"Pelnrušķīte" kļūst par princesi vai bioloģijas vietu zinātņu hierarhijā

“Pelnrušķīte” kļūst par princesi vai bioloģijas vietu zinātņu hierarhijā

Aleksandrs Aleksandrīvičs Jarilins
Krievijas Federācijas Valsts zinātniskā centra Šūnu imunoloģijas katedras vadītājs – Krievijas Federācijas Federālās medicīnas un bioloģijas aģentūras imunoloģijas institūts, Medicīnas zinātņu doktors
"Ekoloģija un dzīve" №12, 2008

Pēdējās desmitgadēs bioloģija, kas agrāk tika uzskatīta par gandrīz sveša dabas zinātņu avotu, ir kļuvusi par līderi, piesaistot arvien lielāku sabiedrības uzmanību, kā arī materiālos un cilvēkresursus. Iespaidīgākais ir šīs transformācijas ātrums. Jautājums, protams, rodas par tā cēloņiem. Šajā rakstā ir izklāstītas dažas domāšanas.

Bioloģijas iezīmes

Bioloģija – zinātne par dzīvību un dzīves objektiem – tradicionāli pieder dabas zinātņu kompleksam un parasti tiek uzskatīta par vienu no svarīgākajiem no tiem – fizikā un ķīmijā. Bet pat ar visbagātāko triādes salīdzinājumu dažas bioloģijas iezīmes pievērš uzmanību sev, atšķirt to no vairākām dabaszinātņu disciplīnām.

Mājas – mācību objekta neticamā sarežģītība – dzīvā daba – salīdzinājumā ar inertu dabu, ko mācījušās citas dabas zinātnes.Turklāt izpratne par dzīves dabu liecina par klusu, bet acīmredzamu nosacījumu – sākotnēju izpratni par nedzīvo lietu būtību. Protams, šis apgalvojums nav jāsaprot tādā nozīmē, ka vispirms ir pilnībā jāatklāj nedzīvu lietu likumi, un pēc tam varat pievērsties dzīves izpētei. Drīzāk ir piemērota analoga ar zālēm. Patiešām, iejaukšanās dzīvā organismā slimību ārstēšanai ietver izpratni par likumiem, kas ir vitalitātes pamatā, kā arī zināšanas par slimības būtību. Bet, ja šis princips tiktu īstenots burtiski, medicīna kā sava veida darbība līdz šim nebūtu parādījusies. Patiesībā, tāpat kā zāles tiek ievērotas cienījamā attālumā bioloģijas attīstībai, bioloģija attīstās ar noteiktu intervālu pēc fizikas un ķīmijas. Šī bioloģijas "sekundārā daba" attiecībā uz fiziku un ķīmiju izpaužas ne tikai zināšanu un izpratnes veidošanā par dzīvās dabas likumiem, kas balstās uz vispārīgākiem lietas likumiem (bet ne automātiski pēc tiem). Bioloģijas metodoloģiskais pamats, šīs zinātnes rīki, nāk no tehnoloģijas, kas ir fizikas un ķīmijas pēcnācēji.Pietiks tikai atgādināt, ka bioloģija deva mikroskopa izveidošanu, analītiskās ķīmijas metožu attīstību utt.

Vēl viena nozīmīga bioloģijas iezīme ir tāda, ka tās priekšmeti (biologi), kas ir dzīvās būtnes, izrādās vienlaikus arī objekti. Tas dod bioloģijai papildus pievilcību salīdzinājumā ar citām dabaszinātnēm un vienmēr nodrošina sabiedrības interesi par to.

Turklāt bioloģija ir medicīnas pamatne, kas ir pielietota bioloģijas nozare un, kas ir nozīmīgs stimuls finansējumam, ievērojami ietekmē bioloģisko pētījumu struktūru, veicinot attīstību galvenokārt jomās, kas visvairāk saistītas ar medicīnu.

Tātad, var apgalvot, ka studiju priekšmeta neticamas sarežģītības dēļ bioloģija tās gaitā seko fizikai un ķīmijai, balstoties uz šo zinātņu metodēm un saturu. Tajā pašā laikā cilvēka bioloģijai ir īpaša pievilcība ne tikai kā zināšanu avots par sevi, bet arī kā medicīnas un citu pielietotu bioloģijas nozaru pamats, ikdienā aizņemot arvien svarīgāku lomu mūsu ikdienas dzīvē.

