфекції мільйони людей у ​​Росії.

За цією ж методикою сьогодні створюється і вакцина проти СНІДу. Білок, характерний для вірусу СНІДу, пов'язали із поліелектролітом. Вакцину, що вийшла, успішно перевірили на мишах і кроликах. За результатами доклінічних випробувань Інституту імунології РАН видано дозвіл на проведення клінічних випробувань за участю добровольців. Якщо всі стадії перевірки препарату пройдуть успішно, його можна використовувати не тільки для профілактики ВІЛ-інфекцією, але і для лікування СНІДу.

Ліки, подаровані біотехнологіями

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

Виробництво ліків із використанням мікроорганізмів має давню історію. Перший антибіотик – пеніцилін – виділили з цвілі 1928 року, яке промислове виробництво розпочалося 1940 року. Слідом за пеніциліном були відкриті й інші антибіотики та налагоджено їхнє масове виробництво.

Довгий час багато хто лікувальні препаратина основі білків людини вдавалося отримувати лише в невеликих кількостях, їхнє виробництво обходилося дуже дорого. Генна інженерія дала надію на те, що спектр білкових препаратів та їх кількість різко зросте. І ці очікування справдилися. Декілька десятків препаратів, отриманих біотехнологічним шляхом, вже увійшли до медичної практики. За підрахунками фахівців, щорічний обсяг світового ринку лікарських засобів на основі білків, створених генноінженерним шляхом, збільшується на 15% і до 2010 року становитиме 18 млрд доларів.

Найяскравіший приклад робіт наших біотехнологів у цій галузі – генноінженерний інсулін людини, який виробляють в Інституті біоорганічної хімії ім. М.М.Шемякіна та Ю.А.Овчинникова РАН. Інсулін, тобто гормон білкової структури, регулює розкладання цукру у нашому організмі. Його можна витягти з тварин. Насамперед так і чинили. Але навіть інсулін з підшлункової залози свиней – біохімічно найближчих нам тварин – все ж таки трохи відрізняється від людського.

Активність їх у 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, перш ніж встигне надати лікувальну дію. Проблему вирішила генно-інженерна технологія, за якою сьогодні виробляють людський інсулін, у тому числі й у Росії.

Окрім генноінженерного інсуліну людини в Інституті біоорганічної хімії ім. М.М.Шемякіна та Ю.А.Овчинникова РАН ІБХ РАН спільно з Гематологічним науковим центром РАМН створили технологію виробництва білків для боротьби з масивними крововтратами. Людський сироватковий альбумін та фактор згортання крові – чудові засоби «швидкої допомоги» та реанімації, затребувані медициною катастроф.

Генетично модифіковані рослини

Наші знання в галузі генетики, що поповнюються з кожним днем, дозволили нам створювати не тільки генетичні тести для діагностики хвороб і білки, що світяться, вакцини і ліки, а й нові організми. Сьогодні навряд чи знайдеться людина, яка не чула про генетично модифіковані, або трансгенні, організми (ГМО). Це рослини чи тварини, у складі ДНК яких введені ззовні гени, які надають цим організмам нові, корисні, з погляду людини, властивості.

Армія ГМО велика. У її лавах – 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.

Один із наймасовіших підрозділів ГМО – це, звичайно, рослини. Адже споконвіку вони служать їжею людині, кормом тваринам. З рослин ми отримуємо волокна для будівництва, речовини для ліків та парфумерії, сировину для хімічної промисловості та енергетики, вогонь та тепло.

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

Найпершою трансгенною рослиною, створеною чверть століття тому, став тютюн, а нині у світі у промисловому масштабі використовують 160 трансгенних культур. Серед них кукурудза та соя, рис та ріпак, бавовна та льон, томати та гарбуз, тютюн та буряк, картопля та гвоздика та інші.

