"Kopciuszek" staje się księżniczką lub miejscem biologii w hierarchii nauk

„Kopciuszek” staje się księżniczką lub miejscem biologii w hierarchii nauk

Aleksander Aleksandrowicz Yarilin,
Doktor nauk medycznych, kierownik Wydziału Immunologii Komórki Państwowego Centrum Naukowego Federacji Rosyjskiej – Instytut Immunologii Federalnej Agencji Medycznej i Biologicznej Federacji Rosyjskiej
"Ekologia i życie" №12, 2008

W ostatnich dziesięcioleciach biologia, która wcześniej uważana była za kogoś zupełnie obcego wśród nauk przyrodniczych, stała się liderem, przyciągając coraz większą uwagę społeczeństwa, a także zasoby materialne i ludzkie. Najbardziej imponująca jest szybkość tej transformacji. Oczywiście powstaje pytanie o przyczyny. Artykuł przedstawia kilka przemyśleń na ten temat.

Funkcje biologiczne

Biologia – nauka o życiu i żywych przedmiotach – tradycyjnie należy do zespołu nauk przyrodniczych i jest zwykle uważana za jedną z najważniejszych z nich – fizykę i chemię. Ale nawet przy najbardziej powierzchownym porównaniu tej triady niektóre cechy biologii zwracają uwagę na siebie, odróżniając ją od wielu dziedzin nauki przyrodniczej.

Dom – niesamowita złożoność przedmiotu badań – żyjąca natura – w porównaniu z naturą bezwładności, badaną przez inne nauki przyrodnicze.Co więcej, zrozumienie natury życia sugeruje jako cichy, ale oczywisty warunek wstępne zrozumienie natury materii nieożywionej. Oczywiście, tego stwierdzenia nie należy rozumieć w tym sensie, że prawa nieożywionej materii muszą być najpierw całkowicie objawione, a następnie można przejść do studiowania życia. Przeciwnie, odpowiednia jest analogia z medycyną. Istotnie, interwencja w żywym organizmie w celu wyleczenia chorób wymaga zrozumienia praw, które leżą u podstaw żywotnej aktywności, a także wiedzy o naturze choroby. Ale jeśli ta zasada byłaby prowadzona dosłownie, medycyna jako rodzaj działalności nie pojawiłaby się do tej pory. W rzeczywistości, podobnie jak medycyna podąża z szacunkiem za rozwojem biologii, biologia rozwija się w pewnym odstępie czasu po fizyce i chemii. Ta "drugorzędna natura" biologii w odniesieniu do fizyki i chemii przejawia się nie tylko w sferze wiedzy i zrozumienia praw natury żywej, opartej na bardziej ogólnych prawach materii (ale nie na automatycznym naśladowaniu ich). Metodologiczne podstawy biologii, narzędzia tej nauki, pochodzą z technologii, która jest potomstwem fizyki i chemii.Wystarczy przypomnieć, że dali biologii na stworzenie mikroskopu, rozwój metod chemii analitycznej itp.

Inną ważną cechą biologii jest to, że jej poddani (biologowie), będąc żywymi istotami, okazują się jednocześnie jej obiektami. Daje to biologii dodatkową atrakcję w porównaniu z innymi naukami przyrodniczymi i przez cały czas służy jej jako gwarancja interesu publicznego.

Ponadto biologia jest podstawą medycyny, która jest zastosowaną gałęzią biologii i, będąc istotną zachętą do finansowania, znacząco wpływa na strukturę badań biologicznych, sprzyjając rozwojowi przede wszystkim tych obszarów, które są najbardziej związane z medycyną.

Można więc argumentować, że ze względu na niewiarygodną złożoność przedmiotu badań, biologia w jej postępie jest następstwem fizyki i chemii, w oparciu o metody i zawartość tych nauk. Jednocześnie dla żywego obiektu – człowieka – biologia ma szczególną atrakcyjność nie tylko jako źródło wiedzy o sobie, ale także jako podstawę medycyny i innych stosowanych gałęzi biologii, z dnia na dzień zajmujących coraz ważniejszą rolę w naszym codziennym życiu.