Bioloģiskais dualisms

Tradicionālās bioloģijas dualitāte vislabāk izpaužas tā virzienu "corpuscular-genetic" un "fizioloģiskā un metabolisma" līdzāspastāvēšanā.

Tiek uzskatīts, ka jebkura dabas zinātnes attīstība sākas ar novērojumiem un faktu uzkrāšanu, kam seko šo faktu teorētiska izpratne un eksperimentāla analīze un to savstarpējā saistība. Piemēram, fizika diezgan savlaicīgi atdalīja konkrētu priekšmetu (Visuma, Zemes utt.) Izpēti no materiālu eksistences vispārējiem likumiem, izraisot patstāvīgas, lai arī vairāk privātās zinātnes – astronomiju, kosmoloģiju, ģeoloģiju uc Bioloģijā viss Tas bija savādāk. Līdz šim, līdz ar vispārējo bioloģiju, ir arī botānika, zooloģija, mikrobioloģija, humanitāro zinātņu komplekss (tai skaitā lietišķās disciplīnas, tai skaitā medicīna) tās dziļumos. Bez tam, vispārējā bioloģija tikai aptuveni pusstundu pirms tam bija neatkarīga, līdzvērtīga bioloģijas joma. Šajā sakarā ir vērts atcerēties, ka pavisam nesen skolas mācību grāmatas par bioloģiju vispār nepastāvēja – savās privātajās sekcijās nebija mācību grāmatas par botāniku, zooloģiju, anatomiju un cilvēka fizioloģiju, kā arī bēdīgi pazīstamās "Darvinisma pamati" kā kopīgu bioloģisko mācīšanu.To visu var uzskatīt, no vienas puses, par bioloģijas pētījumu objektu īpašās sarežģītības un daudzveidības izpausmi, un, no otras puses, kā par šīs zināšanas neauglības pazīmi.

Vēstures tūre

Ļaujiet mums mēģināt īsi pārskatīt bioloģijas vēsturi, lai atklātu vispārīgākās tendences tajā (kas būs nepieciešamas turpmākai argumentācijai).

Acīmredzot pirmā sistemātiskā pievilcība dzīvo objektu zinātniskajā pētījumā bija cilvēka anatomija, kurai bija acīmredzama medicīniskā orientācija. Senie, viduslaiku un renesanses panākumi gandrīz izsmelti šajā pētījumu jomā. Renesansē pirmajos fiziologos (kuri pētīja asinsrites sistēmu) rakstus cilvēka ķermenis "strādāja". Lai labāk saprastu, kā darbojas cilvēka ķermenis, ir vajadzīgas padziļinātas ķīmiskās zināšanas, un 19. gadsimtā to pamatā bija bioķīmija un metabolismu teorija. Atšķirīgs tikai mikroskopa šūnā sāka uzskatīt par dzīvā organisma pamatu. Makroskopisko orgānu novērošanas uzsvars tika novirzīts uz audu struktūras mikroskopisko analīzi.19. gadsimta beigās parādījās idejas par fizioloģisko funkciju regulēšanu, homeostāzi, izveidojās centrālās nervu sistēmas doktrīna, kas kļuva par fizioloģijas vainagu.

Tā kā, kā jau tika minēts, šis virziens bioloģijā bija orientēts un balstījās galvenokārt uz medicīnu, un cilvēku fizioloģisko pētījumu iespējas bija ārkārtīgi ierobežotas, lai pētītu procesus, kas parādījušies cilvēka ķermenī, bija jāiesaista izmēģinājuma dzīvnieki. Rezultātā iegūtās zināšanas iegūst ne tikai medicīnas, bet arī vispārējas bioloģiskās (paplašinātas ar dažādu sugu pārstāvjiem) interpretāciju. Pamatojoties uz līdzīgiem uzdevumiem un līdzīgām zinātniskām iekārtām, augu fizioloģija un bioķīmija attīstās līdzīgi. Šo bioloģijas nozari var apzīmēt kā fizioloģisku un metabolisku.

