Қазіргі заманғы ғылыми тенденциялар - бұл дүние жүзіндегі мыңдаған зертханалар өздерінің жоғары мамандандырылған саласын әлдеқайда кең ауқымда зерттейтін үлкен және ауқымды жұмыс. Бұл қоршаған әлемді түсінуді ілгерілету үшін ғылыми мұра мен ғасырлар бойғы технологиялық жетістіктердің қисынды қиылысы.
Ретинальды нейрондық есептеулерден бастап ғарыштық плазма физикасына дейін барған сайын ерекше пәндерге ерекше назар аудару керек. Қандай ғылыми салалар бар және қайсысы ең өзекті?
Биомедициналық инженерия және биофизика
Біртүрлі көрінуі мүмкін, бірақ медицинадағы кейбір мәселелерді тек технологияның көмегімен шешуге болады. Биомедициналық инженерия - протеиндік инженерия, өлшеу жүйелері және атомдар мен тұтас организмдердің жоғары ажыратымдылықтағы оптикалық кескіні сияқты алуан түрлі салаларды қамтитын дамып келе жатқан пән. Бұл тілекфизикалық білімнің өмір туралы ғылыммен интеграциясы - адам денсаулығындағы прогресс.
Қазіргі зерттеу бағыттары
Зерттеу салаларын қамтиды, мысалы:
- Биофотоника – флуоресценциямен жасушалар мен ұлпаларды визуализациялау әдістерін жасау. Биологиялық молекулаларды зерттеу үшін оптикалық әдістер қолданылады.
- Жүрек-қан тамырларының визуализациясы – жүрек-қан тамырлары ауруларын анықтау және сандық бағалау әдістерін әзірлеу.
- Күрделі биологиялық жүйелер - күрделі биологиялық жүйелерді түсіну үшін жаңа құралдар мен математикалық модельдерді әзірлеу.
- Макромолекулалық жинақ. Макромолекулаларды, соның ішінде көпкомпонентті кешендерді және молекулалық машиналарды құрастыруды зерттеу.
- Иммунохимиялық диагностика – «зертханалық зерттеулер» сияқты ауруларды анықтаудың жаңа технологияларын жасау.
- Инвазивті емес оптикалық бейнелеу - тіндер мен мүшелерді бағалау және бақылау үшін нақты уақыттағы диагностикалық әдістерді әзірлеу.
Соңғы жетістіктер жасушалар мен ағзалардың микроскопиялық және макроскопиялық әлемін зерттеуге арналған бірнеше жоғары ажыратымдылықтағы оптикалық бейнелеу құралдарының дамуын қамтиды.
Жасуша биологиясы
Тағы бір маңызды және үнемі дамып келе жатқан ғылыми бағыт – жасуша биологиясы. Барлық тіршілік иелері құрылымдық және қызметтік бірліктерден тұрады. Осылайша, ұялыЖетіспеушілік жасушалардың қалыптан тыс өсуінен туындаған қатерлі ісіктен жүйке тінінің өлімінен болатын нейродегенеративті бұзылыстарға дейін көптеген ауруларда маңызды рөл атқарады. Бірнеше биологиялық жүйені қамтитын алты негізгі аймақ бар:
- Апоптоз. Әрбір сау организмде жасушалар апоптоз деп аталатын бағдарламаланған жасуша өлімінің мұқият реттелетін процесі арқылы өледі. Бұл неврологияға, иммунологияға, қартаю мен дамуға, сондай-ақ қатерлі ісік, аутоиммунды және дегенеративті аурулар сияқты патологияларға негіз болатын көптеген биологиялық жүйелерге тән.
- Жасуша циклі - жұмыс істейтін шағын құрылымдар біздің өмір бойы мұқият бақыланатын түрде өседі және бөлінеді. Бұл циклді реттейтін молекулалық және жасушалық оқиғалар қалыпты өсу реттелуі бұзылған көптеген аурулар үшін өте маңызды.
