Содержание
Топ-5 открытий в биологии за 2021 год
Картина мира
12/30/2021
Трехмерная структура белка, ДНК из грязи, таблетки от коронавируса, «экстази» от стресса, исправление генов у людей
Artem Podrez / Pexels
Плохое случается быстро, а хорошее накапливается долго, считает известный нейропсихолог Стивен Пинкер. Пока весь мир составляет рейтинги главных публичных скандалов, опаснейших экономических трендов и худших политических решений 2021 года, позитивные изменения, происходящие здесь и сейчас, часто остаются незамеченными. Но не в этот раз. Reminder вместе с генетиком Александром Колядой подводит научные итоги года, которые немного приблизили лучшее будущее.
Искусственный интеллект изучил для нас трехмерную структуру белков
В молекулярной биологии все очень маленькое, и большинство исследователей никогда не видят, с чем работают. А многие даже не представляют, какой формы те молекулы, которым они посвятили всю жизнь.
Структура белка записана в его последовательности — это значит, что вам достаточно прочитать ДНК, чтобы сказать, как будет выглядеть белок, который в ней закодирован. Но это в теории. На практике такое удается редко. Это все равно что попробовать нарисовать шкаф из ИКЕА, когда перед вами лишь набор деталей для его сборки. В уходящем году эту задачу поручили программам под управлением искусственного интеллекта — RoseTTAFold, разработанной в Институте дизайна белка Вашингтонского университета, и AlphaFold, созданной компанией DeepMind. Первая расшифровала структуры сотен белков из класса распространенных лекарственных «мишеней» — молекул, воздействие на которые может остановить развитие конкретной болезни. Вторая проделала то же самое с 350 тысячами человеческих белков — это 44% всех, что есть в нашем теле.
Зачем это надо? От структуры белков зависит, как они работают и с чем взаимодействуют. Не понимая структуры, мы этого часто не знаем. Например, у вас есть новое лекарство и вам нужно предсказать, с какими белками оно будет взаимодействовать, выдавая нужный эффект, а с какими даст побочные эффекты.
Так что в ближайшем будущем это открытие принесет нам новые лекарства. А в отдаленном — можно будет оцифровать клетку полностью и наконец понять, что с ней происходит в каждый момент времени.
Выделена и секвенирована ДНК из грязи
О прошлом нашего вида мы узнаем сейчас в основном благодаря анализу ДНК. Если выделить ДНК из костей древних людей, то по ней можно определить их этническую группу, родственные связи и даже примерный возраст на момент смерти. Но что, если костей нет? В этом году удалось выделить ДНК из грязи с биологическим материалом (экскрементами и остатками тканей). Раньше такое уже делали, но не для изучения древней ДНК, а в криминалистике и при поиске следов инфекций. Теперь биологи и биоинформатики смогли не только идентифицировать ДНК, выделенную из грязи в пещере на севере Мексики, но и полностью воссоздать по ней геном двух медведей, живших во времена верхнего палеолита. Для тех, кто изучает медведей, это источник новых данных об их эволюции. А для нас с вами — шанс раздвинуть горизонты знаний о себе.
Зачем это надо? Мы очень мало знаем о нашем эволюционном прошлом. А от него зависит понимание того, кто мы такие. Однажды по остаткам сахаров в зубах неандертальцев мы определили, что древние люди еще десятки тысяч лет назад начали использовать ромашку для лечения зубов. Возможно, теперь нам удастся полностью восстановить быт древнего человека и изучить его рацион, знахарские практики и религиозные ритуалы?
Разработаны таблетки от коронавируса
Это два препарата — Molnupiravir от Merck и Paxlovid от Pfizer. Как они работают? Чтобы поразить организм, коронавирусу нужно быстро распаковать в клетке свою генетическую информацию и считать с нее все гены, пока его не заметили агенты хозяина. А вирусная РНК должна быть максимально короткой, чтобы помещаться в вирус. Для компактности и скорости вирус синтезирует один длинный белок и уже затем разрезает его на маленькие фрагменты с разными функциями. Вот тут в процесс и вмешивается Paxlovid: он блокирует работу «ножниц», которыми вирус разрезает белок, и не дает вирусу развернуть фабрику по производству своих клонов в клетке.
У Molnupiravir другой принцип действия: он мешает вирусу копировать свою РНК без ошибок. В результате вирус начинает допускать при копировании много «опечаток», и его размножение останавливается.
Зачем это надо, понятно и без объяснений. Сами по себе эти подходы не новы. Они уже использовались в лекарствах от ВИЧ, гепатита и вируса Эболы. Но каждый вирус требует своего лекарства — и в пандемию такие таблетки очень кстати.
«Экстази» стало лекарством от ПТСР
Точнее, MDMA — так официально называется это психоактивное соединение. После десятков лет запрета на использование в психотерапевтических целях оно преживает настоящий ренесанс. (В России MDMA входит в перечень запрещенных наркотических средств. — Reminder.) Сначала в Великобритании его предложили использовать для лечения алкоголизма, а в этом году в США молекула показала эффективность в терапии ПТСР. Исследования еще не закончены, но предварительные данные выглядят многообещающе. Надо понимать, что терапия MDMA — это не рекомендация «закинуться кристаллом» и пойти на рейв.
Пациенты принимали препарат перед психотерапевтической сессией, и именно в комбинации с психологической работой при участии терапевта он давал эффект.
Зачем это надо? ПТСР — распространенная проблема, но успех в лечении этого расстройства с помощью MDMA — только начало возрождения научного интереса к психоактивным веществам, на которые в свое время навесили ярлык, даже не успев как следует изучить их влияние на организм. Возможно, среди них обнаружится немало лекарств и даже ноотропов.
Редактирование генов методом CRISPR протестировано на людях
В этом году достигнут большой прогресс в лечении двух генетических заболеваний: наследственного транстиретинового амилоидоза и врожденного амавроза Лебера. Оба вызваны мутациями, которые приводят к накоплению неправильных белков в нервах. В первом случае это заканчивается смертью, во втором — приводит к проблемам со зрением. Для решения этой проблемы компания Intellia Therapeutics разработала CRISPR-препарат, который представляет собой липидные наночастицы, несущие систему для редактирования мутантного гена.
Если ввести его больным людям в кровь или в сетчатку глаза, молекулярная машинерия сможет исправить поломку и уменьшить симптомы болезни.
Зачем это надо? Речь идет о редких заболеваниях, названия которых даже не выговоришь с первого раза. Но главный вывод из произошедшего — генная терапия реально работает. Пока она тестируется на редких генетических патологиях, но как только наберется достаточно удачных прецедентов и мы лучше овладеем технологией, очередь дойдет и до распространенных болезней. Перспективы огромные: в аптеках будут доступны препараты не просто для лечения, а для предотвращения многих заболеваний. И конечно же, для генной терапии старения, у которой много уже известных генетических «мишеней».
Молекулярная биология XXI века: в поисках «кодов» жизни
https://ria.ru/20131025/972574915.html
Молекулярная биология XXI века: в поисках «кодов» жизни
Молекулярная биология XXI века: в поисках «кодов» жизни — РИА Новости, 25.10.2013
Молекулярная биология XXI века: в поисках «кодов» жизни
Открытие такой очень элегантной вещи, как генетический код, оказалось вдохновляющим для биологов.
2013-10-25T12:46
2013-10-25T12:46
2013-10-25T15:10
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/95271/94/952719499_0:0:2000:1126_1920x0_80_0_0_4be3a6a1a367613da9bed6a7c27a755f.jpg
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2013
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/95271/94/952719499_123:0:1900:1333_1920x0_80_0_0_4bc046033f1c5253ae88f208a45b58b1.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
открытия — риа наука
Открытия — РИА Наука, Наука
Владимир Сычев, РИА Новости
Одним из самых главных успехов мировой науки второй половины XX века стало открытие генетического кода – «словаря» всех живых организмов, переводящего наследственную информацию в молекуле ДНК на «язык» аминокислот — «строительных кирпичиков» белковых молекул.
Открытие такой очень элегантной вещи, как генетический код, оказалось вдохновляющим для биологов. С тех пор они частенько стали называть очередным кодом что-то, что, по их мнению, связывает структуру одних молекул с «устройством» других. Во многом такой подход оправдан, и, по мнению многих ученых, не исключено, что жизнь – это набор хитроумных, чрезвычайно сложных и потому пока еще не известных «шифровальных систем». Поэтому во многом молекулярная биология нынешнего века будет посвящена их поиску.
25 апреля 2013, 09:10
Изучение «3D-генома» стало одним из главных направлений науки — ученый25 апреля считается днем рождения молекулярной биологии, так как в этот день в 1953 году в журнале Nature была опубликована статья Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика с описанием созданной ими модели пространственной структуры молекулы ДНК.
Например, таким новым кодом несколько лет назад был объявлен алгоритм, с помощью которого клетки высших организмов «выбирают», какие белки им синтезировать.
Давно было известно, что у этих организмов гены представляют собой набор «лоскутов» – несущие генетическую информацию участки молекулы ДНК (экзоны) разделены незначащими фрагментами (интронами). Когда в клетке с гена снимается «копия» в виде молекулы матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК), нужные экзоны вырезаются и «сшиваются» друг с другом, и далее по этой генетической «инструкции» производится тот или иной белок.
Особенность этого механизма, называемого альтернативным сплайсингом, в том, что в разных тканях организма и даже в зависимости от его возраста вырезаются-сшиваются разные экзоны, и, следовательно, с одного и того же гена могут синтезироваться разные белки. Именно поэтому у высших организмов синтезируется белков гораздо больше, чем есть у них генов. Но вот как клетка выбирает, что ей в своих мРНК «кроить» и «штопать», было непонятно. А знать это очень желательно хотя бы потому, что нарушения сплайсинга связаны с развитием разных болезней, и прежде всего рака.
В 2010 году специалисты по биоинформатике, работающие в канадском Университете Торонто, проанализировавшие огромный массив данных о молекулах мРНК из разных клеток и тканей тех или иных биологических видов, нашли «алгоритм», с помощью которого клетки делают свой выбор.
Авторы работы назвали этот алгоритм «код сплайсинга».
Большой неожиданностью, впрочем, стало даже не обнаружение «кода сплайсинга» – было бы удивительным, если бы его не существовало. Сюрприз в том, что новый код оказался индивидуальным для того или иного вида высших организмов, в то время как классический генетический код почти универсален для всего живого на Земле.
17 октября 2013, 22:59
Ученые изменили генетический код бактерий для синтеза необычных белковБолее того, выяснилось, что клетки кишечной палочки с «отредактированным» кодом стали устойчивы к бактериальному вирусу — бактериофагу T7, поскольку он не может использовать измененный код микроба в своих целях.
Разумеется, не обходится без вопросов — а можно ли менять «коды жизни», чтобы направленно управлять свойствами живых организмов?