Dualizm biologiczny

Dwoistość tradycyjnej biologii przejawia się najwyraźniej we współżyciu "korpuskularno-genetycznym" i "fizjologicznym i metabolicznym" jego kierunków.

Uważa się, że rozwój jakiejkolwiek nauki przyrodniczej rozpoczyna się od obserwacji i akumulacji faktów, po którym następuje teoretyczne zrozumienie i analiza eksperymentalna tych faktów i wzajemne zależności między nimi. Na przykład, fizyka dość wcześnie oddzieliła badanie konkretnych obiektów (Wszechświata, Ziemi itp.) Od badania ogólnych praw istnienia materii, dając początek niezależnym, choć bardziej prywatnym naukom – astronomii, kosmologii, geologii itp. W biologii wszystko To było inne. Do tej pory, wraz z ogólną biologią, znajdują się botanika, zoologia, mikrobiologia, kompleks nauk humanistycznych (w tym stosowanych dyscyplin, w tym medycyny). Co więcej, biologia ogólna dopiero pół wieku temu stała się niezależną, równą dziedziną biologii. W tym względzie warto pamiętać, że całkiem niedawno podręczniki szkolne dotyczące biologii w ogóle nie istniały – zamiast nich podręczniki znajdowały się na jego prywatnych działach – botaniki, zoologii, anatomii i fizjologii człowieka oraz notoryczne "podstawy darwinizmu" jako wspólne nauczanie biologiczne.Wszystko to można z jednej strony postrzegać jako przejaw szczególnej złożoności i różnorodności przedmiotów badań biologii, az drugiej jako oznaka niedojrzałości tej nauki.

Wycieczka po historii

Spróbujmy krótko przejrzeć historię biologii, aby ujawnić w niej najbardziej ogólne tendencje (które będą konieczne do dalszego wnioskowania).

Najwyraźniej pierwszym systematycznym odwołaniem do badań naukowych nad żywymi obiektami była ludzka anatomia, która miała oczywistą medyczną orientację. Sukcesy osiągnięte w starożytności, średniowieczu i renesansie niemal wyczerpały ten obszar badań. W renesansie w pismach pierwszych fizjologów (którzy badali układ krążenia) ciało ludzkie "działało". Aby lepiej zrozumieć, jak funkcjonuje ludzkie ciało, potrzebna była głębsza wiedza chemiczna, aw XIX wieku na ich podstawie powstały biochemia i teoria metabolizmu. Wyraźne tylko w mikroskopie komórka zaczęła być uważana za podstawę żywego organizmu. Nacisk z makroskopowej obserwacji narządów został przesunięty do mikroskopowej analizy struktury tkanek.Pod koniec XIX wieku pojawiły się pomysły na regulację funkcji fizjologicznych, homeostazę i ukształtowała się doktryna ośrodkowego układu nerwowego, która stała się koroną fizjologii.

Ponieważ, jak już zauważono, ten kierunek w biologii był zorientowany i opierał się głównie na medycynie, a możliwości badań fizjologicznych na ludziach były niezwykle ograniczone, aby zbadać procesy zachodzące w ludzkim ciele, konieczne było zaangażowanie zwierząt doświadczalnych. W rezultacie zdobyta wiedza nabrała nie tylko wąsko medycznej, ale także ogólnej interpretacji biologicznej (rozszerzonej na przedstawicieli różnych gatunków). Opierając się na podobnych zadaniach i podobnych instalacjach naukowych, rozwinęła się w podobny sposób fizjologia i biochemia roślin. Ta gałąź biologii może być określona jako fizjologiczna i metaboliczna.