No paša sākuma bioloģijas virziens koncentrējās uz vispārējo bioloģisko likumu pētīšanu. Sākumpunkts bija tāda pati aprakstoša pieeja. Pirmie fundamentālie vispārinājumi šajā ceļā ir saistīti ar salīdzinošo anatomiju. Pamatojoties uz to, radās ideja par dzīvās dabas un radinieku savstarpējo vienotību starp organismiem, kas veidoja 17. gadsimtā noteikto bioloģiskās taksonomijas pamatu.

Nākamais solis bija izveidot evolucionāru teoriju, ko ļoti sekmēja praktiskās aktivitātes mākslīgās lauksaimniecības un augu audzēšanā lauksaimniecības praksē. Gandrīz vienlaikus ar Charles Darwin izstrādāto dabiskās atlases teoriju kā evolūcijas procesa pamatu, G. Mendel izveidoja iedzimtības korpusularo būtību. Pateicoties sagatavotajai citoloģiskai (šūnu) bāzei, tam sekoja strauja ģenētikas attīstība (hronosomu iedzimtības teorija, mutāciju kā bioloģiskās daudzveidības avota izpēte, materiālu izvēle utt.). 20. gadsimta pirmās puses ģenētika tika saukta par formālu ne bez iemesla: lai izprastu ģenētisko un evolucionāro procesu būtību, iedzimtības vienību bioķīmiskais raksturs un selekcijas objekti šajā posmā nebija nozīmīgi. Mēs atzīmējam šo bioloģijas nozari kā korpuskulāro-ģenētisko.

Divas bioloģijas?

Ir viegli redzēt, ka divu filiāļu pieejas ievērojami atšķīrās. Sākumā tas bija saistīts ar sākotnējo interešu, uzdevumu un koncepciju atšķirību, bet pēc tam izplatījās uz metodoloģiskajām pieejām, tādējādi galu galā izveidojot divus zinātniskās domāšanas veidus.Šo "divu bioloģiju" atbalstītāju viedokļu atšķirības bija tik nopietnas, ka viņi citādi atbildēja uz kardinālo jautājumu – kāds ir dzīves pamats.

Korpuskulāro-ģenētisko tendenču atbalstītāju stāvoklis bija īss (lai gan tas nebija pārāk skaidrs neziņotiem), ko formulēja N.V. Timofejevs-Resovskajs: "Dzīvības pamatā ir iespējamā reduplicācija". Ar nekontrolējošu reduplicāciju viņš saprata bioloģisko objektu (galu galā, hromosomu, gēnu, DNS) dubultošanos ar iespējamām novirzēm no sākotnējā stāvokļa.

Fizioloģiskās un metaboliskās tendences sekotāji uzskatīja, ka vielmaiņas pamatā ir dzīvība, kuras pārtraukšana ir neatgriezeniska un nozīmē nāvi.

Nevar piekrist tam, ka gan dzīves būtības izpratne ir taisnīga, bet gan tā atrodas dažādos līmeņos. Korpuskulāro-ģenētisko izpratni galvenokārt skar iedzimtība – pašrealizācijas process un dzīvo objektu daudzveidības cēloņi, bet fizioloģiskā un vielmaiņas izpratne balstās uz iedzimtu fenotipisko izpausmju reģistrāciju.

Šī bioloģijas bioloģija turpinājās līdz 20. gadsimta vidum, kad notika notikumi, kuru rezultātā tika apspriesti apgabali.Tā bija šī sintēze, kas kalpoja par pamatu bezprecedenta bioloģijas progresam, kas tai guva vadošo pozīciju dabaszinātnēs.