С классическим кодом это уже произошло: недавно американские ученые впервые «отредактировали» его у бактерий, «научив» микробы производить несуществующие в природе белки.
Ученые из нескольких научных центров США с помощью ухищрений изменили работу «дешифровальной машины» бактерии кишечной палочки, не трогая сам «текст» ДНК. Благодаря этому стало возможным встраивать в синтезируемые бактерией молекулы белков несуществующую в природе аминокислоту.
Можно ли будет когда-либо делать подобное в клетках человека – очень большой вопрос. Но зато люди могут влиять на другой код, «работающий» в нас – так называемый эпигенетический код, управляющий особой клеточной «памятью». Речь идет о молекулярных механизмах, управляющих работой генов, но не затрагивающих «текст» в молекуле ДНК. Их изучение стало одной из «горячих тем» науки о живом в последние годы.
Благодаря полученным результатам удалось понять, каким именно образом давно известные вещи — образ жизни человека, диета, привычки и даже эмоции влияют на «включение» или «выключение» самых разных генов. Более того, информация о том, какие гены и как будут «работать», может даже передаваться потомству.
Оказалось, что «дирижирование» нашими генами очень чутко связано с самыми разными факторами окружающей среды.
И теперь, благодаря лавинообразно накапливающимся данным, вместо общего понимания пользы здорового образа жизни становится ясно, как конкретные вещи – физические нагрузки, ограничение калорий в рационе, отказ от курения – регулируют работу конкретных генов, связанных, например, с продолжительностью жизни. И, возможно, в обозримом будущем врачи смогут «прописывать» пациентам эпигенетическую профилактику болезней. Конечно, все это не значит, что речь идет о грядущей нашей власти над своими генами – рассчитывать на это было бы наивно. Но уж по крайней мере постараться благодаря эпигенетике встретить старость физически активными и с не очень пухлой историей болезни в наших силах.
Резюме – Новая биология для 21 века
В июле 2008 г. Национальный институт здравоохранения (NIH), Национальный научный фонд (NSF) и Министерство энергетики (DOE) обратились в Совет Национального исследовательского совета по наукам о жизни с просьбой созвать комитет , чтобы изучить текущее состояние биологических исследований в Соединенных Штатах и рекомендовать, как лучше всего извлечь выгоду из последних технологических и научных достижений, которые позволили биологам интегрировать результаты биологических исследований, собирать и интерпретировать значительно возросшие объемы данных и прогнозировать поведение сложных биологических систем .
С сентября 2008 г. по июль 2009 г. комитет из 16 экспертов в области биологии, инженерии и вычислительной науки провел анализ этих научных и технологических достижений и пришел к единому мнению о том, как США могут извлечь из них максимальную выгоду. В этом отчете, подготовленном Комитетом по новой биологии для 21 века, описывается работа комитета и его выводы.
Комитет пришел к выводу, что в последние годы в биологических исследованиях действительно произошли выдающиеся научные и технологические достижения. В главе «Почему сейчас?» комитет описывает интеграцию, происходящую в области биологии, все более плодотворное сотрудничество биологов с учеными и инженерами из других дисциплин, технологические достижения, которые позволили биологам собирать и осмысливать все более подробные наблюдения за все более короткие интервалы времени, и огромные и в значительной степени непредвиденные выгоды Проекта Генома Человека. Несмотря на этот потенциал, задача перехода от идентификации частей к определению сложных систем, к проектированию систем, манипулированию и прогнозированию по-прежнему выходит далеко за рамки текущих возможностей, а препятствия на пути продвижения одинаковы на всех уровнях от клеток до экосистем.
Обозначив авансы, комитет приступил к соглашению о том, как США могут извлечь из них наибольшую выгоду. Комитету было предложено использовать следующую серию вопросов для направления своих дискуссий:
Какие фундаментальные биологические вопросы готовы для значительного прогресса в понимании? Каков будет практический результат ответов на эти вопросы? Как ответы на эти вопросы могут привести к появлению высокоэффективных приложений в ближайшем будущем?
Как фундаментальное понимание живых систем может уменьшить неопределенность в отношении будущего жизни на Земле, улучшить здоровье и благополучие людей и привести к мудрому управлению нашей планетой? Можно ли понять последствия экологических, стохастических или генетических изменений с точки зрения связанных с ними свойств устойчивости и хрупкости, присущих всем биологическим системам?
Как федеральные агентства могут более эффективно использовать свои инвестиции в биологические исследования и образование для решения сложных проблем в масштабах анализа от базового до прикладного? В каких областях краткосрочные инвестиции с наибольшей вероятностью приведут к существенной долгосрочной выгоде и сильному конкурентному преимуществу для Соединенных Штатов? Существуют ли области высокого риска и высокой отдачи, которые заслуживают серьезного рассмотрения для начального финансирования?
Нужны ли новые механизмы финансирования для поощрения и поддержки сквозных, междисциплинарных или прикладных исследований в области биологии?
Каковы основные препятствия для достижения новой интегрированной биологии?
Каковы последствия новой интегрированной биологии для нужд инфраструктуры?
Как следует определять и планировать инфраструктурные приоритеты?
Каковы последствия нового комплексного подхода к биологии для культуры исследований в области наук о жизни? Как можно побудить физиков, химиков, математиков и инженеров помочь создать более широкое биологическое предприятие, обладающее масштабами и опытом для решения широкого круга научных и социальных проблем?
Нужны ли изменения в биологическом образовании, чтобы гарантировать, что специалисты по биологии будут подготовлены для работы за пределами традиционных субдисциплинарных границ, чтобы предоставить учебные программы по биологии, которые помогут ученым-физикам и инженерам воспользоваться преимуществами достижений в области биологической науки, и предоставить неученым с уровнем биологического понимания, который дает им информированный голос в отношении соответствующих политических предложений? Нужны ли альтернативные программы на получение степени или можно ли организовать факультеты биологии для привлечения и обучения студентов, способных комфортно работать вне дисциплинарных границ?
Комитет обнаружил, что третий пункт: « Как федеральные агентства могут более эффективно использовать свои инвестиции в биологические исследования и образование для решения сложных проблем в масштабах анализа от базового до прикладного? В каких областях краткосрочные инвестиции с наибольшей вероятностью приведут к существенной долгосрочной выгоде и сильному конкурентному преимуществу для Соединенных Штатов? » предоставил убедительную платформу для рассмотрения каждого из вопросов и прочную основу для систематизации своих выводов.
Таким образом, всеобъемлющая рекомендация комитета заключается в том, что наиболее эффективное использование инвестиций может быть обеспечено скоординированными межведомственными усилиями по поощрению появления подхода Новой биологии, который формулирует и решает широкие и сложные социальные проблемы. Комитет сосредоточился на примерах возможностей, которые не могут быть реализованы ни одной поддисциплиной или агентством, — возможностей, которые требуют интеграции в области биологии и других наук и техники, и которые трудно использовать в рамках традиционных институциональных и финансовых структур. Для полной реализации этих возможностей потребуется комплексный подход к биологическим исследованиям, подход, который комитет называет Новой биологией.
Суть Новой биологии, как определено комитетом, заключается в интеграции — повторной интеграции многих поддисциплин биологии и интеграции в биологию физиков, химиков, специалистов по информатике, инженеров и математиков для создания исследовательское сообщество, способное решать широкий спектр научных и социальных проблем.
Интеграция знаний из многих дисциплин позволит глубже понять биологические системы, что приведет как к основанным на биологии решениям социальных проблем, так и к обогащению отдельных научных дисциплин, которые внесут новые идеи. Новая биология не предназначена для замены исследований, которые ведутся сейчас; эти исследования, в значительной степени фундаментальные и основанные на любопытстве отдельных ученых, являются фундаментом, на котором держится Новая биология и на который она будет опираться и впредь.
Вместо этого Новая биология представляет собой дополнительный подход к биологическим исследованиям. Целенаправленно организованный вокруг решения проблем, этот подход упорядочивает фундаментальные исследования для достижения фундаментального понимания, объединяет исследователей с разным опытом, разрабатывает технологии, необходимые для решения задачи, и координирует усилия, чтобы гарантировать заполнение пробелов, решение проблем и задействование ресурсов. в нужное время. Объединение сильных сторон различных сообществ не обязательно означает привлечение этих экспертов в одно и то же учреждение для работы над одним крупным проектом — действительно, передовые инфраструктуры связи и информатики упрощают организацию виртуального сотрудничества в разных масштабах.
Подход «Новая биология» будет направлен на привлечение лучших умов со всего научного ландшафта к конкретным проблемам, обеспечение быстрого распространения инноваций и достижений и предоставление инструментов и технологий, необходимых для достижения успеха. Комитет ожидает, что такие усилия будут включать проекты разного масштаба, от отдельных лабораторий до сотрудничества с участием многих участников и консорциумов с участием нескольких учреждений и типов исследований.
Многие ученые в Соединенных Штатах уже практикуют комплексный и междисциплинарный подход к биологии, который комитет назвал Новой биологией. Новая Биология действительно уже зарождается, но пока еще плохо признана, недостаточно поддерживается и реализует лишь часть своего потенциала. Комитет приходит к выводу, что наиболее эффективный способ ускорить появление Новой биологии — это бросить вызов научному сообществу, чтобы найти решения основных социальных проблем. В главе, озаглавленной «Как новая биология может решать социальные проблемы», комитет описывает четыре основные проблемы, связанные с едой, окружающей средой, энергией и здоровьем, которые могут быть решены с помощью новой биологии.
Эти вызовы представляют собой как механизм ускорения появления Новой Биологии, так и ее первые плоды. Комитет решил сосредоточиться на этих четырех областях общественной потребности, потому что выгоды от достижения этих целей были бы большими, прогресс можно было бы оценить, и как научное сообщество, так и общественность нашли бы такие цели вдохновляющими. Каждая задача потребует технологических и концептуальных достижений, которых сейчас нет под рукой, в дисциплинарном спектре, который в настоящее время не охвачен этой областью. Достижение этих целей потребует, в каждом случае, революционных достижений. Однако можно утверждать, что и другие вызовы могут служить той же цели. Крупномасштабные усилия, направленные на то, чтобы понять, как возникла первая клетка, как работает человеческий мозг или как живые организмы влияют на круговорот углерода в океане, также могут способствовать развитию Новой биологии, технологий и наук, необходимых для продвижения вперед. все поле. По мнению комитета, одним из самых захватывающих аспектов инициативы «Новая биология» является то, что успех в достижении четырех целей, выбранных здесь в качестве примеров, будет способствовать прогрессу в фундаментальном понимании всех наук о жизни.
Поскольку биологические системы имеют много фундаментального сходства, одни и те же технологии и науки, разработанные для решения этих четырех проблем, расширят возможности всех биологов.
Выращивание пищевых растений для адаптации и устойчивого роста в изменяющихся условиях
Новая биология может предложить значительно более эффективный подход к выведению сортов растений, которые можно устойчиво выращивать в местных условиях. Результатом этих целенаправленных и комплексных усилий станет совокупность знаний, новых инструментов, технологий и подходов, которые позволят адаптировать все виды сельскохозяйственных культур для эффективного производства в различных условиях, что станет решающим вкладом в обеспечение возможности выращивания кормов. людей во всем мире обильной, здоровой пищей, приспособленной для эффективного роста в различных и постоянно меняющихся местных условиях.
Понимать и поддерживать функции экосистем и биоразнообразие в условиях быстрых изменений
Фундаментальные достижения в области знаний и новое поколение инструментов и технологий необходимы для понимания того, как функционируют экосистемы, измерять экосистемные услуги, обеспечивать восстановление поврежденных экосистем и свести к минимуму вредное воздействие деятельности человека и изменения климата.
Что необходимо, так это Новая биология, объединяющая базу знаний экологии с знаниями биологии организмов, эволюционной и сравнительной биологии, климатологии, гидрологии, почвоведения, а также инженерии окружающей среды, гражданского строительства и систем через объединяющие языки математики, моделирования, и вычислительная наука. Эта интеграция может привести к прорыву в нашей способности отслеживать функции экосистем, выявлять экосистемы, подверженные риску, и разрабатывать эффективные меры для защиты и восстановления функций экосистем.Расширить устойчивые альтернативы ископаемому топливу
Эффективное использование растительных материалов — биомассы — для производства биотоплива является системной задачей, и это еще один пример области, в которой Новая Биология может внести решающий вклад. В простейшем случае система состоит из завода, который служит источником целлюлозы, и промышленного процесса, который превращает целлюлозу в полезный продукт. В системе много моментов, которые можно оптимизировать.
Новая биология предлагает возможность продвижения фундаментальных знаний, инструментов и технологий, необходимых для оптимизации системы, путем комплексного решения проблемы.Понимание индивидуального здоровья
Цель нового биологического подхода к здоровью состоит в том, чтобы сделать возможным наблюдение за здоровьем каждого человека и лечение любой неисправности способом, адаптированным для этого человека. Другими словами, цель состоит в том, чтобы обеспечить индивидуальное прогностическое наблюдение и уход. Между начальной точкой последовательности генома человека и конечной точкой здоровья этого человека находится сеть взаимодействующих сетей ошеломляющей сложности. Новая биология может ускорить фундаментальное понимание систем, лежащих в основе здоровья, и разработку инструментов и технологий, которые, в свою очередь, приведут к более эффективным подходам к разработке терапии и созданию индивидуализированной прогностической медицины.
Что необходимо, так это Новая биология, объединяющая базу знаний экологии с знаниями биологии организмов, эволюционной и сравнительной биологии, климатологии, гидрологии, почвоведения, а также инженерии окружающей среды, гражданского строительства и систем через объединяющие языки математики, моделирования, и вычислительная наука. Эта интеграция может привести к прорыву в нашей способности отслеживать функции экосистем, выявлять экосистемы, подверженные риску, и разрабатывать эффективные меры для защиты и восстановления функций экосистем.
Новая биология предлагает возможность продвижения фундаментальных знаний, инструментов и технологий, необходимых для оптимизации системы, путем комплексного решения проблемы. Наконец, в главе, озаглавленной «Запуск новой биологии в работу», комитет предлагает, чтобы национальная инициатива, посвященная решению проблем, подобных тем, которые описаны в областях продовольствия, окружающей среды, энергетики и здоровья, обеспечила бы основу благодаря чему США могли бы наилучшим образом извлечь выгоду из последних достижений науки и техники.
Комитет рекомендует ставить большие цели, а затем позволить проблемам управлять наукой. В нем утверждается, что межведомственное сотрудничество будет иметь важное значение и что информационные технологии будут иметь центральное значение. Наконец, комитет обсуждает новые подходы к образованию, которые могут ускорить появление Новой биологии, и приводит примеры того, как национальная инициатива может ускорить внедрение этих новых подходов.
Комитет не предоставляет подробного плана реализации такой национальной инициативы, который будет сильно зависеть от того, на кого будет возложена административная ответственность за эту инициативу. Если концепция инициативы будет принята, следующим шагом будет тщательная разработка стратегического видения программ и тактического плана с целями. Было бы необходимо определить творческих лидеров, тщательно проложить маршрут от «великих видений» к конкретным программам и разработать амбициозные, но измеримые вехи, гарантируя, что каждый шаг включает действия, которые приводят к новым знаниям и облегчают плавную интеграцию совместных междисциплинарных исследований.
в традиционную исследовательскую культуру.
Новая биологическая инициатива могла бы стать смелым дополнением к портфелю исследований страны, но потенциальные выгоды значительны и имеют далеко идущие последствия: исследовательское сообщество в области наук о жизни участвует в открытии всего спектра знаний и их применении; новые биоиндустрии; и, что наиболее важно, инновационные средства устойчивого производства продуктов питания и биотоплива, мониторинга и восстановления экосистем и улучшения здоровья человека. С этой целью комитет делает следующие выводы и рекомендации:
Поиск 1
Соединенные Штаты и весь мир сталкиваются с серьезными социальными проблемами в области продовольствия, окружающей среды, энергетики и здоровья.
Инновации в биологии могут привести к устойчивым решениям всех этих проблем. Решения во всех четырех областях будут зависеть от достижений в фундаментальном понимании основных биологических процессов.
Для каждой из этих проблем есть доступные решения, основанные на развитии способности понимать, прогнозировать и влиять на реакции и возможности сложных биологических систем.
В научном сообществе широко поддерживается проведение междисциплинарных исследований, но возможности для этого ограничены институциональными барьерами и доступными ресурсами.
Подходы, объединяющие широкий спектр научных дисциплин и использующие сильные стороны и ресурсы университетов, федеральных агентств и частного сектора, ускорят прогресс в реализации этого потенциала.
Лучший способ для Соединенных Штатов извлечь выгоду из этой научной и технологической возможности — добавить к своему текущему исследовательскому портфелю проект «Новая биология», который ускорит понимание сложных биологических систем, способствуя быстрому прогрессу в решении социальных проблем и продвижению фундаментальных знания.
Рекомендация 1
Комитет рекомендует национальную инициативу по ускорению появления и роста Новой биологии для решения социальных проблем в области продовольствия, энергии, окружающей среды и здоровья.
Находка 2
Для успеха Новой биологии потребуются творческий подход и глубокие знания отдельных ученых из разных областей биологии и многих других дисциплин, включая физические, вычислительные науки и науки о Земле, математику и инженерию.
Новая биология предлагает возможности для решения вопросов в таких масштабах и с таким вниманием, которое не может быть поставлено ни одним научным сообществом, агентством или сектором.
Обеспечение основы для совместной работы различных сообществ приведет к синергии и новым подходам, которых ни одно сообщество не смогло бы достичь в одиночку.
В федеральном правительстве существует широкий спектр программ по выявлению, поддержке и содействию биологическим исследованиям, но их ценность теряется, если эти усилия не объединяются.
Межведомственное понимание и надзор имеют решающее значение для поддержки появления и роста Новой Биологической Инициативы.
Межведомственное лидерство потребуется для надзора и координации реализации инициативы, оценки ее прогресса, создания необходимых рабочих подгрупп, поддержания связи, предотвращения дублирования и выявления пробелов и возможностей для использования результатов по всем проектам.
Межведомственное лидерство потребуется для надзора и координации реализации инициативы, оценки ее прогресса, создания необходимых рабочих подгрупп, поддержания связи, предотвращения дублирования и выявления пробелов и возможностей для использования результатов по всем проектам.Рекомендация 2:
Комитет рекомендует, чтобы национальная инициатива «Новая биология» была межведомственной, чтобы она имела временной график не менее 10 лет и чтобы ее финансирование осуществлялось в дополнение к текущим исследовательским бюджетам.
Находка 3
Информация является основной валютой Новой Биологии.
Решение проблем стандартизации, обмена, хранения, защиты, анализа и визуализации биологической информации умножит ценность исследований, которые в настоящее время поддерживаются федеральным правительством.
Биологические данные чрезвычайно разнородны, и взаимосвязь различных массивов данных в настоящее время невозможна из-за отсутствия необходимой информационной инфраструктуры.
Крайне важно, чтобы все исследователи могли обмениваться и получать доступ к информации друг друга в общем или полностью интерактивном формате.
Продуктивность биологических исследований будет все больше зависеть от долгосрочной и предсказуемой поддержки высокопроизводительной информационной инфраструктуры.
Рекомендация 3
Комитет рекомендует, чтобы в рамках Национальной инициативы по новой биологии приоритет отдавался развитию информационных технологий и наук, которые будут иметь решающее значение для успеха Новой биологии.
Finding 4
Инвестиции в образование необходимы, если мы хотим, чтобы новая биология полностью реализовала свой потенциал для решения основных задач 21-го века.
Новая биологическая инициатива дает возможность привлечь к науке студентов, которые хотят решать реальные проблемы.
Новый биолог — это не ученый, который немного разбирается во всех дисциплинах, а ученый с глубокими знаниями в одной дисциплине и «беглостью» в нескольких.
Высокоразвитые количественные навыки будут приобретать все большее значение.
Разработка и внедрение действительно междисциплинарных курсов и учебных программ бакалавриата подготовит студентов к карьере исследователей новой биологии и воспитает новое поколение преподавателей естественных наук, хорошо разбирающихся в подходах новой биологии.
Очень важны программы обучения выпускников, которые включают возможности для междисциплинарной работы.
Программы поддержки преподавателей в разработке новых учебных программ будут иметь многократно увеличивающийся эффект.
Рекомендация 4
Комитет рекомендует Новой биологической инициативе выделять ресурсы на программы, поддерживающие создание и внедрение междисциплинарных учебных программ, программ подготовки выпускников и обучения преподавателей, необходимых для создания и поддержки новых биологов.
Наука и человечество в XXI веке
Пагуошские конференции по науке и мировым делам
org/Person»>Джозеф Ротблат
Сэр Джозеф Ротблат
1995 Лауреат Нобелевской премии мира*
6 сентября 1999 г.
В двадцатом веке произошли более важные перемены, чем в любом предыдущем столетии: перемены к лучшему, перемены к худшему; изменение, которое принесло огромную пользу людям, изменение, которое угрожает самому существованию человеческого вида. Этому изменению способствовало множество факторов, но, на мой взгляд, наиболее важным фактором был прогресс в науке.
Академические исследования в области физических и биологических наук значительно расширили наши горизонты; он дал нам глубокое понимание структуры материи и Вселенной; это принесло лучшее понимание природы жизни и ее непрерывной эволюции. Технологии – применение науки – добились фантастических успехов, которые благотворно повлияли на нас почти во всех аспектах жизни: лучшее здоровье, больше богатства, меньше тяжелой работы, больший доступ к информации.
Продолжение такой деятельности в двадцать первом веке принесет еще большее благо человечеству: в чистой науке – более широкое и глубокое знание во всех областях обучения; в прикладной науке – более справедливое распределение материальных благ и лучшая защита окружающей среды.
К сожалению, есть и другая сторона картины. Творчество науки было использовано во вред человечеству. Применение науки и техники для разработки и производства оружия массового уничтожения создало реальную угрозу дальнейшему существованию человечества на этой планете. Мы видели, как это происходит в случае с ядерным оружием. Хотя их реальное боевое применение произошло пока только в 1945 году, когда были разрушены два японских города, за четыре десятилетия «холодной войны» были накоплены и подготовлены к применению неприлично огромные арсеналы ядерного оружия. Арсеналы были настолько велики, что, если бы оружие действительно было взорвано, результатом могло бы стать полное исчезновение человечества, а также многих видов животных.
В значительной степени гонкой ядерных вооружений занимались ученые. Они продолжали разрабатывать новые виды вооружений не из-за какой-то серьезной потребности — арсеналов в сто раз меньшего размера хватило бы для любой мыслимой цели сдерживания, — а главным образом для удовлетворения своего раздутого эго или для сильного возбуждения, которое они испытывали при изучении новых технических концепций.
Это полное извращение высоких идеалов науки. Это суровое, но оправданное обвинение членов весьма уважаемой в обществе группы.
Уильям Шекспир сказал: «Путина нашей жизни состоит из переплетенных нитей, хороших и плохих вместе». Приведенный выше краткий обзор применения только одного направления человеческой деятельности — науки — кажется, подтверждает это изречение. Но так ли это должно быть? Должно ли зло всегда сопровождать добрые дела? Мы биологически запрограммированы на агрессию и войну?
Я не авторитет в генетике, но из моих чтений и пожизненных наблюдений я не вижу никаких доказательств того, что мы генетически обречены на совершение зла.
Наоборот, исходя из самых общих соображений, я бы сказал, что генетически нам суждено делать то, что приносит пользу человеческому роду, а отрицательные аспекты — это ошибки, преходящие ошибки в процессе эволюции. Другими словами, я верю в присущую человеку доброту.
Человеческий вид является результатом непрерывного естественного процесса эволюции, включающего бесконечное число трансформаций; неумолимый процесс, идущий с момента образования Земли, около 4,5 миллиардов лет назад. Этот процесс эволюции привел, посредством случайных мутаций и под влиянием факторов окружающей среды, к появлению систем с еще лучшей адаптацией, что обеспечило их непрерывность. У животных это привело к эволюции видов с возрастающим интеллектом, достигшей кульминации в человеческом виде, который приобрел способность к оригинальному мышлению. Я считаю, что это знаменует собой очень важную фазу эволюции, когда вид впервые смог взять на себя ответственность за свою судьбу.
Обретение силы оригинального мышления значительно ускорило процесс естественной эволюции.
Это привело к огромным успехам во всех аспектах цивилизации, в искусстве, в литературе, в медицине, в технике, прежде всего в науке, которая находится на переднем крае расширения человеческого интеллекта. Однако именно эти успехи в науке привели к обретению способности к самоуничтожению, к разработке средств уничтожения самого человеческого рода.
Я уже показал, что это уже произошло в одной области — разработка ядерного оружия. Другие средства массового уничтожения, возможно, более простые в изготовлении, могут появиться в результате дальнейших научных исследований, если им будет позволено действовать без каких-либо ограничений.
Таким образом, мы столкнулись с пугающей дилеммой. Науке как процессу естественной эволюции следует позволить развиваться свободно, без ограничений. Но можем ли мы позволить себе роскошь безудержных исследований в области естественных наук с их устрашающим потенциалом тотального разрушения в мире, в котором война все еще является признанным социальным институтом?
Сохранение человеческого рода и его постоянное совершенствование требуют, чтобы мы научились жить друг с другом в мире и согласии.
Но этот процесс обучения был медленным и трудным и еще не завершен. Из-за суровых условий, в которых жил первобытный человек, ему часто приходилось бороться за выживание с другими людьми. Индивидуальное убийство, а затем и коллективное убийство — война — таким образом, стали рассматриваться как естественное явление. Но с повышением уровня жизни благодаря науке и технике войны становятся все менее и менее необходимыми. Мы постепенно начинаем понимать тщетность войны; мы медленно учимся разрешать конфликты, не прибегая к военному противостоянию.
Мы еще не там. Мы все еще не организованы для мира без войн. Но тем временем человеческому роду может быть положен конец с помощью инструментов разрушения, которые сами по себе являются продуктом науки и техники.
По моему мнению, проблема в значительной степени возникла из-за неравномерности темпов прогресса в различных областях человеческой деятельности, в частности, между прогрессом в естественных науках, включающих в себя физические и биологические дисциплины, и в различных социальных дисциплинах.
науки – экономика, социология, политика (с психологией, возможно, на стыке двух основных групп). Несомненно, прогресс в естественных науках был гораздо быстрее, чем в социальных.
Почему естественные науки, особенно физические, развивались намного быстрее, чем социальные науки? И не потому, что физики мудрее или умнее, скажем, экономистов. Объяснение просто в том, что физику освоить легче, чем экономику. Хотя материальный мир представляет собой очень сложную систему, для практических целей его можно описать несколькими общими законами. Законы физики непреложны, они применимы повсюду, как на этой планете, так и повсюду во Вселенной, и на них не влияют человеческие реакции и эмоции, как на социальные науки.
В самом деле, именно эти характеристики физических наук привели к менталитету «башни из слоновой кости» ученых-естествоиспытателей, к их утверждениям, что наука нейтральна, что она не имеет ничего общего с политикой и что ей следует позволять заниматься ради своей цели.
ради самого себя, независимо от того, как оно может быть применено. В своей крайней форме именно такое отношение позволило ученым военных учреждений по обе стороны железного занавеса, в Лос-Аламосе и Ливерморе, в Челябинске-65 и Арзамасе-16, использовать свою изобретательность для того, чтобы продолжать изобретать новые, или улучшение старых инструментов разрушения во время холодной войны. Именно это мышление в настоящее время позволяет ученым, работающим в области генной инженерии, предлагать эксперименты, которые могут повредить нашу генетическую структуру.
Как решить эту неравномерность в темпах развития различных областей науки? На ум приходят два пути: первый — ускорение темпов прогресса в социальных науках; во-вторых, за счет замедления темпов развития естественных наук в некоторых областях, например, за счет введения этических кодексов поведения.
Очевидно, что первый способ намного предпочтительнее. Чего мы хотели бы видеть, так это более быстрого прогресса в социальных науках, ведущего к установлению социальной системы, которая сделала бы войну не только ненужной, но и немыслимой; система, в которой существование старого или изобретение нового оружия массового уничтожения не имело бы значения, потому что никому и в голову не пришло бы применить его; система, в которой люди смогут сказать: «ядерное оружие: кого это волнует?»
Сколько времени потребуется для достижения этого состояния? Учитывая, что это потребует образовательного процесса для развития и воспитания чувства лояльности к человечеству, выходящего за рамки национальных границ, это может занять много времени.
Между тем угрозы, нависшие сейчас над нашими головами, могут стать реальностью в случае крупного военного конфликта. Поэтому мы должны рассмотреть, кроме того, и другой путь, а именно наложить некоторые ограничения на исследования в области естественных наук.
Поначалу это звучит невообразимо — ограничение научных исследований почти противоречит терминам. Как можно заткнуть рот мышлению? Как можно контролировать идеи, которые приходят в голову? Мы до сих пор помним политические режимы, которые пытались это сделать, и никто не хочет их возвращать. Более того, научные исследования, скорее всего, принесут дополнительную пользу всем нам, и мы не должны делать ничего, что могло бы помешать таким результатам.
С другой стороны, неограниченные исследования могут привести к серьезным опасностям, как я уже говорил. По моему мнению, предотвращение этих опасностей должно иметь приоритет, даже если это означает, что наука временно не может свободно работать. Ведь нам не нужно делать все, нам не нужно гнаться за каждой идеей, которая придет нам в голову.
Применяя наши интеллектуальные способности, мы должны нести ответственность за социальное воздействие нашей работы.
Ответственность за свои действия, безусловно, является основным требованием каждого гражданина, а не только ученых. Каждый из нас должен отвечать за свои поступки. Но потребность в такой ответственности особенно насущна для ученых хотя бы потому, что ученые разбираются в технических проблемах лучше, чем средний гражданин или политик. А знание влечет за собой ответственность.
В любом случае у ученых нет полной свободы действий. Широкая общественность через избранные правительства имеет средства контролировать науку, либо удерживая кошелек, либо вводя ограничительные правила, вредные для науки. Ясно, что гораздо лучше, чтобы любой контроль осуществлялся самими учеными посредством добровольно установленного кодекса поведения.
Создание этического кодекса поведения для ученых — идея, время которой пришло.
Этический кодекс поведения врачей существует уже почти два с половиной тысячелетия, со времен Гиппократа.
В те дни — как и сегодня — жизнь пациента буквально находилась в руках медика, и было важно, чтобы он ответственно распоряжался своей властью, забота о пациенте была его первостепенной обязанностью. Отсюда и клятва Гиппократа, которую дают врачи, когда они соответствуют требованиям.
Можно сказать, что в настоящее время наука приобрела несколько аналогичную роль по отношению к человечеству; судьба человечества в руках ученых. Таким образом, пришло время сформулировать своего рода клятву Гиппократа для ученых. Торжественная клятва или клятва, данные при получении степени в области науки, имели бы, по крайней мере, важное символическое значение, но они также могли бы информировать и стимулировать мысли молодых ученых о более широких проблемах.
Мы должны также позаимствовать из медицины другую практику, более позднего происхождения: комитеты по этике для рассмотрения исследовательских проектов. Во многих странах исследовательский проект, в котором участвуют пациенты, должен быть одобрен этическим комитетом больницы, чтобы гарантировать, что исследование не поставит под угрозу здоровье и благополучие пациента.
Эту практику следует распространить на научно-исследовательскую работу в целом, но в первую очередь, может быть, на область исследований, непосредственно влияющую на здоровье населения, а именно на генную инженерию.
Я предлагаю создать комитеты по этике, состоящие из выдающихся ученых различных специальностей, для изучения потенциально вредных долгосрочных последствий предлагаемых исследовательских проектов. Этические комитеты должны работать под эгидой национальной академии наук данной страны, но важно, чтобы критерии, используемые при оценке проектов, были согласованы академиями наук на международном уровне, чтобы везде применялись одни и те же стандарты. Это повлечет за собой большее, чем до сих пор, участие академий наук в этических вопросах, что необходимо в любом случае.
Реализация этих предложений будет способствовать предотвращению вредных последствий научных исследований. Это позволило бы творчеству ученого выполнить свою функцию: приумножить наше культурное и интеллектуальное наследие, и в то же время защитить окружающую среду и улучшить материальное положение людей, тем самым способствуя установлению справедливого и мирного мира.