Od samego początku inny kierunek w biologii skupiał się na badaniu ogólnych praw biologicznych. Punktem wyjścia było tutaj to samo podejście opisowe. Pierwsze podstawowe uogólnienia na tej ścieżce związane są z anatomią porównawczą. Na jej podstawie powstała idea jedności żywej natury i pokrewieństwa między organizmami, która stała się podstawą biologicznej taksonomii wyłonionej w XVII wieku.

Następnym krokiem było stworzenie teorii ewolucyjnej, która została znacznie ułatwiona przez praktyczne działania w sztucznej hodowli zwierząt i roślin w praktyce rolniczej. Niemal równocześnie z opracowaniem przez Charlesa Darwina teorii doboru naturalnego jako podstawy procesu ewolucyjnego, G. Mendel ustanowił korpuskularną naturę dziedziczności. Dzięki przygotowanej cytologicznej (komórkowej) podstawie, nastąpił szybki rozwój genetyki (chromosomowa teoria dziedziczności, badanie mutacji jako źródła różnorodności biologicznej, dostarczanie materiału do selekcji, itp.). Genetyka pierwszej połowy XX wieku została nazwana formalnie nie bez powodu: dla zrozumienia istoty procesów genetycznych i ewolucyjnych biochemiczna natura jednostek dziedziczności i przedmiotów selekcji na tym etapie nie miała znaczenia. Oznaczamy tę gałąź biologii jako korpuskularno-genetyczną.

Dwie biologii?

Łatwo zauważyć, że podejścia leżące u podstaw dwóch oddziałów różniły się znacznie. Początkowo było to spowodowane różnicą w początkowych interesach, zadaniach i koncepcjach, ale następnie rozprzestrzeniło się na podejścia metodologiczne, aby ostatecznie ukształtować dwa style myślenia naukowego.Różnice w poglądach zwolenników tych "dwóch biologii" były na tyle poważne, że inaczej odpowiadali na kardynalne pytanie – na czym polega podstawa życia.

Pozycja zwolenników trendu korpuskularno-genetycznego była krótko (choć niezbyt wyraźna dla niewtajemniczonych) sformułowana przez N.V. Timofiejew-Resowski: "Podstawą życia jest przypadkowa reduplikacja". Dzięki redystylacji konwergentnej zrozumiał podwojenie obiektów biologicznych (ostatecznie chromosomów, genów, DNA) z możliwymi odchyleniami od stanu początkowego.

Zwolennicy fizjologicznego i metabolicznego trendu uważali za podstawę życia metabolizm, którego zaprzestanie jest nieodwracalne i oznacza śmierć.

Nie można nie zgodzić się, że oba rozumienia natury życia są sprawiedliwe, ale znajdują się jakby na różnych poziomach. Zagadnienie korpuskularno-genetyczne dotyczy przede wszystkim dziedziczności – procesu rozmnażania się i przyczyn różnorodności żywych obiektów, podczas gdy fizjologiczne i metaboliczne zrozumienie opiera się na rejestracji fenotypowych przejawów cech dziedzicznych.

Ta biologia biologii przetrwała do połowy XX wieku, kiedy to wydarzyły się wydarzenia, które zaowocowały syntezą rozważanych obszarów.Właśnie ta synteza posłużyła jako podstawa bezprecedensowego postępu biologii, która doprowadziła ją do czołowych pozycji w naukach przyrodniczych.

Synteza "dwóch biologii" i narodzin biologii molekularnej

Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny za rok 1962 przyznano J. Watsonowi, F. Creekowi i M. Wilkinsowi za odszyfrowanie struktury DNA (opublikowanej w 1953 r.). W rzeczywistości nagrodę przyznano dwóm różnym pracom. M. Wilkins i R. Franklin poddali rentgenowskiej analizie strukturalnej kryształów DNA (przykładowy przykład syntezy nauk: metody i zasady fizyki stosowane do badania struktur chemicznych – makrocząsteczki, które mają kluczowe znaczenie dla biologii). J. Watson i F. Crick dokonali teoretycznego uogólnienia dotyczącego struktury DNA, co pozwoliło wyjaśnić podstawowe właściwości tej cząsteczki jako nośnika dziedziczności. Wcześniej biochemik E. Chargaff (który później stał się żarliwym przeciwnikiem "nowej biologii" ze swoją stylistyką i ideologią) odkrył, że zawartość azotowej zasady w DNA adeniny (A) jest równa zawartości tyminy (T), a zawartość guaniny (G) to cytozyna ( C); w ten sposób te zasady tworzą pary A-T i C-G (zasada Chargafa), co było kluczowym faktem dla budowy modelu DNA w Watson i Crick.Istotą tego modelu było to, że DNA jest podwójną helisą, a tworzące ją nici wzajemnie się uzupełniają (innymi słowy, komplementarnie względem siebie) dzięki wiązaniom wodorowym między niektórymi nukleotydami – dokładnie tymi, które zgodnie z zasadą Chargaffa odpowiadają sobie nawzajem. W modelu wyjaśniono rolę DNA jako nośnika dziedziczności, który jest kodowany przez sekwencję nukleotydów (idea kodu została wkrótce sformułowana przez G. Gamow).

To uogólnienie (które szybko zyskało powszechne uznanie) zostało poprzedzone intensywnymi badaniami, które rozwinęły te pojęcia i "osadziły" je w kontekście tradycyjnych koncepcji biochemicznych. Ważnymi kamieniami milowymi były: badanie ukierunkowanego transferu informacji biologicznych z DNA do RNA (i od niego do białka); dekodowanie kodu podczas przesyłania informacji z kwasów nukleinowych do białek; odkrycie enzymów katalizujących syntezę DNA, RNA i białek, a także struktur subkomórkowych, w których zachodzą te procesy. Cały łańcuch zdarzeń od replikacji DNA do syntezy białek był zdolny do reprodukcji poza komórką.

Dzisiaj jest jasneże to odkrycie podwójnej helisy DNA spowodowało gwałtownie narastającą lawinę najważniejszych wyników o ogólnym znaczeniu naukowym, co nieuchronnie doprowadziło do niczego innego niż synteza uprzednio rozdzielonych i niekompatybilnych gałęzi biologii. Geny nabrały "biochemicznego miąższu", ich prace mogły być teraz reprezentowane w postaci procesów biochemicznych. Zasadniczo biochemiczne podstawy procesów genetycznych stały się jasne, a wzorce fizjologiczne zostały potwierdzone na poziomie molekularnym. Refleksja molekularna, początkowo wpływająca na teorię dziedziczności, szybko rozprzestrzeniła się na analizę podstaw fizjologii komórki, a następnie organizmu. Wszelkie badania, które twierdzą, że mają znaczenie heurystyczne i koncepcyjne, powinny obejmować wzmocnienie molekularne, najlepiej molekularne.

W ten sposób narodziła się nowa nauka, biologia molekularna, a pod jej auspicjami nastąpiła synteza rdzenno-genetycznych i fizjologiczno-metabolicznych kierunków biologii.