Sintēze par "divām bioloģijām" un molekulārās bioloģijas dzimšana

Nobela prēmija fizioloģijā un medicīnā 1962. gadam tika piešķirta J. Watson, F. Creek un M. Wilkins DNS struktūras atšifrēšanai (publicēts 1953. gadā). Faktiski balvu saņēma divi dažādi darbi. M. Wilkins un R. Franklins pakļauti rentgenoloģiskai DNS kristālu strukturālajai analīzei (zinātnisko sintēžu paraugs: fizikas metodes un principi, ko izmanto, lai pētītu ķīmiskās struktūras – bioloģijai būtiskas makromolekulas). J. Watson un F. Crick izdarīja teorētisku vispārinājumu attiecībā uz DNS struktūru, kas ļāva izskaidrot šīs molekulas bāzes īpašības kā ienesīguma nesēju. Agrāk bioķīmiķis E. Chargaffs (kurš vēlāk kļuva par jaunās bioloģijas pretinieku ar savu stilistiku un ideoloģiju) konstatēja, ka slāpekļa bāzes saturs DNS adenīnā (A) ir vienāds ar timiāna saturu (T), un guanīna (G) saturs ir citozs ( C); Tādējādi šīs bāzes veido A – T un C – G pārus (Chargaff noteikums), kas bija galvenais faktors Dots modeli Watson un Crick būvniecībai.Šī modeļa būtība bija tāda, ka DNS ir dubultā spirāle, un tās veidojošie pavedieni savstarpēji papildina viens otru (citiem vārdiem sakot, savstarpēji papildina), pateicoties ūdeņraža saitēm starp noteiktiem nukleotīdiem – tieši tiem, kas saskaņā ar Chargaff noteikumu ir savstarpēji saistīti. Modelis parādīja DNS lomu kā iedzimtības nesēju, ko kodē nukleotīdu secība (doma par kodu drīz formulēja G. Gamovs).

Šis vispārinājums (kas ātri kļuva vispāratzīts) sekoja intensīvam pētījumam, kas izstrādāja šos jēdzienus un "iestrādāja" tos tradicionālo bioķīmisko koncepciju kontekstā. Svarīgi pagrieziena punkti bija: pētījums par bioloģiskās informācijas tiešu pārnešanu no DNS uz RNS (un no tā uz olbaltumvielu); koda kodēšana, pārraidot informāciju no nukleīnskābēm uz olbaltumvielām; to enzīmu atrašana, kas katalizē DNS, RNS un olbaltumvielu sintēzi, kā arī subcellulārās struktūras, kurās notiek šie procesi. Visa notikumu virkne no DNS replikācijas uz olbaltumvielu sintēzi spēja pavairot ārpus šūnas.

Šodien ir skaidrska tas bija DNS dubultās spirāles struktūras atklāšana, kas izraisīja strauji augošu vissvarīgāko vispārēji zinātniski nozīmīgo rezultātu lavīnu, kas neizbēgami noveda pie neko citu kā iepriekš sadalītu un nesaderīgu meklējamo bioloģijas nozaru sintēze. Gēni ir ieguvuši "bioķīmisko miesu", viņu darbu tagad var attēlot bioķīmisko procesu veidā. Principā ir kļuvis skaidrs ģenētisko procesu bioķīmiskais pamats, un molekulārā līmenī ir pamatoti fizioloģiskie modeļi. Molekulārā pārdomāšana, kas sākotnēji ietekmēja iedzimtības teoriju, ātri izplatījās uz šūnu fizioloģijas pamatu un pēc tam organisma analīzi. Tagad jebkuram pētījumam, kas prasa heiristisko un konceptuālo nozīmi, jāiekļauj molekulāra, vēlams molekulārā ģenētiskā pastiprināšana.

Tādējādi radās jauna zinātne, molekulārā bioloģija, un tās ietvaros tika veikta ķermeņa daļas ģenētisko un fizioloģiski metabolisko bioloģisko virzienu sintēze.