- Гликобиология. Гликандар көмірсулардың биологиялық маңызды класы болып табылады. Гликан байланыстыратын ақуыздар (лектиндер) арнайы құрылымдық гликандармен байланысады және жасушаны тану, қозғалғыштық және нақты тіндерге оралу, сигнал беру, дифференциация, жасуша адгезиясы, микробтық патогенез және иммунологиялық тануда маңызды рөл атқарады.
- Митохондрия. «Қуат үйінің» құрылыс блоктары ретінде белгілі митохондриялар қант диабетінен Паркинсонға дейінгі аурулардан аулақ болу үшін өмір сүру үшін пайдаланатын энергия жасушаларын қамтамасыз етеді.
- Ұтқырлық - мида пайда болатын және өз процестерін жұлынның негізіне дейін созатын микроскопиялық жүйке жасушасы молекулаларды өлшемімен салыстырғанда үлкен қашықтыққа жылжытуы керек. Ғалымдар жасушалар мен олардың ішкі молекулалары мен органеллалары қалай қозғалатынын зерттеу үшін әртүрлі әдістер мен тәсілдерді пайдаланады.
- Белоктардың тасымалдануы. Белоктар ядрода жасалады, содан кейін олар жасушалық рөлдерін орындау үшін дұрыс орналастырылуы керек. Осылайша, ақуызды тасымалдау барлық жасушалық жүйелер үшін орталық болып табылады және оның дисфункциясы муковисцидоздан Альцгеймер ауруына дейінгі аурулармен байланысты.
Өмірдің жасушалық негізі
Тіршіліктің жасушалық негізі қазіргі биология дәуірінде айқын көрінуі мүмкін, бірақ он тоғызыншы ғасырдың басында алғашқы микроскоптар жасалғанға дейін бұл тек болжам ғана болуы мүмкін. Кәдімгі адам жасушасының мөлшері біз қарапайым көзбен көретін барлық нәрседен шамамен бес есе кіші. Сондықтан құрылымдық бөлімшелердің ішкі жұмысын, соның ішінде жасушалық патофизиологияны түсінудегі ілгерілеу осы ғылыми саланың оларды бейнелеу және зерттеу үшін қолжетімді технологияларындағы жетістіктермен қатар жүреді.
Хромосомалардың биологиясы
Геномика саласындағы қазіргі толқулар кезінде гендер ДНҚ-ның қысқа ғана бөліктері және хромосомалар деп аталатын әлдеқайда үлкен құрылымдардың бөлігі екенін ұмыту оңай. Соңғылары гистондар деп аталатын белоктарға оралған ДНҚ-ның хроматинді күрделі тізбектерінен тұрады жәнеорганизмдердің қалай дамып, жұмыс істейтінін және дені сау болуын анықтауда бірдей маңызды рөл атқаратыны белгілі.
Эпигенетика, сөзбе-сөз «генетикадан жоғары» - бұл геномдағы біздің ДНҚ деңгейінде болуы мүмкін өзгерістерден тыс қоршаған орта өзгерістерін зерттейтін ғылым. Ген белсенділігіндегі бұл ауытқуларға гистон протеиндері сияқты оларды қоршаған элементтердің модификациялары немесе ген экспрессиясын бақылайтын транскрипциялық элементтердің модификациялары кіреді. ДНҚ өзгерістерінен айырмашылығы, эпигенетикалық ауытқулар әдетте ұрпаққа тән.
Басқаша айтқанда, эпигенетикалық өзгерістер әдетте ата-анадан балаға берілмейді. Зерттеудің бұл салыстырмалы түрде жаңа бағыты біздің қалыпты даму мен ауру туралы түсінігімізді өзгертті және енді емдеудің келесі буынының прогрессіне әсер етуде. Әртүрлі салалар зерттелуде, соның ішінде:
- Семіздік. Біздің геномдағы эпигенетикалық өзгерістер майдың тұндыру сияқты күрделі адам ауруларында рөл атқарады деп көптен күдіктенеді. Жаңа ғылыми бағыт қоршаған орта факторларының аурудың дамуына қалай әсер ететінін зерттейді.