Owoce rewolucji biologicznej

Oprócz rewolucji w rozumieniu żywej natury, wyniki te doprowadziły do ​​stworzenia nowej metodologii, która znacznie wzbogaciła możliwości biologii eksperymentalnej.Jednym ze skutecznych podejść metodologicznych było klonowanie obiektów biologicznych na poziomie genów i komórek (jest zbyt wcześnie, aby mówić o klonowaniu organizmów do analizy naukowej). W porównaniu z poprzednio istniejącymi sposobami rozdziału cząsteczek i komórek, klonowanie dało ogromne korzyści w związku z redukcją pracochłonności, czasu i kosztów materiałowych, jak również zauważalnym wzrostem wydajności. Metody sekwencjonowania uległy znacznej poprawie – określenie sekwencji monomerów w składzie makromolekuł, które okazały się szczególnie skuteczne w badaniu kwasów nukleinowych. W oparciu o nową wiedzę z zakresu biologii molekularnej i komórkowej opracowano metody biosyntezy białek macierzy, które są nieporównywalne pod względem szybkości i wydajności z tradycyjną syntezą chemiczną. W końcu udało się opracować metody manipulowania genami – uczono ich wycinania i osadzania w komórkach, selektywnej kontroli ich aktywności itp. Wszystkie te podejścia, niespodziewanie szybko opracowane w ramach biologii molekularnej, były podstawą inżynierii genetycznej Lata 20 wieku, zaledwie ćwierć wieku po rozszyfrowaniu struktury DNA – odkrycie podwójnej helisy.Techniki inżynierii genetycznej i szerszej molekularnej zostały intensywnie wykorzystane w badaniach naukowych, co znacznie zwiększyło ich siłę dowodową. Zostały nawet wprowadzone do rutynowej praktyki laboratoryjnej (na przykład reakcja łańcuchowa polimerazy 1 Od lat 80. XX w. Jest szeroko stosowany w diagnostyce medycznej w celu określenia kompatybilności tkanek itp.). Te podejścia metodologiczne zasadniczo zrewolucjonizowały biotechnologię.

Dokładna nauka

W przeciwieństwie do fizyki i chemii, które początkowo były naukami ścisłymi, biologia tylko kilka jej działów (na przykład genetyka) twierdziło, że dokładność. Wynikało to z faktu, że zazwyczaj (szczególnie w kierunku fizjologicznym i metabolicznym) naukowcy byli zadowoleni z mieszanin cząsteczek i komórek, które analizowali za pomocą metod, które umożliwiają różne interpretacje wyników. Zastosowanie molekularnych metod analizy sprawiło, że biologia stała się nauką ścisłą, ponieważ umożliwiła jej wykorzystanie w badaniach czystych substancji biologicznych (cząsteczek, komórek) i zastosowanie metod dających jednoznaczne wyniki. W tym względzie moc dowodowa badań biologicznych prowadzonych przy użyciu nowej metodologii znacznie wzrosła.Wynikiem tych zmian było z kolei gwałtowne przyspieszenie postępu biologii: ilość wiedzy zdobytej w ciągu ostatnich dziesięcioleci jest porównywalna z ilością zgromadzoną w dziedzinie biologii przez kilka stuleci jej istnienia.

Cele światopoglądowe – projekty globalne

Niezbędne jest nie wspomnieć o takich cechach rozwoju współczesnej biologii, jak orientacja na uzyskanie uniwersalnych i fundamentalnych wyników w ramach globalnych projektów. Przykładem jest projekt "Ludzki genom", którego celem jest całkowite odkodowanie ludzkiego genomu. Na pierwszy rzut oka taka wiedza wydaje się zbędna, podobnie jak formalna inwentaryzacja. Jednak po dokładniejszym sprawdzeniu nie jest trudno zweryfikować, czy tak nie jest. Na przykład, badając funkcjonowanie komórek, naukowcy z reguły określają ekspresję wszystkich genów zaangażowanych w ich pracę. Bez ich specyfikacji dekodowanie uzyskanych wyników byłoby niemożliwe, a zatem niemożliwe byłoby osądzanie funkcji komórki. Do tej pory nie tylko ludzki genom został całkowicie zdekodowany, ale także mysz, muszki owocowe, robak Cenorabditis elegans, które są ulubionymi modelami badań genetycznych i biologii molekularnej. Teraz w ramach proteomiki 2 dokonuje się podobnego katalogowania białek ludzkich i zwierzęcych, co już jest związane z realizacją fizjologicznych funkcji organizmu i może stać się najbardziej kompletnym wyrazem syntezy rdzeniowo-genetycznych i fizjologiczno-metabolicznych kierunków biologii.

Zmienianie pomysłów dotyczących biologii i jej roli

Szerokie przenikanie się biologii molekularnej do wszystkich dyscyplin biologicznych spowodowało, że tradycyjne nauki biologiczne (cytologia, biochemia, fizjologia), a nawet ich poszczególne sekcje (w medycynie, na przykład w onkologii, hematologii, immunologii) tracą swoją indywidualność i przekształcają się w sekcje pojedynczego biologia. Ten pogląd odzwierciedla maksymalizm adeptów podejścia molekularnego w biologii. Jednak podobne epizody odnotowano nie tylko w historii biologii i zwykle kończyły się one przywróceniem suwerenności dyscyplin naukowych, które mają swoje specyficzne zadania, przedmioty i metody badawcze. Na przykłado dowolnym stopniu penetracji cząsteczkowej podejść w biologii komórki komórka zawsze pozostają niezależne obiektu biologicznego nie sprowadza się do sumy jego cząsteczek składowych i wytwarzania specyficznych zadań i metodycznego podejścia. Jest to tym bardziej granice zastosowania metod molekularnych zauważalne w przejściu od genetycznych i molekularnych ontogenezy poziomu organizacji życia dla ludności i biosferze. Niemniej jednak, oczywiste jest, że ideologiczne i metodologiczne jedność biologii dzięki wprowadzeniu zasad i technik molekularnych podejść znacznie wzmocnione.

Jak już wspomniano, przejście biologii na poziom molekularny spowodowało powstanie nowej biotechnologii. Jego istotą jest przemysłowe wykorzystanie nowoczesnych metod biologii (w szczególności inżynierii genetycznej) do produkcji wielu praktycznie znaczących produktów biologicznych: nowe leki i produkty diagnostyczne, produkty spożywcze, odczynniki do badań naukowych itp. Najbardziej typowym produktem takiej produkcji jest rekombinacja ( sztucznie stworzone i posiadające nowe właściwości) białek, których synteza jest regulowana przez genów włączonych do nowej komórki.Produkcja biotechnologiczna już dawno przekroczyła tradycyjny przemysł pod względem rentowności – tylko technologia komputerowa może z nim konkurować. Pod tym względem wpływ biologii na nasze życie znacznie się zwiększył, co z kolei przyczyniło się do wzrostu zainteresowania opinii publicznej.

Nowe funkcje – nowe wyzwania

Zwiększenie możliwości technicznych i dramatyczny wzrost wpływu biologii na życie ludzi spowodowały już nowe problemy. Wszyscy znają debatę na temat dopuszczalności genetycznie zmodyfikowanej żywności. Wysoka rentowność przemysłu biotechnologicznego stwarza tendencję do nieświadomego i pośredniego narzucania swoich produktów (w tym leków i żywności) z konsekwencjami trudnymi do przewidzenia. Niezwykle szybki i pozornie niekontrolowany postęp samej nauki od jakiegoś czasu budzi obawy, że biologia przeniknie do zakazanych obszarów ludzkiej egzystencji i wpłynie na takie aspekty, jak na przykład ludzka indywidualność, prawa i granice ludzkiej egzystencji itp. sukces psycho-biologii tworzy nowe obawy.Moratorium ustanowione od czasu do czasu dla badań w niektórych obszarach biologii jest zawsze tymczasowe i nie może powstrzymać rozwoju biologii we wszystkich jej formach i przejawach dostępnych dla ludzkich możliwości. Jednak samo pojawienie się problemów i lęków tego rodzaju jest pewnym świadectwem sukcesu biologii (kiedyś bali się promieniowania i zanieczyszczeń chemicznych, teraz są produktami biotechnologii).

Praktyczne zastosowania

Ogólne argumenty na ten temat żywo ilustrują konkretne przykłady.

W latach 70. XX wieku odkryto zjawisko zwane apoptozą. 3którego znaczenie można w przenośni przekazać jako samobójstwo komórek w interesie wielokomórkowego organizmu.