Bioloģiskās revolūcijas augļi

Papildus revolūcijai dzīvās dabas izpratnē, šie rezultāti radīja jaunu metodoloģiju, kas ievērojami bagātināja eksperimentālās bioloģijas iespējas.Viena no efektīvām metodoloģiskām pieejām bija bioloģisko objektu klonēšana gēnu un šūnu līmenī (pārāk agri runāt par organismu klonēšanu zinātniskai analīzei). Salīdzinot ar iepriekš pastāvošajām molekulu un šūnu atdalīšanas metodēm, klonēšana ir devusi milzīgas priekšrocības saistībā ar darbietilpības, laika un materiālu izmaksu samazināšanu, kā arī ievērojamu efektivitātes pieaugumu. Sekvenēšanas metodes tika ievērojami uzlabotas – monomēru secības noteikšana makromolekulu sastāvā, kas izrādījās īpaši veiksmīga nukleīnskābju izpētei. Pamatojoties uz jaunām zināšanām molekulārās un šūnu bioloģijas jomā, ir izstrādātas matricas proteīnu biosintēzes metodes, kas ir nesalīdzināmas ātrumā un efektivitātē ar tradicionālo ķīmisko sintēzi. Visbeidzot, bija iespējams izstrādāt metodes gēnu manipulēšanai – tās ir iemācījušās izgriezt un ievietot šūnās, selektīvi kontrolēt savu darbību utt. Visas šīs metodes, kas pārsteidzoši ātri attīstījās molekulārās bioloģijas ietvaros, kalpoja kā pamats gēnu inženierijai 20. gs. Gadi, tikai ceturtdaļa gadsimta pēc DNS struktūras atšifrēšanas – dubultās spirāles atklāšana.Ģenētiskās un plašākās molekulārās inženierijas metodes intensīvi tiek izmantotas zinātniskos pētījumos, kas ievērojami palielināja to pierādījumu spēku. Tie pat ir ievadīti ikdienas laboratorijas praksē (piemēram, polimerāzes ķēdes reakcijā 1 Kopš 1980. gadiem tas ir plaši izmantots medicīnas diagnostikā, lai noteiktu audu saderību utt.). Šīs metodiskās pieejas būtiski mainīja biotehnoloģiju.

Precīza zinātne

Atšķirībā no fizikas un ķīmijas, kas sākotnēji bija precīzās zinātnes, bioloģija tikai dažas no tās sadaļām (piemēram, ģenētika) apgalvoja precizitāti. Tas bija saistīts ar faktu, ka parasti (jo īpaši fizioloģiskā un metaboliskā virzienā) pētnieki apmierināja molekulu un šūnu maisījumus, kurus analizēja, izmantojot metodes, kas ļauj dažādi interpretēt rezultātus. Molekulāro analīžu metožu izmantošana padarīja bioloģiju par precīzu zinātni, jo tā ļāva to izmantot pētījumos par tīrajām bioloģiskajām vielām (molekulām, šūnām) un izmantot metodes, kas sniedz nepārprotamus rezultātus. Šajā sakarā ievērojami ir pieaudzis bioloģisko pētījumu pieredze, kas veikta, izmantojot jauno metodoloģiju.Šo pārmaiņu rezultātā savukārt strauji paātrinājās bioloģijas progress: pēdējo gadu desmitu laikā gūto zināšanu apjoms ir salīdzināms ar summu, kas uzkrāta bioloģijas jomā vairāku gadsimtu gaitā.

Worldview Goals – globālie projekti

Nepieciešams neminēt tādas modernās bioloģijas attīstības iezīmes kā orientācija uz vispārēju un fundamentālu rezultātu iegūšanu globālu projektu ietvaros. Piemērs ir projekts "Cilvēka genoms", kura mērķis ir pilnīgi izkliedēt cilvēka genomu. No pirmā acu uzmetiena šādas zināšanas šķiet liekas, līdzīgas oficiālajai katalogācijai. Tomēr, rūpīgāk pārbaudot, nav grūti pārliecināties, vai tas tā nav. Piemēram, pētot šūnu darbību, pētnieki tagad parasti nosaka visu viņu darbā iesaistīto gēnu izpausmi. Bez to specifikācijas iegūto rezultātu dekodēšana nebūtu iespējama, un tāpēc nebūtu iespējams novērtēt šūnas funkcijas. Līdz šim ne tikai cilvēka genoms ir pilnībā dekodēts, bet arī peles, augļu mušas, tārps Cenorabditis elegans, kas ir iecienītie ģenētisko un molekulāro bioloģisko pētījumu modeļi. Tagad proteomikas ietvaros 2 veica līdzīgā kopkatalogu proteīniem cilvēkiem un dzīvniekiem, tai ir jābūt realizāciju fizioloģisko funkciju organismā un var būt vispilnīgākā izpausme sintēzes viļņu-ģenētisko, fizioloģisko un vielmaiņas jomās bioloģijā.