- Клиникалық сынақтар және дәрілік заттарды әзірлеу. Әртүрлі ісіктердегі эпигенетикалық қатерлі ісік терапиясының рөлі стандартты химиотерапиядағыдай қатерлі ісік пен қалыпты құрылыс блоктарын өлтірмей, қалыпсыз жасушаларды «қайта бағдарламалай алады» деген үмітпен зерттелуде.
- Денсаулық сақтау. Диета және дамудың барлық кезеңдерінде химиялық заттардың әсері белгілі бір гендерді қосатын немесе өшіретін эпигенетикалық өзгерістерді тудыруы мүмкін. Ғалымдар бұл элементтердің жалпы халыққа қалай кері әсерін тигізетінін зерттеп жатыр.
- Мінез-құлық туралы ғылым. Эпигенетикалық өзгерістер көптеген аурулармен, соның ішінде нашақорлық пен алкогольге тәуелділікпен байланысты. Қоршаған орта факторларының геномды қалай өзгертетінін түсіну психологиялық бұзылуларды емдеудің жаңа жолдарын ашады.
Кванттық биология
Физиктер мұндай кванттық әсерлер туралы жүз жылдан астам уақыт бойы біледі, бөлшектер біздің сезімдерімізге қарсылық білдіріп, бір жерден жоғалып, екінші жерде қайта пайда болады немесе бір уақытта екі жерде болады. Бірақ бұл әсерлер жасырын зертханалық тәжірибелерге жатпайды. Ғалымдар кванттық механиканың биологиялық процестерге де қолданылуы мүмкін деп күдіктенетіндіктен.
Мүмкін ең жақсы мысал фотосинтез, өсімдіктер (және кейбір бактериялар) күн сәулесінің энергиясын пайдаланып өздеріне қажетті молекулаларды құрайтын керемет тиімді жүйе. Бұл процесс шын мәнінде «суперпозиция» құбылысына сүйенуі мүмкін екендігі белгілі болды, онда шағын энергия пакеттері барлық мүмкін жолдарды зерттеп, содан кейін ең тиімді жолға орналасады. Сондай-ақ құстардың навигациясы, ДНҚ мутациялары (кванттық туннельдеу арқылы) және тіпті иіс сезу қабілетіміз кванттық әсерлерге тәуелді болуы мүмкін.
Бұл өте алыпсатарлық және даулы аймақ болса да, кімТәжірибешілер зерттеулер нәтижесінде алынған ақпарат жаңа препараттар мен биомиметикалық жүйелерге әкелетін күнді күтуде (биометрия - жаңа материалдар мен машиналарды жасау үшін биологиялық жүйелер мен құрылымдар қолданылатын ғылымның басқа дамып келе жатқан саласы).
Әлеуметтік және мінез-құлық ғылымдары
Молекулярлық және жасушалық деңгейден тыс, мінез-құлық және әлеуметтік факторлардың ауру мен денсаулыққа қалай әсер ететінін түсіну ауруды түсіну, емдеу және алдын алу үшін өте маңызды. Мұндай ғылымдардағы зерттеулер көптеген пәндер мен тәсілдерді қамтитын үлкен көп қырлы сала болып табылады.
Кәсіби талдау бағдарламасының тұжырымдамасы денсаулықтың күрделі және шұғыл мәселелерін шешу үшін бірге жұмыс істеу үшін биомедициналық, мінез-құлық және әлеуметтік ғылымдарды біріктіреді. Келесі әдістер арқылы мінез-құлық процестерін, биопсихологиялық және қолданбалы өрістерді зерттейтін ғылыми бағыттарды дамытуға назар аударылады:
- Аурудың немесе физикалық жағдайдың мінез-құлық пен әлеуметтік қызметке әсерін зерттеу.