Pod względem fundamentalności i znaczenia zjawisko to jest porównywalne z podziałem i zróżnicowaniem komórek. Jego odkrycie przeprowadzono tradycyjnymi metodami, z których pierwsze dwadzieścia lat zostało wykorzystane do jego badań, co okazało się bardzo nieskuteczne. Później jednak (kiedy biologowie zdali sobie sprawę ze znaczenia tego odkrycia) zastosowali molekularne metody genetyczne do analizy, wybierając jako przedmiot wspomnianego robaka C. elegans – ze względu na wysoką stabilność liczby komórek w tym organizmie i wygodę pracy z nim. Następnie ustalono listę genów związanych z apoptozą, zidentyfikowano ich homologi (geny o tej samej strukturze) u ssaków, ustalono ich rolę w tym procesie, tak że szeroko zdefiniowano mechanizmy apoptozy.

Przez kilka lat pracy, stosując zasady i metody biologii molekularnej, problem został rozwiązany, czego od dziesięcioleci nie udało się zbadać tradycyjnymi metodami.

Chociaż problemy diagnostyki medycznej (w szczególności profilaktyki i leczenia nowotworów) dotyczą wszystkich, nadal nie są rozwiązane w sposób fundamentalny, dlatego też wydaje się, że onkologia jest najbardziej odpowiednią odskocznią do opracowania nowych podejść o praktycznym znaczeniu. Jeden z nich dotyczy poszukiwania i produkcji antygenów nowotworowych, czyli substancji charakterystycznych dla komórek nowotworowych, ale obcej dla zdrowego organizmu (przynajmniej dorosłego) i powodującego tworzenie odpowiednich przeciwciał. Antygeny nowotworowe mogą stanowić podstawę szczepionek przeciwnowotworowych.

Pierwszy antygen nowotworowy został odkryty przez G. I. Abeleva na początku lat sześćdziesiątych.Wówczas zaangażowanych było w nie wielu badaczy, ale ich identyfikacja i izolacja pozostały trudnymi problemami. Biologia molekularna umożliwiła opracowanie stosunkowo prostego i skutecznego podejścia do tworzenia onkoszczepionek. A nawet gdyby nie było możliwe stworzenie wystarczająco skutecznych szczepionek, bardziej prawdopodobny jest problem niepełnej wiedzy o mechanizmach odporności przeciwnowotworowej niż konsekwencja niedoskonałości technologii.

Jednym z najbardziej uderzających przykładów zastosowania nowoczesnej biologii komórkowej i molekularnej jako podstawy produkcji biotechnologicznej może być przemysł monoklonalnych przeciwciał. 4 bez których współczesna nauka i medycyna są nie do pomyślenia.

Takie przeciwciała są bardzo czułym narzędziem do analizy makromolekuł biologicznych. Są one wykorzystywane w analizie immunochemicznej do identyfikacji i izolacji substancji, pomiaru ich stężenia oraz w medycynie – do diagnozy. Tradycyjnie uzyskiwano je przez immunizację zwierząt, to jest przez wstrzykiwanie im substancji, przeciwko której chcieli uzyskać przeciwciała. Jednakże wytworzyło to mieszaninę przeciwciał wytwarzanych przez różne klony komórek odpowiedzialne za odpowiedź immunologiczną.Dlatego nie było możliwe uzyskanie standardowych preparatów do produkcji przeciwciał o wymaganej specyficzności (selektywności).

Było to możliwe dzięki hybrydomom – nowej technologii opartej na fuzji komórek immunizowanych zwierząt (zazwyczaj myszy) z komórkami nowotworowymi. Komórki hybrydowe są praktycznie nieśmiertelne i mają wysoką zdolność rozmnażania.

Stosując metody klonowania komórek, a także szereg innych technik ułatwiających selekcję hybryd, naukowcy izolują klon dokładnie tych komórek, które produkują wymagane przeciwciała. Otrzymane komórki (to jest hybrydoma) łączą zdolność do wytwarzania swoistych przeciwciał z nieśmiertelnością. Takie komórki mogą być rozmnażane w dowolnej ilości i utrzymywane przez arbitralnie długi czas. Przeciwciała, które tworzą, są jednorodne, a dla innych jakości spełniają wymagania dla najczystszych odczynników chemicznych.