Mainot idejas par bioloģiju un tās lomu

Plaši izplatība molekulārās bioloģijas visiem bioloģiskajiem disciplīnās ir radījusi domu, ka tradicionālie bioloģijas zinātnes (šūnu bioloģija, bioķīmija, fizioloģija), un pat daži no savām nodaļām (medicīnā, ir, piemēram, onkoloģija, hematoloģija, imunoloģija) zaudē savu individualitāti un kļūt daļa viena molekulārā bioloģija. Šis uzskats atspoguļo molekulārās pieejas adeptu maksimālismu bioloģijā. Tomēr līdzīgas epizodes notika ne tikai vēsturē bioloģijas un parasti beidzās ar suverenitātes atjaunošana zinātnisko disciplīnu, kas ir savas specifiskas uzdevumi, objekti un pētniecības metodes. Piemēramjebkurā molekulārās pieejas iekļūšanas pakāpē šūnu bioloģijā šūna vienmēr paliek neatkarīgs bioloģisks objekts, kas nav reducējams līdz to veidojošo molekulu summai un rada īpašus uzdevumus un metodiskās pieejas. Vēl jo vairāk, molekulāro pieeju izmantošanas robežas ir novērojamas pārejā no molekulārā-ģenētiskā un ontogēnā dzīves līmeņa uz iedzīvotāju un biosfēras. Tomēr ir skaidrs, ka bioloģijas ideoloģiskā un metodoloģiskā vienotība ir ievērojami nostiprināta, pateicoties molekulāro pieeju principu un metožu ieviešanai.

Kā jau minēts, bioloģijas pāreja uz molekulāro līmeni ir radījusi jaunu biotehnoloģiju. Tā pamatā ir mūsdienu bioloģijas metožu (jo īpaši gēnu inženierijas) rūpnieciska izmantošana daudzu praktiski nozīmīgu bioloģisko produktu ražošanai: jaunas zāles un diagnostikas produkti, pārtikas produkti, reaģenti zinātniskiem pētījumiem utt. Visbiežāk šāda veida produkts ir rekombinantā ( mākslīgi izveidota un ar jaunām īpašībām) proteīni, kuru sintēze kontrolē jaunus šūnās ievestos gēnus.Biotehnoloģiskās ražošanas rentabilitāte jau sen pārsniedza tradicionālo nozari – ar to var konkurēt tikai datortehnoloģija. Šajā sakarā būtiski palielinājusies bioloģijas ietekme uz mūsu dzīvi, kas savukārt veicināja sabiedrības uzmanības pievēršanu tam.

Jaunas iespējas – jauni izaicinājumi

Tehnisko spēju pieaugums un bioloģijas ietekmes dramatiskā paplašināšanās cilvēku dzīvē jau ir radījusi jaunas problēmas. Visi zina debates par ģenētiski modificēto pārtikas produktu pieņemamību. Biotehnoloģijas nozaru augsta rentabilitāte rada tendenci netīši un netieši uzlikt savus produktus (ieskaitot zāles un pārtiku) ar grūtībām paredzētām sekām. Pati ārkārtīgi strauja un šķietami nekontrolējama zinātnes attīstība jau kādu laiku iedvesmoja bailes, ka bioloģija iekļūst aizliegtajās cilvēka eksistences zonās un ietekmēs tādus aspektus kā, piemēram, cilvēka individualitāte, cilvēka eksistences likumi un robežas utt. Apbrīnojamo progresu kombinācija biotehnoloģijā psiholoģiskās bioloģijas panākumi rada jaunas bailes.Laiku pa laikam noteiktie moratoriju pētījumi noteiktās bioloģijas jomās vienmēr ir īslaicīgi un nevar apturēt bioloģijas attīstību visās tā formās un izpausmēs, kas pieejamas cilvēku spējas. Tomēr tieši šāda veida problēmas un bailes ir pārliecinoša liecība par bioloģijas panākumiem (viņi baidījās par radiāciju un ķīmisko piesārņojumu, tagad tie ir biotehnoloģiskie produkti).

Praktiski piemēri

Vispārējie argumenti par šo tēmu spilgti ilustrē konkrētus piemērus.

70. gados tika atklāta parādība, ko sauc par apoptozi. 3kuru nozīmi var attēlot kā šūnu pašnāvību daudzķermeņu organisma interesēs.