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

Перші генетично модифіковані культури, отримані на початку 1980-х років, були стійкі до гербіцидів та комах. Сьогодні ж за допомогою генної інженерії ми отримуємо сорти, що містять більше поживних речовин, стійкі до бактерій та вірусів, до посухи та холоду. У 1994 році вперше був створений сорт томатів, не схильних до гниття. Цей сорт з'явився на ринках генетично модифікованих продуктів вже за два роки. Широку популярність отримав ще один трансгенний продукт - "Золотий рис" (Golden rice). У ньому, на відміну звичайного рису, утворюється бета-каротин – попередник вітаміну А, абсолютно необхідний зростання 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 та врожайність – не єдині цілі, які мають генні інженери. Можна створити такі сорти рослин, які будуть містити у своєму листі та плодах вакцини та ліки. Це дуже цінно та 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 достатньо з'їсти деяку кількість якогось трансгенного фрукта чи овочів, наприклад, картоплі чи банана. Наприклад – моркву, що містить речовини, які беруть участь у формуванні імунної відповіді організму. Такі рослини спільно створюють вчені двох провідних біологічних інститутів Сибіру: Інституту цитології та генетики Сибірського відділення РАН та Інституту хімічної біології та фундаментальної медициниЗ 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 у всьому світі йдуть дослідження, що дозволяють оцінити ризики, пов'язані із застосуванням ГМР – харчові, агротехнічні, екологічні. Поки Всесвітня організація охорони здоров'я констатує таке: «Досвід, накопичений за 10 років комерційного використання ГМ-культур, аналіз результатів спеціальних досліджень показують: дотепер у світі немає жодного доведеного випадку токсичності чи несприятливого впливу зареєстрованих ГМ-культур як джерел їжі або кормів ».

З 1996 року, коли розпочався комерційний обробіток ГМР, до 2007 року Загальна площа, що засіюється трансгенними рослинами, зросла з 1,7 млн. до 114 млн. га, що становить близько 9% усіх орних площ у світі. Причому 99% цієї площі займають п'ять культур: соя, бавовна, рис, кукурудза та ріпак. У загальному обсязі їхнього виробництва генетично модифіковані сорти становлять понад 25%. Абсолютним лідером у сфері використання ГМР є США, у яких уже 2002 року 75% бавовни та сої були трансгенними. У Аргентині частка трансгенної сої становила 99%, у Канаді так вироблялося 65% ріпаку, а Китаї – 51% бавовни. Вирощуванням ГМР в 2007 році було зайнято 12 мільйонів фермерів, з яких 90% проживає в країнах, що розвиваються. У Росії її промисловий обробіток ГМР заборонено законом.

Генетично модифіковані тварини

Аналогічну стратегію використовують генні інженери для виведення нових порід тварин. У цьому випадку ген, відповідальний за прояв будь-якої цінної ознаки, вводять у запліднену яйцеклітину, з якої розвивається новий організм. Скажімо, якщо набір генів тварини доповнити геном гормону, що стимулює ріст, то такі тварини зростатимуть швидше за меншої кількості їжі, що споживається. На виході – більше дешевого м'яса.

Тварина може бути джерелом не тільки м'яса та молока, але і лікарських речовин, що містяться в цьому молоці. Наприклад, найцінніших людських білків. Про деяких із них ми вже розповідали. Тепер цей список може доповнити лактоферин – білок, який захищає новонароджених дітей від небезпечних мікроорганізмів, доки 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 у суміші для штучного вигодовування, щоб зберегти здоров'я новонароджених. Якщо захисного білка в харчуванні достатньо, смертність немовлят-штучників від різних шлунково-кишкових інфекцій може бути знижена в десять разів. Цей білок затребуваний у індустрії дитячого харчування, а й, наприклад, у косметичній промисловості.

Технологію виробництва козиного молока з людським лактоферином розробляють в Інституті біології гена РАН та Науково-практичному центрі Національної академії наук Білорусії з тваринництва. Цього року на світ з'явилися два перші трансгенні козеня. На створення кожного з них витрачено за кілька років досліджень по 25 мільйонів рублів. Залишається почекати, коли вони підростуть, розмножаться та почнуть давати молоко із цінним людським білком.

Клітинна інженерія

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

Існування стовбурових клітин передбачив російський гематолог із Санкт-Петербурга Олександр Максимов ще 1909 року. Через кілька десятків років його теоретичне припущення було підтверджено експериментально: стовбурові клітини виявили та виділили. Але справжній бум почався наприкінці ХХ століття, коли прогрес у галузі експериментальних технологій дозволив розглянути потенціал цих клітин.

Поки що успіхи в медицині, пов'язані із застосуванням стовбурових клітин, більш ніж скромні. Ми вміємо ці клітини виділяти, зберігати, розмножувати, експериментувати із нею. Але поки що до кінця не розуміємо механізм їхніх чарівних трансформацій, коли безлика стовбурова клітина перетворюється на клітину крові чи м'язової тканини. Ми ще не пізнали до кінця хімічну мову, якою стовбурова клітина отримує наказ до трансформації. Це незнання породжує ризики від застосування стовбурових клітин та стримує їх активне впровадження у медичну практику. Тим не менш, успіхи є – у галузі лікування незагойних переломів у людей похилого віку, а також при відновлювальному лікуванні після інфарктів та операцій на серці.

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

Поки що ми на етапі накопичення знань про стовбурові клітини. Зусилля вчених зосереджені на дослідженнях, на створенні інфраструктури, зокрема – банків стовбурових клітин, першим у Росії став «Гемабанк». Вирощування органів, лікування розсіяного склерозуі нейродегенеративних захворювань – це майбутнє, хоча й настільки віддалене.

Біоінформатика

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

Ось чому на стику біології та математики зародився новий напрямок – біоінформатика, без якої робота біотехнологів вже немислима. Більшість біоінформаційних методів, звичайно ж, працює на медицину, а саме – на пошук нових лікарських сполук. Їх можна шукати, виходячи із знання структури молекули, яка відповідальна за розвиток тієї чи іншої хвороби. Якщо таку молекулу заблокувати якоюсь речовиною, підібраною з високою точністю, перебіг хвороби можна зупинити. Біоінформатика дозволяє виявити блокуючу молекулу, придатну для клінічного застосування. Якщо ми знаємо мету, скажімо, структуру "хвороботворного" білка, то за допомогою комп'ютерних программожемо змоделювати хімічну структуруліки. Такий підхід дозволяє значно заощадити час та ресурси, які йдуть на перебір та тестування десятків тисяч хімічних сполук.

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

Щоб зрозуміти механізм розвитку тієї чи іншої хвороби, важливо знати, які гени з тисяч, що працюють у хворій клітині, дійсно відповідальні за недугу. Це дуже легке завдання ускладнюється тим, що гени, зазвичай, працюють не поодинці, лише у сукупності коїться з іншими генами. Але як урахувати внесок у конкретну хворобу інших генів? І тут біоінформатика допомагає медикам. Використовуючи математичні алгоритми, можна побудувати карту, де перетинами шляхів показати взаємодії генів. Такі карти виявляють кластери генів, що працюють у хворій клітині на різних стадіях хвороби. Ця інформація є надзвичайно важливою, наприклад, для вибору стратегії лікування раку залежно від стадії хвороби.

Промислові біотехнології

Людина використала біотехнології з незапам'ятних часів. Люди робили сир із молока, квасили капусту на зиму, готували веселящі напої з усього, що зброджувалося. Все це класичні мікробіологічні процеси, у яких головна рушійна сила – мікроорганізм, найдрібніша жива система.

Сьогодні спектр завдань, які вирішуються біотехнологіями, неймовірно розширився. Ми вже розповіли про генетичну діагностику хвороб, нові вакцини та ліки, отримані за допомогою біотехнологій, генетично модифіковані організми. Проте життя підкидає інші завдання. Гігантські хімічні виробництва, на яких ми отримуємо речовини, необхідні для конструювання комфортного довкілля (волокна, пластики, будівельні матеріалиі багато іншого) сьогодні вже не здаються такими привабливими, як 60 років тому. Вони пожирають багато енергії та ресурсів (високі тиски, температура, каталізатори з дорогоцінних металів), вони забруднюють навколишнє середовищеі займають дорогоцінні землі. Чи можуть біотехнологи тут запропонувати заміну?

Так, можуть. Наприклад, генетично змінені мікроорганізми, котрі працюють ефективними каталізаторами промислових хімічних процесів. Такі біокаталізатори створені у ВНДІ генетики та селекції мікроорганізмів, наприклад, для небезпечної та брудної стадії отримання токсичної речовини акріаламіду. З нього роблять полімер поліакриламід,використовується і у водоочищенні, і у виробництві памперсів, і для виготовлення крейдованого паперу, і для багатьох інших цілей. Біокаталізатор дозволяє проводити хімічну реакцію одержання мономеру при кімнатній температурі, без використання агресивних реагентів та високого тиску.

До промислового використання у Росії біокаталізатор доведено зусиллями наукового колективу ЗАТ «Біоамід» (Саратов) під керівництвом Сергія Вороніна. Цей же колектив розробив біотехнологію одержання аспарагінової кислоти та створив імпортозамінний кардіологічний препарат «Аспаркам L». Препарат уже вийшов на ринок у Росії та Білорусії. Російський препарат не тільки дешевший за імпортні аналоги, а й, за оцінками лікарів, більш ефективний. Справа в тому, що «Аспаркам L» містить тільки один оптичний ізомер кислоти, той, який і має терапевтичні ефекти. А західний аналог, панангін, заснований на суміші двох оптичних ізомерів, L і D, другий з яких просто служить баластом. Знахідка колективу «Біоаміду» в тому і полягає, що вони зуміли розділити ці два важко відокремлені ізомери і поставити процес на промислову основу.

Можливо, що в майбутньому гігантські хімічні комбінати взагалі зникнуть, а замість них залишаться маленькі безпечні цехи, які не шкодять навколишньому середовищу, де будуть працювати мікроорганізми, виготовляючи всі необхідні напівпродукти для різних галузей промисловості. До того ж маленькі зелені фабрики, чи мікроорганізми, чи 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, у кілька разів міцніше стали на розрив. Здавалося б, посади павуків у цехи та тягни з них білкові нитки. Але павуки в одному банку не живуть – з'їдять одне одного.

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

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

Промисловими програмами 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 – результат об'єднаних зусиль біологів, хіміків, медиків та інших фахівців, що працюють у просторі живих систем. Взаємозв'язок різних дисциплін виявився плідним. Звичайно, біотехнології – не панацея для вирішення глобальних проблем, а інструмент, що обіцяє великі перспективи за умови правильного його використання.

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

Інвестиції в науку та техніку в кінцевому рахунку принесуть економічні результати. Але біотехнології не зможуть самі собою 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, рослин з покращеними властивостями. Тут також є надзвичайно важливою ефективна система комунікації між наукою та бізнесом. Зрештою, абсолютно необхідна умова побудови ефективного інноваційного сектора економіки – взаємодія наукових та комерційних структур із державою.

Довідка STRF.ru
У 2008 році на формування тематики за напрямком «Живі системи» подано 939 заявок (для порівняння: всього за програмою – 3180),
– на конкурс подано 396 заявок (всього 1597),
– проведено 179 конкурсів (всього 731)
- Участь у конкурсах взяли організації 23 відомств (всього 36), з них перемогли 17
– укладено 179 контрактів (всього731)
– тривають досі 120 контрактів (всього 630)
- Заявки на формування тематики по живих системах надіслали 346 організації (всього 842)
– як головні заявки на конкурс надіслали 254 організації (всього 806)
– як співвиконавці заявки на конкурс надіслали 190 організації (всього 636)
– середній конкурс з лотів напряму 2,212 (у середньому за програмою – 2,185)
- Бюджет контрактів на 2008 рік склав 1041,2 млн. руб. (21,74% від бюджету усієї програми)

Динаміка зростання та розподілу фінансування за напрямком живих систем у рамках Федеральної цільової науково-технічної програми 2002–2006 років та Федеральної цільової програми 2007–2012 років:
2005 рік – 303 договори, 1168,7 млн.руб. (100%)
2006 рік - 289 контрактів, 1227,0 млн. руб. (105%)
2007 рік - 284 договори, 2657,9 млн.руб. (227%)
2008 рік - 299 контрактів, 3242,6 млн. руб. (277%)

Доктор фізико-математичних наук Олександр Печень описав «Ленте.ру» найперспективніші напрями фізики та суміжних наук за підсумками найбільшої премії для молодих науковців National Blavatnik Award. Зараз Печінка - провідний науковий співробітник та вчений секретар Математичного інститутуімені В.А. Стеклова Російської академії наук, він здобув освіту на фізичному факультеті в МДУ, працював у Прінстонському університеті та став одним із перших росіян, які отримали премію Блаватника у 2009 році.

Головна тема

Фото: Jens Kalaene / ZB / Global Look

Фотоніка досліджує можливості застосування світла 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 та обробку інформації. Це важливо, наприклад, для дата-центрів, які є найбільшими споживачами енергії в США. Модульоване світло та штучно створені матеріали з особливими оптичними властивостями, що не зустрічаються в природі, - основа лазерної та фотохімії, а також таких цікавих речей, як «плащі-невидимки» та оптичного пінцету.

Практичне застосування фотоніки

Фото: Tachi Laboratory, The University of Tokyo

Метаматеріали новий класштучних матеріалів із 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 за допомогою лазерного світла, наприклад, сортувати та переміщати окремі клітини, білкові молекули.

Премія, заснована американським мільярдером російського походження Леонідом Блаватником, присуджується дослідникам, що працюють у США, молодше 42 років. Сума – 250 тисяч доларів – дозволяє вважати її своєрідним аналогом Нобелівської премії для молодих учених. У США вшановували цьогорічних лауреатів, і відбувся симпозіум, присвячений найперспективнішим науковим тенденціям сучасності.

Номінанти

Премія присуджується у трьох номінаціях: "науки про життя" (біологія, медицина, нейробіологія тощо), "фізичні та інженерні науки", "хімія". У 2015 році було висунуто близько 300 номінантів із 147 американських інститутів та університетів. З кожної дисциплін відібрали приблизно по десять фіналістів. Потім із кожної групи фіналістів обрали одного лауреата. Усі три цьогорічні лауреати представляють Каліфорнійський університет: Едвард Ченг (Edward Chang, університет Сан-Франциско, спеціалізація науки про життя), Сід Джафар (Syed Jafar, університет Ірвіна, фізичні науки) та Крістофер Чанг (Christopher Chang, університет Берклі, хімія) .

Зараз у фотоніці формується новий підхід до управління квантовими системами, тобто окремими атомами чи молекулами. (Це основна тема наукових праць Олександра Печеня – прим. «Стрічки.ру»). Традиційно частинками керують за допомогою лазера зі змінною інтенсивністю випромінювання. Нові методи використовують для цього довкілля. У традиційних системах її вплив практично ніколи не можна усунути, і вона надає руйнівний вплив на атомні та молекулярні квантові системи. Однак тепер вплив зовнішнього середовища враховується та використовується для управління цими системами.

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

Квантові симулятори та 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 та інших складних систем потрібно розраховувати квантову динаміку великої кількості частинок, що абсолютно недоступне для сучасних обчислювальних пристроїв. Квантові симулятори - модельні квантові системи, підстроювання параметрів яких дозволяє моделювати інші складні системи, що представляють практичний інтерес. Фактично квантові симулятори – це аналогові квантові комп'ютери.

Медичні та біотехнології

Фото: Robson Fernandjes / Estadao Conteudo / Global Look

У галузі наук про життя більшу увагу вчені приділяють розвитку телемедицини - використанню телекомунікаційних технологій, наприклад смартфонів, разом з різними медичними сенсорами для віддаленої діагностики захворювань без особистого візиту до лікаря. Саме цей напрямок був найпомітнішим серед прикладів комерціалізації наукових розробок.

Проте з перспективних областей нейронаук – оптогенетика, що вивчає керування нейронами за допомогою світлових імпульсів. Застосування оптоволоконних світловодів і світлочутливих білків дозволяє досягти високої точності впливу на нервові клітини. Завдяки прицільній активації та виключенню різних зон мозку оптогенетика останніми роками справила справжню революцію у дослідженнях нервової системи.

Математична фізика

Сучасні теоретичні моделі потребують складного математичного апарату. Хоча Нобелівська премія з цієї дисципліни не вручається, є менш відомі, а також номінації в близьких областях. Наприклад, Клімент Хонглер став лауреатом регіональної премії Блаватника 2014 року. Цікаво, що ступінь PhD він отримав під керівництвом російського математиката лауреата Філдсівської премії Станіслава Смирнова Хонглер повідомив про нові точні результати в моделі Ізінга - математичної моделі, що застосовується для опису процесу намагнічування матеріалів. Модель Ізинга також є основою для найбільших на сьогодні квантових обчислювальних пристроїв D-Wave, вироблених компанією D-Wave Systems. Зазначу, що точаться дискусії про те, як ці комп'ютери слід вважати квантовими.

Роботи Хонглера знаходяться на стику статистичної механіки, теорії ймовірностей, комплексного аналізу та квантової теорії поля. Їм із співавторами отримані суворі результати дослідження моделі Ізинга, у тому числі в такій важливій галузі, як встановлення зв'язку критичної моделі Ізинга з конформною теорією поля Бєлавіна, Полякова та Замолодчикова – універсальною теорією, що служить для опису різних критичних явищ у фізиці, тобто ситуацій, коли незначна зміна якогось параметра, наприклад температури, призводить до найрадикальніших змін у поведінці фізичної системи.

Також цікавими є напрямки, пов'язані з блукаючими планетами, не пов'язаними з якоюсь зіркою, і створення нових спостережних інструментів, які найближчим часом введуть у дію для пошуку та дослідження планет поза Сонячною системою. Вони допоможуть значно розширити наші знання про такі планети, досліджувати хімічний склад їх атмосфер, визначити наявність органічних речовин та шукати там життя.

Комерціалізація досліджень

Сучасна тенденція – комерціалізація наукових відкриттів. На заході, присвяченому вищезгаданій премії, майже два десятки компаній у галузі медичної діагностики, зберігання енергії, аналізу даних були засновані лауреатами премії. Також розвивається Гарвардський центр Блаватника з прискореного розвитку біомедицини (Harvard Blavatnik Biomedical Accelerator).

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