Hybrydomy wywołały rewolucję nie tylko w immunologii, ale także w medycynie i biologii w ogóle. Stosując przeciwciała monoklonalne, udało się już zidentyfikować cząsteczki i komórki, zdiagnozowano choroby, stosuje się je w leczeniu nowotworów złośliwych i innych patologii.Jednak przeciwciała mysie są obce dla ludzkiego ciała, które z kolei produkują przeciwciała przeciwko tym przeciwciałom, neutralizując je. Ale problem ten został rozwiązany dzięki inżynierii genetycznej: wszystkie części cząsteczki przeciwciała, z wyjątkiem niewielkiego obszaru, który określa jego swoistość, zostają zastąpione przez analogi ludzkie. W rezultacie przeciwciała, zachowując swoistość, przestają być obce dla ludzi.

Liczba wariantów wytwarzanych przeciwciał monoklonalnych od dawna mieści się w setkach tysięcy, a ich produkcja pozostaje jednym z rekordowych pod względem wydajności.

***

Wydaje się, że teraz można wrócić do poszukiwania odpowiedzi na pytanie postawione na początku artykułu: dlaczego biologia, która od wieków znajdowała się na tyłach nauk przyrodniczych, zajmowała równorzędne pozycje obok fizyki i chemii, a nawet przewyższała je w zakresie wskaźników rozwoju i skali finansowania. Proponowana odpowiedź brzmi, że w połowie XX wieku miały miejsce dwa różne podejścia do nauki życia – ciałko-genetyczne i fizjologiczno-metaboliczne kierunki biologii. Ta synteza, która zaowocowała narodzinami nowej nauki – biologii molekularnej,pod warunkiem gwałtownego wzrostu możliwości biologii we wszystkich aspektach, doprowadziło do szybkiego gromadzenia dokładnej wiedzy i stworzyło podstawę dla rozwoju nowych technologii, których wpływ wykracza daleko poza naukę i wnika głębiej w nasze życie, powodując żywą intencję społeczną.


1 Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) to metoda biologii molekularnej, która pozwala znacznie zwiększyć niskie stężenia poszczególnych fragmentów DNA w materiale biologicznym (próbka). Oprócz prostej reprodukcji kopii DNA (amplifikacji), PCR umożliwia wiele innych manipulacji materiałem genetycznym (wprowadzanie mutacji, składanie fragmentów DNA itp.) I jest szeroko stosowany w biologii i medycynie (na przykład do diagnozowania chorób dziedzicznych lub zakaźnych, ustanawiania pokrewieństwa , izolacja i klonowanie genów itp.).

2 Proteomika to nauka o białkach i ich interakcji (w szczególności w ludzkim ciele). Wśród badanych przez nią procesów znajduje się synteza białek, ich modyfikacja, dekompozycja i wymiana w ciele. Wcześniej badanie białek stanowiło treść jednej z sekcji biochemii.

3 Apoptoza – zaprogramowana śmierć komórki,towarzyszy temu zestaw charakterystycznych cech, które różnią się w organizmach jednokomórkowych i wielokomórkowych: na przykład, kompresja komórek, kondensacja i fragmentacja chromatyny wypełniającej chromosom, zagęszczenie błon komórkowych (dlatego w trakcie apoptozy zawartość komórki nie przedostaje się do otoczenia).

4 Przeciwciała monoklonalne wytwarzają komórki odpornościowe należące do tego samego klonu komórkowego (to znaczy, uzyskane z pojedynczej komórki prekursorowej). Mogą być wytwarzane na praktycznie każdej substancji, z którą przeciwciało będzie się wiązało, co pozwala na ich szerokie zastosowanie w biochemii, biologii molekularnej i medycynie do wykrywania określonej substancji lub jej oczyszczania.


Like this post? Please share to your friends:

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