Fundamentālisma un nozīmīguma ziņā šī parādība ir salīdzināma ar šūnu dalījumu un diferenciāciju. Viņa atklājumu veica tradicionālās metodes, kuras pirmajam divdesmit gadiem tika izmantotas viņa pētījumam, kas izrādījās ļoti neefektīvs. Bet vēlāk (kad biologi saprata atklājuma nozīmīgumu), viņi pielietoja molekulāro ģenētisko pieeju analīzei, izvēloties kā iepriekšminētā tārpa priekšmetu C. elegans – pateicoties augstai šūnu skaita stabilitātei šajā organismā un ērtībai strādāt ar to. Pēc tam tika ātri identificēts ar apoptozi saistīto gēnu saraksts, tika identificēti viņu homologi (gēni ar tādu pašu struktūru) zīdītājiem, to loma šajā procesā tika noteikta, lai apoptozes mehānismi tiktu plaši definēti.

Vairākus gadus darbā, izmantojot molekulārās bioloģijas principus un metodes, tika atrisināta problēma, ko desmitiem gadu nav iespējams izpētīt ar tradicionālām metodēm.

Kaut arī medicīniskās diagnostikas (un jo īpaši vēža profilakses un ārstēšanas) problēmas attiecas uz visiem, tās vēl joprojām nav pilnībā atrisinātas, tāpēc onkoloģija, šķiet, ir vispiemērotākais atspēriena punkts, lai izstrādātu jaunas praktiskās nozīmes pieejas. Viens no tiem ir saistīts ar audzēja antigēnu, tas ir, audzēja šūnām raksturīgo vielu meklēšanu un ražošanu, bet svešā organismā (vismaz pieaugušajam) un rada atbilstošu antivielu veidošanos. Audzēju vakcīnu pamatā var būt audzēju antigēni.

Pirmo audzēja antigēnu atklāja G. I. Abelevs 1960. gadu sākumā.Tad tajos iesaistījās daudzi pētnieki, taču viņu identificēšana un izolācija joprojām bija sarežģītas problēmas. Molekulārā bioloģija ļāva izstrādāt relatīvi vienkāršu un efektīvu pieeju oncovakcīnu veidošanai. Un pat ja nebūtu iespējams izveidot pietiekami efektīvas vakcīnas, visticamāk, tā ir problēma, kas saistīta ar nepilnīgām zināšanām par pretvēža imunitātes mehānismiem nekā par tehnoloģiju nepilnībām.

Viens no visspilgtākajiem mūsdienu šūnu un molekulārās bioloģijas piemēriem, kas ir biotehnoloģiskās ražošanas pamats, var būt monoklonālo antivielu nozare. 4 bez kuras mūsdienās mūsdienu zinātne un medicīna nav iedomājama.

Šādas antivielas ir ļoti jutīgs līdzeklis bioloģisko makromolekulu analīzei. Tos lieto imūnķīmiskās analīzes nolūkā identificēt un izolēt vielas, izmērīt to koncentrāciju, un medicīnā – diagnostikai. Tradicionāli tie tika iegūti, imunizējot dzīvniekus, t.i., injicējot tos ar vielu, pret kuru viņi vēlējās iegūt antivielas. Tomēr tas radīja antivielu maisījumu, ko ražo dažādi šūnu kloni, kuri atbildīgi par imūnreakciju.Tādēļ nebija iespējams iegūt standarta preparātus antivielu ražošanai ar nepieciešamo specifiku (selektivitāti).

Tas bija iespējams to izdarīt, izmantojot hibridomas – jaunu tehnoloģiju, kuras pamatā ir imunizēto dzīvnieku (parasti pelēm) šūnu saplūšana ar audzēja šūnām. Hibrīdās šūnas ir praktiski nemirstīgas un tām ir augsta spēja pavairot.

Izmantojot šūnu klonēšanas paņēmienus, kā arī vairākus citus paņēmienus, kas atvieglo hibrīdu izvēli, zinātnieki izolē tieši to šūnu klonu, kas ražo nepieciešamās antivielas. Iegūtie šūnas (tā ir hibridoma) apvieno spēju radīt specifiskas antivielas ar nemirstību. Šādas šūnas var pavairot jebkurā daudzumā un saglabāt patvaļīgi ilgu laiku. Tās sastāvā esošās antivielas ir viendabīgas, un citām īpašībām tās atbilst prasībām par tīrākajiem ķīmiskajiem reaģentiem.