- Аурудың басталуымен және ағымымен байланысты мінез-құлық факторларын анықтау және түсіну.
- Емдеу нәтижелерін зерттеу.
- Денсаулықты нығайту және аурудың алдын алу бойынша зерттеулер.
- Денсаулыққа институционалдық және ұйымдық әсерлерді талдау.
Экзометеорология
Экзометеорологтар ұнатадыэкзо-океанографтар мен экзогеологтар Жерден басқа планеталарда болатын табиғи процестерді зерттеуге қызығушылық танытады. Енді астрономдар жақын маңдағы объектілердің ішкі жұмысын мұқият қарай алатындықтан, олар атмосфералық және ауа-райының үлгілерін қадағалай алады. Юпитер мен Сатурн керемет үлкен потенциалдық жүйелері бар зерттеуге негізгі үміткерлер болып табылады.
Мысалы, Марста шаңды дауылдар үнемі болып тұрады. Бұл ғылыми-техникалық бағытта экзометеорологтар тіпті күн жүйесінен тыс планеталарды да зерттейді. Бір қызығы, олар атмосферадағы органикалық белгілерді немесе көмірқышқыл газының жоғары деңгейін анықтау арқылы экзопланетадан жерүсті өмірінің белгілерін таба алады – бұл индустриалды дәуір өркениетінің ықтимал белгілері.
Нутригеномика
Тағамдық геномика деп те аталатын нутригеномика ғылымның басым саласы болып табылады. Бұл тағам мен ДНҚ реакциясы арасындағы күрделі өзара әрекеттесуді зерттеу. Шынында да, тағам адам денсаулығына қатты әсер етеді - және ол молекулалық деңгейден басталады. Осы салада жұмыс істейтін ғалымдар генетикалық вариацияның рөлін, диеталық реакцияны және қоректік заттардың құрылымдарымызға қалай әсер ететінін түсінуге тырысуда.
Нутригеномика екі жолмен де жұмыс істейді - біздің гендер диеталық таңдауымызға әсер етеді және керісінше. Ғылыми қызметтің осы саласының негізгі мақсаты - жекелендірілген тамақтануды құру - нені салыстыруБіз не жейміз, біздің бірегей генетикалық конституциямыз бар.
Когнитивті экономика
Экономика әдетте терең білім туралы емес, бірақ бұл сала дәстүрлі зерттеу пәндерімен біріктірілгендіктен өзгеруі мүмкін. Мінез-құлық экономикасымен шатастырмау үшін (біздің іс-әрекеттерімізді зерттеу - біз не істейміз - экономикалық шешім қабылдау контекстінде), когнитивтік экономика біздің қалай ойлайтынымыз туралы. Бұл аймақ туралы блог жүргізетін Ли Колдуэлл оны келесідей анықтайды:
Когнитивті экономика (немесе қаржы) … адам таңдау жасаған кезде оның санасында не болып жатқанын қарастырады. Шешім қабылдаудың ішкі құрылымы қандай, ақпарат санаға қалай енеді және оны қалай өңдейді, содан кейін, сайып келгенде, бұл процестердің барлығы біздің мінез-құлқымызда қалай көрінеді?»
Басқаша айтқанда, когнитивті экономика - бұл мінез-құлық экономикасы инженерлік болып табылатын физика. Осы мақсатта осы салада жұмыс істейтін ғалымдар талдауды төменгі деңгейден бастайды және кең ауқымды экономикалық мінез-құлық үлгісін жасау үшін адам шешімдерін қабылдаудың негізгі микропаттерндерін қалыптастырады. Оларға мұны істеуге көмектесу үшін когнитивті экономистер пәннің және есептеу экономикасының байланысты салаларын, сондай-ақ ұтымдылық пен шешім теориясындағы ғылыми және технологиялық зерттеулердің негізгі бағыттарын қарастырады.