Hibondomas izraisīja revolūciju ne tikai imunoloģijā, bet arī medicīnā un bioloģijā kopumā. Ar monoklonālo antivielu palīdzību jau ir veiksmīgi identificētas molekulas un šūnas, tiek diagnosticētas slimības, tās izmanto ļaundabīgo audzēju un citu patoloģiju ārstēšanai.Tomēr peles antivielas ir svešas no cilvēka ķermeņa, kas, savukārt, ražo antivielas pret šīm antivielām, neitralizējot tās. Bet šī problēma tika atrisināta pateicoties gēnu inženierijai: visas antivielu molekulas daļas, izņemot mazu, specifisku īpatnību, tiek aizstātas ar cilvēka analogiem. Tā rezultātā antivielas, saglabājot specifiskumu, vairs nav svešas cilvēkiem.

Sastādīto monoklonālo antivielu variantu skaits jau sen ir simtiem tūkstošu, un to ražošana joprojām ir viena no izejvielu skaita ziņā.

***

Šķiet, ka tagad ir iespējams atgriezties pie atbildes uz jautājumu, kas tika izvirzīts raksta sākumā, meklējumam: kāpēc bioloģija, kas gadsimtiem ilgi ir bijusi dabas zinātņu apsardzībā, aizņem vienādas pozīcijas pie fizikas un ķīmijas un pat pārspēj tās attīstības tempus un finansējuma apjomu. Ierosinātā atbilde ir tāda, ka 20. gs. Vidū apvienojās divas dažādas pieejas dzīves izpētei – ķermeņa daļas-ģenētiskai un fizioloģiski-metabolisma bioloģijas virzieniem. Šī sintēze, kuras rezultātā radās jauna zinātne – molekulārā bioloģija,nodrošinot strauju bioloģijas spēju palielināšanos visos aspektos, radīja ātru precīzu zināšanu uzkrāšanu un izveidoja pamatu jaunu tehnoloģiju attīstībai, kuru ietekme ir plašāka nekā zinātne un kas dziļāk un dziļāk iekļaujas mūsu dzīvē, radot interesantu sabiedrības interesi.


1 Polimerāzes ķēdes reakcija (PCR) ir molekulārās bioloģijas metode, kas ļauj ievērojami palielināt atsevišķu DNS fragmentu zemo koncentrāciju bioloģiskajā materiālā (paraugs). Papildus DNS eksemplāru (amplifikācijas) vienkāršai reproducēšanai, PCR ļauj veikt daudzas citas manipulācijas ar ģenētisko materiālu (mutāciju ieviešana, DNS fragmentu saplūšana utt.), Un to plaši izmanto bioloģijā un medicīnā (piemēram, iedzimtu vai infekcijas slimību diagnosticēšanai, radniecības radīšanai , gēnu izolēšana un klonēšana utt.).

2 Proteomika ir zinātne par olbaltumvielām un to mijiedarbību (it īpaši cilvēka ķermenī). Starp pētītajiem procesiem ir proteīnu sintēze, to modifikācija, sadalīšanās un aizstāšana organismā. Iepriekš olbaltumvielu pētījums bija vienas no bioķīmijas sadaļām.

3 Apoptoze – ieprogrammēta šūnu nāvi,ko papildina raksturīgo pazīmju kopums, kas atšķiras vienšūnas un daudzšūnu organismos: piemēram, hromatīna šūnu kompresija, kondensācija un hromatīna fragmentācija, kas piepilda hromosomu, šūnu membrānu blīvēšana (tādēļ apoptozes laikā šūnu saturs neietilpst vidē).

4 Monoklonālās antivielas rada imūnkapitālijas, kas pieder vienam un tam pašam šūnu klonam (t.i., iegūts no vienas prekursoru šūnas). Tos var ražot praktiski jebkurā vielā, ar kuru antiviela specifiski saistās, kas ļauj tos plaši izmantot bioķīmijā, molekulāro bioloģijā un medicīnā konkrētas vielas noteikšanai vai tās attīrīšanai.


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: