Достижения биологии как науки: Биология как наука. Методы научного познания. Уровни организации живого | ЕГЭ по биологии

1.1 Биология как наука, её достижения, методы познания живой природы

Видеоурок:  

Лекция:  

Биология как наука

Отдельной наукой биология стала в 19-м веке, когда термин «биология» начали использовать сразу несколько ученых – Жан Батист Ламарк и Готфрид Рейнхольд Тревиранус в 1802 г и Фридрих Бурдах в 1800. До этого изучением некоторых аспектов живого занимались естественная история и медицина.

Объектом изучения биологии является жизнь в любых ее проявлениях – эволюция, распределение живого на планете, его структура, процессы функционирования, классификация, взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой.

Основой современной биологии являются 5 базовых принципов:

• клеточная теория;

• генетика;

• эволюция;

• гомеостаз;

• энергия.

Методы биологии

Методами биологии называются приемы, используемые учеными для приобретения новых знаний о живых организмах. 

Основным правилом для любого ученого является принцип «ничего не принимать на веру» – каждое явление должно быть точно изучено и о нем должно быть получено достоверное знание.

Методами биологии называют приемы, с помощью которых строится система точного научного знания. К ним относятся:

• Наблюдение. Первое столкновение ученых с чем-то еще не изученным.

• Описание явления, нового организма, его особенностей;

• Систематизация. Это процесс соотнесения нового знания с уже имеющимися системами – определение места вновь открытого организма на древе эволюции, его химического строения, особенностей размножения и других свойств с уже имеющимися системами знания;

• Сравнение. Поиск похожих явлений, изучение уже встречавшихся подобных свидетельств других ученых, описаний и неоконченных исследований;

• Эксперимент. Проведение серий экспериментов для подтверждения или опровержения новой теории или гипотезы.

• Аналитический метод. Подразумевает сбор и сравнение всей информации по какому-либо вопросу.

• Исторический метод. Позволяет изучить закономерности исторического развития организмов, обращаясь к уже имеющемуся знанию.

• Моделирование. Построение и расчет возможных вариантов строения организма, функционирования его органов, его взаимодействия с другими живыми организмами. Это могут быть компьютерные модели, трехмерные модели строения, математический метод. 

Используются универсальные, общие для всех наук правила построения научных теорий:

• наблюдение какого-либо явления, свойства живого организма, его особенности;

• выдвижение гипотезы – как и почему возможен наблюдаемый феномен, его предварительное объяснение на базе ранее известных знаний;

• эксперимент – постоянно ли явление или имеет случайный характер, одинаково ли проявляется при изменении условий эксперимента, какие конкретно условия оказывают на него влияние;

• после экспериментального подтверждения гипотеза становится теорией;

• для проверки теории и поиска точных ответов на вопросы, ученые проводят дополнительные эксперименты.

А также применяются методы, свойственные каждой конкретной науке, для биологии это:

• генеалогический. Поиск предков, соотнесение вновь открытого организма с возможными родственными на древе эволюции;

• культура тканей. Для изучения физиологических особенностей организма, влияния на него различных факторов проводятся исследования образцов его тканей;

• эмбриологический. Изучение процесса развития живого организма до его рождения;

• цитогенетический. Исследования генома и строения клеток;

• биохимический. Химические исследования клеточного содержимого, тканей, внутренней среды и выделений организма.

Биологических методов очень много, кроме вышеперечисленных в науке широко используются: гибридизация, палеонтологический, центрифугирование и многие другие.

Роль биологии в формировании естественнонаучной картины мира

Знания о биосфере помогают человечеству делать прогнозы долгосрочных и краткосрочных процессов на Земле и стараться управлять ими. Так, зная о роли зеленых растений в формировании кислородной среды планеты – человек понимает важность сохранения лесов. Владея знаниями о взаимоотношениях организмов – в настоящее время человечество уже не допускает опасных экспериментов по внесению в устойчивую экосистему новых животных и растений, это даже прописано в международном законодательстве. Таких ошибок, как завоз кроликов в Австралию или енотовидной собаки на Дальний Восток СССР человек уже не допускает. В настоящее время в Калифорнии проблемой стали заносные виды растений, угнетающие реликтовые ценные виды местной флоры.

Биологические науки позволяют решить многие проблемы с обеспечение продовольственной безопасности. Выведение новых сортов растений и видов животных, позволяют повысить урожайность, защитить посевы от вредителей, увеличить производительность сельского хозяйства.  

Генетика и физиология на настоящий момент играют очень важную роль в получении медицинских знаний, способствуя развитию новых методов лечения, созданию лекарств, позволяя победить считавшиеся неизлечимыми заболевания и патологии, а также заранее предупредить и остановить их развитие.

С помощью микробиологии разрабатываются вакцины и сыворотки, новые сорта пищевых продуктов и напитков. 

Дендрология и экология позволяют обеспечить восполняемым природным ресурсом – древесиной строительную и целлюлозно-бумажную отрасли промышленности.

Энтомология и ботаника – помогают разработать и улучшить уже известные виды тканей.

Любая из биологических наук, включая палеонтологию и прочие, кажущиеся неважными – оказывает сильное влияние на представление знаний об истории развития планеты, месте человека среди живых организмов, помогает повысить качество жизни и защитить от влияния вредных факторов внешней среды.

• Вконтакте
• Сайт

Биология История развития биологии

Биоло́гия — система наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает различные проявления жизни, выясняет строение, структуру, функции, поведение, происхождение, историческое развитие, взаимоотношения живых существ между собой и со средой обитания.

Биологические знания позволяют человеку решать такие жизненно важные практические задачи, как производство продовольствия, предупреждение и лечение заболеваний, экологическая безопасность и многие другие.

Современная биология – это обширная комплексная наука, включающая такие направления, как классическая биология, физико-химическая биология, эволюционная биология.

В настоящее время учёные-биологи активно используют достижения других областей науки. Быстрыми темпами развиваются смежные науки: биохимия, биофизика, биотехнология, бионика, радиационная биология, космическая медицина.

Однако невозможно представить достижения современной биологии без фундаментальных знаний, добытых человечеством на протяжении веков.

Накопление знаний об окружающем мире началось ещё во времена первобытного человеческого общества. От познания природы зависела не только жизнь каждого члена семьи, но и сохранность всего рода. Знания о животном и растительном мире накапливались и передавались из поколения в поколение.

И сегодня в пещерах Франции и Испании можно увидеть наскальные рисунки художников, живших 150 тысяч лет назад. Эти изображения передают информацию о внешнем строении животных, о способах их передвижения, показывают сцены охоты. Изучение культуры доказывает, что древние племена обладали обширными сведениями о растениях, животных, грибах; и активно применяли знания в повседневной жизни.

Эволюция человечества и возникновение различных цивилизаций способствовали появлению таких естественных, наук как физика, химия, медицина, биология.

Развитие современной биологии тесно связано с древней культурой стран Средиземноморья. Труды великих учёных Древней Греции стали основой для развития современной науки. Назовём некоторые имена и открытия, которые стали фундаментом знаний о живой природе.

Древнегреческий врач Гиппократ создал научную медицинскую школу. Дал первое описание строения животных и человека, указал роль среды и наследственности в возникновении болезней.

Аристотель – основатель биологии как науки. Разработал систематику животных, определив в ней место человеку, которого назвал «общественным животным, наделённым разумом». В четырёх биологических трактатах обобщил практически все известные в то время сведения о животных.

Теофраст наряду с Аристотелем считается основателем ботаники и географии растений. Описал более 500 видов растений, обобщил сведения об их строении и размножении.

Гай ПлИний Старший в первом веке нашей эры собрал известные к тому времени сведения о живых организмах и написал 37 томов энциклопедии «Естественная история», которая вплоть до Средневековья была главным источником знаний о природе.

Древнеримский ученый и врач Клавдий Гален, изучая строение млекопитающих, заложил основы анатомии человека.

15 веков его труды были основным источником знаний.

С наступлением Средневековья и усилением господства религии развитие научного естествознания стало весьма затруднительным. Инквизиция запрещала проводить вскрытия животных и человека. Развитие биологии как науки в этот период сводилось лишь к накоплению знаний о внешнем строении и распространении растений и животных. При этом были утрачены и многие античные достижения естествознания.

Эпоха Возрождения, сменившая Средневековье, явилась переходным периодом между наукой прошлого и современной наукой. Значительные социально-экономические изменения требовали нового понимания окружающего мира.

Весомый вклад в развитие биологии внёс известный учёный того времени – Леонардо да Винчи. Он описал многие растения, миграции птиц, как художник занимался исследованием строения человеческого тела, изучал способы соединения костей, деятельность сердца и зрительную функцию глаза.

Великий анатом АндрЕас ВезАлий обобщил и систематизировал достижения в области анатомии в труде «О строении человеческого тела».

Во второй половине XV века благодаря географическим открытиям существенно расширились границы изучения животных и растений. Появились новые методы естественнонаучных исследований, что привело к разделению биологии на отдельные науки.

Английский врач и биолог Уильям Гарвей открыл два круга кровообращения у человека.

С изобретением микроскопа в XVI веке учёные смогли проникнуть в удивительный мир живых существ, не видимых невооружённым глазом. Началось развитие микробиологии, цитологии, гистологии.

Голландский учёный Антони ван ЛЕвенгук обнаружил в капле воды подвижных «зверьков», описал бактерии, дрожжи, простейших, первым открыл эритроциты, волокна хрусталика, зарисовал сперматозоиды, строение глаз насекомых и мышечных волокон.

Шведский натуралист Карл ЛиннЕй предложил систему классификации живой природы. Ввёл латинские названия и бинарную номенклатуру для наименования видов. Описал более 600 видов растений.

Основатель эмбриологии Карл Максимович Бэр – профессор Петербургской медико-хирургической академии установил закон зародышевого сходства – зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи. 

Французский биолог Жан Батист Ламарк создал первую стройную и целостную теорию эволюции живого мира. В 1808 году вышел его труд «Философия зоологии».

Жорж КювьЕ стал основателем сравнительной анатомии и палеонтологии — науки об ископаемых животных и растениях.

Огромную роль в развитии биологии сыграла клеточная теория, которая научно подтвердила единство живого мира. Авторами клеточной теории стали немецкие учёные Теодор Шванн и Маттиас Якоб Шлейден.

В 1859 году был опубликован научный труд великого английского натуралиста Чарлза Дарвина «О происхождении видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», в котором он объясняет причины и пути эволюционного развития видов.

Чешский монах Грегор Иоганн Мендель, основоположник генетики – науки о наследственности и изменчивости, выявил закономерности наследования признаков организмов.

Благодаря исследованиям РОберта Коха, Луи ПастЕра и Ильи Ильича МЕчникова развивалась микробиология, достижения которой позволили понять природу многих заболеваний и найти пути их профилактики и лечения.

Луи ПастЕр доказал невозможность самозарождения жизни и предложил новый метод обработки молочных продуктов – пастеризацию. Учение об иммунитете, созданное МЕчниковым, легло в основу иммунологии.

Фундаментальными для развития физиологии стали труды выдающихся русских учёных Ивана Михайловича СЕченова и Ивана Петровича Павлова. За исследования в области физиологии пищеварения в 1904 году Иван Петрович Павлов был удостоен Нобелевской премии.

C начала XX века активно развивались молекулярная биология, генетика, экология.

В 1903 году голландский ботаник ХУго Де Фриз назвал мутациями появления внезапных изменений признаков, приводящих к образованию новых видов, и сформулировал мутационную теорию.

Американский биолог Томас Хант Морган в 1933 году получил Нобелевскую премию «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности».

Всемирно известный теоретик эволюционного учения XX столетия, русский биолог Иван Иванович ШмальгАузен создал учение о факторах эволюции.

Владимир Иванович ВернАдский — русский учёный-естествоиспытатель, создатель науки биогеохимии, создал учение о биосфере и ноосфере.

Неоценимое значение для человечества имеет открытие британского бактериолога Александра ФлЕминга. Он выделил первый в истории антибиотик пенициллин из плесневых грибков.

Советский биохимик Александр Иванович ОпАрин создал теорию возникновения жизни на Земле из абиотических компонентов.

В 1953 году американский биохимик Джеймс УОтсон и английский физик Фрэнсис Крик установили структуру молекулы ДНК. Двойная спираль молекулы ДНК стала одним из самых громких открытий в современной биологии.

Развитие биологии как науки наращивает темпы и, возможно, скоро мы услышим новые имена великих естествоиспытателей, приблизивших человечество к пониманию сущности жизни на Земле.

Декан биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова о последних достижениях в науках о жизни

О том, как открытие двойной спирали ДНК изменило науку и изменит человека, о редактировании генома, работах по созданию искусственных живых клеток с помощью синтетической биологии, как преодолеть этические преграды и почему биологи не понимают друг друга, рассказал доктор биологических наук, академик РАН Михаил Кирпичников. 2 апреля на биологическом факультете МГУ пройдет конференция, где ведущие ученые расскажут о «нанострекозах», интерфейсах мозг-компьютер и других выдающихся достижениях.

― Скажите, чем занимаются современные биологи?

— Как ни странно, по-прежнему биологией. Но, тем не менее, это интересный вопрос. Биология, а вместе с ней физика и химия ― это не описание реальной природы, а некая модель природы, которую придумал человек для собственного удобства. Самые интересные вещи получаются как раз на стыке областей. В последние десятилетия всё более популярным становится термин «науки о жизни» ― более широкое понятие, которое включает исследования процессов, происходящих в живой системе.

Самая прорывная область в науках о жизни ― конечно, геномика. Методы современной молекулярной биологии сегодня «пролезают» в традиционные вопросы общей биологии, зоологию и ботанику: расшифровывается геном растений и животных, происходит паспортизация видов. В настоящее на этой базе геномных технологий по существу построена вся область наук о жизни.

— Какие практические приложения и последние достижения в биологии можно выделить?

— Если говорить о практических приложениях, то человечество оценивает текущую ситуацию ― проблемы климата, питания (как прокормить 9 миллиардов человек), медицины, в том числе персонифицированной ― на основании знаний о том, как устроен геном живых организмов (в частности, человека, если мы говорим о персональной медицине). Эта область очень бурно развивается, не проходит и пяти лет, чтобы не произошло крупное открытие. Сегодня у всех на слуху геномное редактирование, возможность вставлять в «хозяйскую» ДНК чужеродный генетический материал. Ученые, которые этим занимаются, относятся к этому очень спокойно, потому что главный генный инженер ― это сама природа, которая многократно устраивала подобные эксперименты, приводя к появлению новых видов.

Поэтому сама по себе генетическая операция ― разрезание, вставка какого-то нуклеотида, потом сшивание ― не несет в себе никакой опасности. Вот если вы, разрезав ДНК, сознательно вставляете туда ген какого-то токсина ― да, это опасно. Это так же, как с атомной энергией: если вы делаете атомную бомбу ― это нехорошо, а если вы делаете атомный ледокол ― это нормально.

close

100%

— А как же этические нормы?

— Принятие решения о том, как использовать то или иное открытие, уже не задача науки, или, скажем так, не задача одной науки, а это задача общества в целом. Поэтому вопросы, связанные с применением новых технологий, всегда носят социально-экономический характер. Прежде всего, смотрят, готово ли общество ментально. К тому, что вчера было неэтично, со временем человечество привыкает и это становится нормальным. Это продолжается уже многие сотни лет, с того момента, как только возникла наука… Второй круг вопросов ― экономические вопросы. Часто новые технологии дают принципиально новые возможности, которых нельзя получить другими способами. А вот нужно ли использовать эти возможности ― это уже должно решать общество.

Технологии редактирования генома хороши тем, что они облегчают общественное восприятие того, что делает генетическая инженерия, например, для пищи, для персональной медицины и так далее. Почему? Потому что редактирование не подразумевает внесение чужеродной генетической информации в тот объект, с которым работает. Там все происходит внутри живой клетки, и посторонняя информация туда не попадает. Этические вопросы к редактированию генома, как правило, связаны с не всегда грамотными, а иногда и очень ангажированными выступлениями противников.

— Какие области наук о жизни сейчас на пике развития?

— Ко всем современным технологиям мы подошли благодаря открытию двойной спирали ДНК. Это основной принцип, по которому передается информация в живых системах, но не единственный. Помимо традиционной генетики, которая изучает повторяющиеся многомиллиардные цепочки из четырех нуклеотидов в двойной спирали ДНК, сегодня существует еще эпигенетика. Это способ передачи генетической информации на молекулярном уровне, но напрямую не связанный с генетическим кодом, он зависит от пространственной укладки. Одна и та же последовательность может быть уложена в виде петель разной формы, и в зависимости от того, какую пространственную конфигурацию занимает ДНК, совсем по-другому будет идти экспрессия генов (то есть выделение белков).

Сегодня мы можем говорить, как о вершине всего, о синтетической биологии, то есть о синтезе ― не природой, а человеком ― живых систем с заданными функциями. Сейчас самые амбициозные проекты в биологии как раз связаны с синтетической биологией. Первый этап ― попытки искусственно создать простейшую живую клетку. А далее ― клетку, которая способна не только существовать, но и производить что-то нужное человеку, какую-нибудь незаменимую в агропромышленном комплексе аминокислоту, или новый компонент лекарств и витаминов.

— Возможны ли в настоящее время открытия, которые полностью перевернут представления человека о биологии?

— Да, и не только в биологии. В наше время такие открытия происходят гораздо чаще, чем раньше. Просто большое видится издалека. Я думаю, что во времена Ньютона мало кто обсуждал законы тяготения, а в момент открытия теории относительности мало кто обсуждал это открытие Эйнштейна. На всех гораздо большее впечатление произвела его работа по фотоэффекту. Именно за эту работу он получил Нобелевскую премию, а не за Общую теорию относительности. Открытие двойной спирали ДНК ― это совершенно великая вещь. А использование методов генетической инженерии рождает буквально каждый год новые приложения.

Нобелевская премия 2012 года была вручена за использование тех же методов, на которых построены современная клеточная и геномная биология. Она была дана за понимание механизмов управление путями развития клетки: как из стволовой клетки получается клетка печени, почки, или нейрон. Это же огромное открытие. Просто время еще не прошло, чтобы понять это. Была решена и обратная задача: из клетки соединительной ткани ― мезенхимы или кожного эпителия — научились получать стволовую клетку. Путь этот очень непрост и чреват многими вещами, и есть серьезные ограничения в клиническом применении. Хотя сейчас в России принят, с моей точки зрения, очень позитивный закон о регенеративной медицине.

Примеров открытий можно приводить очень много. На самом деле, глубокое заблуждение, что серьезные открытия можно предсказывать. Если бы их можно было предсказывать, они бы не были открытиями. Использование этих открытий можно направлять, в этом принципиальное отличие фундаментальной науки от приложения.

— Как изменится, и изменится ли, в ближайшем будущем жизнь людей благодаря открытиям в современной биологии?

Почему говорят, что первая половина XXI века будет временем, когда доминирующее положение в науке будут занимать науки о жизни? Потому что ответить на все основные вызовы, которые стоят перед человечеством ― будь то обеспечение питанием девяти миллиардов людей или персонализированная медицина – традиционными методами просто невозможно. Сейчас мы находимся на пике возможностей. Все стоит на том фундаменте, который обеспечивают современная геномика и другие «омики»: протеомика, геномика, метаболомика ― все они построены на знании функционирования генома. Отсюда решение не только сельскохозяйственных задач, но и задач возобновляемых источников сырья.

Использование нефти в мире сейчас находится на своём пике. Но наступит время, когда оно упадет, и нефть заменят другие источники. И произойдет это не только потому, что будет беда с невозобновляемыми источниками, то есть нефть кончится. Понимаете, каменный век закончился не потому, что камни кончились на Земле. Просто появились новые технологии, изменилась ментальность человека. Если мы на тех же технологиях, которые вполне адекватны и хороши сегодня в век нефти и газа, останемся через сто лет, то превратимся в таких же варваров, какими нам сегодня кажутся люди, которые жили в каменном веке.

Поэтому в промышленной биотехнологии нас ждет ряд очень серьезных перемен, связанных и с возобновляемыми источниками энергии, и с экологической биотехнологией. Пугают, что биотехнология испортит экологию, но я утверждаю, что только при помощи биотехнологии ее можно сохранить: во-первых, зная молекулярные паспорта, мы можем восстанавливать исчезающие виды, к этому нас ведет в том числе и синтетическая биология, и уже более широко известные методы клонирования. Во-вторых, те способы, которые дает биотехнология, помогут для ремедиации земли, воды и воздуха от традиционных загрязнений (например, нефтяных загрязнений). Никто не может соперничать с современной микробиологией, которая построена на этих принципах. Так что, XXI век ― это век биологии. А точнее ― наук о жизни.

— Какие основные достижения есть у ученых биологического факультета МГУ?

— 2 апреля у нас будет конференция «Ломоносовские чтения», где будут представлены успехи ученых биологического факультета. Михаил Островский, крупнейший российский молекулярной физиолог, прочитает лекцию, посвященную перспективам восстановления зрения. Существует ряд совершенно безнадежных и очень распространенных в мире заболеваний, в основном либо врожденных, либо связанных с пожилым возрастом, когда человек теряет зрение за счет того, что в сетчатке погибают нейроны, которые формируют этот сигнал. Проект Михаила Островского ― наша совместная работа по оптогененике и моделированию протезирования зрения. Методом генетической инженерии можно встроить соответствующие нейроны в сетчатку, вставить туда соответствующим образом гены светочувствительного белка родопсина, и восстановить зрение. Сегодня эта задача уже решена и нами (на животных), и американцами (начались клинические испытания) в плане светового зрения, когда человек вообще ничего не чувствовавший, не видевший, начинает различать свет и тень. Дальше идет стадия предметного зрения, когда человек отличает стул от стола ― тут много фундаментальных вопросов, но это уже не фундаментальная наука, а прямое приложение. Следующий этап этой программы, если очень грубо говорить ― это цветовое зрение. И здесь мы совместно с рядом академических институтов довольно далеко продвинулись.

С нервной деятельностью ― очень интересной областью ― будет связан доклад Александра Каплана, который, по крайней мере, последние лет 15-20 занимается разработкой интерфейса мозг – компьютер. Что делается: снимается тонкая энцефалограмма и на ее основе расшифровывается, какие сигналы что обозначают, к каким действиям, к каким мышечным сигналам они должны в норме приводить. Это такая расшифровочная задача с неограниченной областью приложения. Начну с простых и веселых вещей: используя электрический сигнал, который возникает в мозгу, можно конструировать бесконечное количество различных игр без интерфейсов. Люди просто играют, подавая какие-то сигналы. У оператора сложных процессов, если он ведет локомотив, управляет ядерной станцией ― всегда ограничены возможности: две руки и может быть еще голосовые вещи какие-то. При помощи такой методики появляется совершенно новая возможность: оператор подумал о чем-то, и этот сигнал уже может преобразовываться во что-то к потребителю ― скажем, пилоту самолета. Но это в будущем, а сегодня такие вещи уже используют для очень невеселых вещей. У людей, полностью потерявших двигательные и речевые способности, появляется возможность общения с внешним миром. Мы можем расшифровать энцефалограмму такого человека и понять, какой сигнал он дает во внешний мир, это можно фиксировать с помощью компьютеров.

Александр Марков, наш крупнейший эволюционист, расскажет, как и от кого мы произошли, от кого чему научились. В докладе Сергея Ульянова речь пойдет об эпигенетике: как упаковка ДНК в ядре клетки управляет работой генов. Это может влиять на то, какой ген работает, а какой не работает. Это бывает и в норме: по мере развития на разных этапах в клетке какие-то гены активно работают, какие-то нет, потом другие гены ― в зависимости от того, как живет клетка. И в патологии: если выстроилась такая петля, что регуляторные, как говорят, области ДНК оказались положении, которое позволяет работать зарепрессированному (то есть закрытому) гену ― например, онкогену ― вот, пожалуйста, мы на пути к развитию раковой опухоли.

На конференции выступит и самый молодой заведующий кафедрой на биофаке, Алексей Полилов, получивший государственную премию из рук Президента за открытие нового вида самых маленьких насекомых ― «нанострекоз», «наножучков», как мы их неформально и не совсем корректно называем. Мы говорим сейчас «искусственный интеллект», но нельзя сейчас забывать об интеллекте естественном. Одна из краеугольных задач ― развитие науки коннектомики. Это наука о том, как элементы нервной системы связаны между собой, и как они передают сигнал нейрона. Так вот, у «наножучков» или «нанострекоз» всё очень минимизировано и наиболее ярко выражены две функции – нервная и половая, а все остальное убрано. Понятно, почему: потому что надо ориентироваться в пространстве и надо как-то размножаться. И если у млекопитающего многие-многие миллионы нейронов, и разобраться в их связи совершенно невозможно, то у этих «нанонасекомых» их всего с десяток или несколько десятков. Это много порядков разницы, и это позволяет использовать этих «наноживотных» как модели для изучения и понимания процессов передачи нервного импульса.

И, конечно, Петр Каменский много расскажет о нашем знаменитом «Ноевом ковчеге». В числе докладчиков есть разные люди, например, Сергей Недоспасов – лидер во всей стране по иммунологии, есть ученые старшего поколения, те, кому под 80, есть и совершенно молодые люди, которые действительно достигли уже очень больших высот.

— Формат выступлений был изменен с научного на научно-популярный. С чем было связано это решение?

— Самое трудное ― говорить популярно о сложных вещах. Надо действительно глубоко понимать эту вещь. Мы начали с того, что нет химии, биологии и физики, а есть природа, и ее можно исследовать разными методами. И чем совершеннее эти методы, тем более сложные системы мы можем исследовать. Сейчас среди в фундаментальной науке пик биологии потому, что, с одной стороны, «подросли» методы: физические (рентген, ЕМР, криоэлектронная микроскопия), математические (BigData). С другой стороны, мы видим, что на каком-то уровне мы разобрались с живыми системами и теперь их можно изучать более совершенными методами. С моей точки зрения, есть две тенденции. Одна из них – происходит понимание и очень широкое использование самых разных методов для исследования сложных объектов, что дает даже не аддитивный (дополняющий друг друга), а кумулятивный (накопительный) эффект. Сразу получаются прорывные знания. Вторая тенденция: к сожалению, огромная специализация методологий ведет к тому, что люди, даже работающие в близких областях, начинают плохо понимать друг друга.

Не говоря уже о том, что довольно сложно общаться даже профессионалам, которые занимаются близкими вопросами. Они часто не очень хорошо понимают друг друга и упускают важные общие вещи, а лезут в детали, которые не всегда важны и не всегда интересны. Мы решили, что формат, когда лидеры направлений рассказывают о своих областях, он очень хорош и будет интересен широкому кругу людей. В числе докладчиков есть разные люди – есть те, кому под 80, есть совершенно молодые люди, которые действительно достигли уже очень больших высот.

— И всё же на кого рассчитана эта конференция?

— Конференция рассчитана в основном все-таки на студентов старших курсов, на научных сотрудников и преподавателей, но я думаю, что будет очень интересно и для студентов младших курсов, и мы не закрываем двери перед школьниками. У нас есть очень широкая сеть кружков по биологии, куда принимают школьников начиная с 5-6 класса, которые формально не дают никаких преимуществ при поступлении, но, тем не менее, на самом деле они делают самое важное – занимаются прежде всего популяризацией науки. Те, кто видят, что они действительно не ошиблись и что их на самом деле интересует наука — они оказываются у нас, ну а те, кто находит какие-то более интересные для себя занятия — те, по крайней мере остаются культурными людьми, которые понимают, что происходит на переднем крае современной науки.

Я всегда говорю, наш факультет уникален тем, что нет другого такого места в России точно, да и в мире я не знаю, которое бы покрывало все поле наук о жизни. От антропологии или экологических систем, таких сложных, как в целом система Земли до синтетической биологии, через генную инженерию – все поле сосредоточено в одном месте, такого нет нигде больше. Если исходить из биологических задач, то наличие специалистов такого широкого профиля дает нам неоценимое преимущество. Возможность подходить с разных концов и смотреть на проблему. Именно такое уникальное качество биологического факультета позволило нам, например, открыть две такие разные программы магистратуры на английском языке в совместном университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне: нанобиотехнология и – совсем на другом полюсе – фундаментальная и системная экология, куда поступают бакалавры-представители совершенно разных специальностей.

Я думаю, это такой формат конференции будет успешным и станет традиционным форматом Ломоносовских чтений.

— Расскажите немного о своей работе?

— Я заканчивал МФТИ и долго искал, чем заниматься. Я был на кафедре физики твердого тела и даже на кафедре теоретической физики. Но на втором курсе у нас организовали кафедру физики живых систем. Я сразу понял, что это мое, и с третьего курса занимаюсь молекулярной биофизикой. В самом начале это была, по существу, белковая инженерия, или, более широко, биоинженерия. Сейчас мои интересы – использование методов биоинженерии в самых разных полях. Наибольший интерес, если говорить о прикладных вещах, для меня представляет дин проект, о котором я уже говорил – оптогенетика при моделировании зрения. Второй проект (о нем я еще не говорил) – производство человеческих терапевтических антител. Это одно из следствий проникновения сначала генно-инженерных технологий, а потом геномных технологий в нашу жизнь. Это началось с того, что в клетках E coli были синтезированы белки человека – инсулин, интерферон – и это действительно была революция. То есть, человека стало возможно лечить белками человека. Не трупным материалом, как было раньше. Потому что как его ни чисти, всегда есть опасность заражения вирусами или чем-то еще, или опасность аллергических реакций. А когда вы получаете абсолютно чистые белки человека, картина абсолютно другая. Это была первая революция в современной биомедицине – человека стало возможно лечить белками человека. Сегодня наука продвинулась до терапевтических антител – генно-инженерных конструкций, которые я считаю самым современным классом лекарств. Сегодня на рынке суммарно присутствуют порядка 250 таких препаратов, в основном это противоонкологические лекарства, но не только – есть и терапевтические антитела. Их суммарный рынок сегодня, я думаю, приближается к 80-90 миллиардам долларов ― напомню, это всего 200 с небольшим препаратов.

Третье направление, которое мне очень сейчас интересно ― это как раз вопросы эпигенетики, причем именно в части сворачивания ДНК, как пространственные структуры ДНК влияют на экспрессию (работу) тех или иных генов. Вот эти вот вещи, ну и, конечно, как будущее ― синтетическая биология, то есть конструкция вот таких вещей. Вот этим всем мы занимаемся.

Международная научная конференция «Морская биология в 21 веке: достижения и перспективы развития»

В тематическом разделе сайта рассказываем об исследованиях в области морской биологии: о научных открытиях, новых технологиях и материалах, современных методах микроскопии и генетических исследованиях, пишем о проводящемся в Центре обновлении и развитии приборной базы. Большое внимание в этом году будет уделено популяризации науки и современных технологий. Прежде всего — это цикл выступлений и презентаций ведущих учёных, которые обсуждают актуальные научные проблемы и достижения, объясняют важность и влияние научных открытий на повседневную жизнь.

6-8 октября 2021 г. в Национальном научном центре морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН прошла Международная научная конференция «Морская биология в 21 веке: достижения и перспективы развития». Она была приурочена к 100-летию со дня рождения выдающегося советского, российского биолога, инициатора создания и первого директора Института биологии моря ДВНЦ АН СССР, академика АН СССР Алексея Викторовича Жирмунского.

С приветственным словом к участникам конференции обратилась и.о. директора ННЦМБ ДВО РАН, чл.-корр. РАН Инесса Валерьевна Дюйзен. Открывая конференцию, Инесса Валерьевна обозначила главную тематику её работы – морская биология в 21 веке, это все вызовы современной морской биологии от глобального изменения климата и влияния потепления на распределение жизни до более традиционных аспектов, таких как физиология, генетика, биоразнообразие, экология и другие.

С началом работы конференции её участников поздравил председатель Дальневосточного отделения РАН академик Валентин Иванович Сергиенко, который поделился тёплыми воспоминаниями о выдающемся учёном, а также выразил восхищение работой и научно-исследовательской деятельностью Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН.

Вице-президент РАН, научный руководитель ННЦМБ ДВО РАН академик А.В. Адрианов прислал обращение к участникам конференции. «Наша конференция приурочена сразу к нескольким очень важным в нашей жизни событиям: во-первых, это столетие выдающегося советского, российского биолога академика Алексея Викторовича Жирмунского, отца-основателя нашего Института, и сейчас наш Национальный научный центр морской биологии Дальневосточного отделения РАН с гордостью носит имя этого выдающегося учёного. В прошлом году Национальный научный центр морской биологии имени им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук отметил 50-летие со дня основания Института биологии моря. В 2016 году, — пять лет назад, двери для широкой публики распахнул уникальный научно-образовательный комплекс «Приморский океанариум», который является филиалом нашего Национального научного центра. Конференция насыщена докладами российских и зарубежных ученых, наших партнеров, с которыми вместе мы изучаем жизнь в Мировом океане», — подчеркнул научный руководитель ННЦМБ ДВО РАН Андрей Владимирович Адрианов.

Cлово для приветствия в формате видео-обращения было предоставлено почётному директору ведущего партнёра Центра — Института океанологии Китайской академии наук, профессору Сун Сон. Вступительная часть конференции завершилась вручением памятного альбома председателю ДВО РАН академику Валентину Ивановичу Сергиенко.

Первая сессия конференции освещала историю науки и была посвящена жизни и работе академика Алексея Викторовича Жирмунского, с докладом выступила супруга учёного, Надежда Константиновна Христофорова. Она рассказала биографию Алексея Викторовича, который родился в семье выдающего филолога Виктора Максимовича и художницы Татьяны Николаевны Жирмунских, описала годы учебы Алексея Викторовича на Биологическом факультете в ЛГУ, работу в Зоологическом институте и Институте цитологии АН СССР. Надежда Константиновна отметила, что именно в эти годы проявился организаторский талант Алексея Викторовича, который впоследствии помог в организации морских биологических исследований на Дальнем Востоке России. Надежда Константиновна рассказала, что Алексей Викторович всегда был окружен учениками, заражая их своим интересом к науке: его увлечённость любимым делом, обширная эрудиция и высокие человеческие качества всегда притягивали к нему молодёжь. Он прилагал много усилий и в работе со школьниками: читал популярные лекции по линии общества «Знание», встречался с коллективами учеников и учителей в школах, и, наконец, создал при ИБМ ДВО РАН Малую академию морской биологии для учащихся старших классов. Алексей Викторович был человеком высокой культуры, интеллигентным, доброжелательным и чутким, до конца дней пользовался большой любовью и уважением окружающих. Доклад и его автор были награждены аплодисментами.

Международная научная конференция «Морская биология в 21 веке: достижения и перспективы развития» собрала более 150 участников как очно, так и в online-формате. Всего на конференции было заслушано 50 научных докладов. Участники представляли 8 городов Российской Федерации: Владивосток, Севастополь, Москва, Санкт-Петербург, Хабаровск, Петропавловск-Камчатский, Магадан и Тюмень, а также 6 стран: Россию, Китай, Германию, Индию, США и Канаду.

Многие доклады сессий конференции были неразрывно связаны с именем знаменитого биолога. Так, в своём выступлении заместитель директора по научной работе ННЦМБ ДВО РАН Татьяна Юрьевна Орлова рассказала о результатах и итогах 30-летнего мониторинга вредоносного цветения водорослей на восточном побережье России, который был начат по инициативе академика А.В. Жирмунского и продолжается по сей день.

Третий день конференции прошёл в Научно-образовательном комплексе «Приморский океанариум», — сессия была посвящена созданию живых коллекций животных, научным исследованиям, а также экологическому просвещению в океанариумах. Докладчиками выступили сотрудники Научно-образовательного комплекса.

Подводя итоги, можно сказать, что наша научная конференция вызвала большой интерес у научной общественности, было подано более 100 заявок на участие. Работа конференции, по многочисленным отзывам участников и наших гостей, прошла на высоком организационном уровне. В рамках проведения Постерной сессии мероприятия коллеги имели прекрасный шанс обсудить интересные им проблемы современной науки. В качестве почётных гостей в мероприятии приняли участие и сотрудники, стоявшие у истоков создания Института биологии моря ДВО РАН.

«Это международная конференция, и, несмотря на эпидемиологические ограничения, иностранцы участвовали онлайн, традиционно наши ближайшие партнеры — это азиатские страны, поэтому наибольшее количество иностранных докладов из Китая, кроме того, принимают активное участие учёные из Германии, с которыми мы проводим исследования биоразнообразия глубоководных районов Мирового океана. Помимо этого, много участников как онлайн, так и непосредственно в зале из Севастополя, Москвы, Санкт-Петербурга» — отметил заместитель председателя оргкомитета конференции, начальник Отдела международных связей ННЦМБ ДВО РАН Константин Анатольевич Лутаенко.

Информация о материале

Опубликовано: 14 октября 2021

Как добраться:

Наверх

10 важнейших открытий в биологии

Довольно просто забыть, что идеи, которые кажутся очевидными для нас сегодня, веками оттачивались коллективом умных людей, а не появлялись просто так. Тот факт, что мы воспринимаем их как нечто самой собой разумеещееся, всего лишь верхушка айсберга интересной истории. Давайте копнем поглубже.

Содержание

• 1 Осознание того, что животные могут исчезнуть
• 2 Первые клетки, выращенные вне тела
• 3 Открытие гомеостаза
• 4 Первое выделение фермента
• 5 Предположение, что у всей жизни есть общий предок
• 6 Изобретение окрашивания клеток
• 7 Развитие клеточной теории
• 8 Секвенирование ДНК
• 9 Открытие вирусов
• 10 Отказ от преформизма

Осознание того, что животные могут исчезнуть

Если вы идете по пляжу и находите интересный камешек-окаменелость, вы сразу понимаете, что она может принадлежать давно вымершему виду. Мысль о том, что виды вымирают, настолько привычна нам, что трудно даже представить время, когда люди думали, что каждый отдельный тип существ все еще живет где бы то ни было. Люди верили, что Бог создал все — зачем бы ему стало создать что-то, что не сможет выжить?

Джордж Кювье был первым человеком, который задался таким вопросом. В 1796 году он написал статью о слонах, в которой описал африканские и азиатские разновидности. Также он упомянул о третьем типе слонов, известному науке только по его костям. Кювье отметил ключевые отличия в форме челюсти третьего слона и предположил, что этот вид должен быть совершенно отдельным. Ученый назвал его мастодонтом, но где же тогда живые особи?

По мнению Кювье, «все эти факты находятся в соответствии между собой и не противоречат ни одному другому сообщению, поэтому мне кажется возможным доказать существование мира, предшествующего нашему и разрушенному вследствие своего рода катастрофы». Он не остановился только на этой революционной идее. Кювье изучил окаменелости других древних животных — попутно введя термин «птеродактиль» — и выяснил, что некогда рептилии были доминирующим видом.

Первые клетки, выращенные вне тела

Если биолог хочет провести исследование внутренней работы животных клеток, гораздо проще, если эти клетки не являются частью животного в это время. В настоящее время биологи культивируют широкие полоски клеток в пробирке, что значительно облегчает задачу. Первым человеком, который попытался сохранить клетки живыми вне тела хозяина, был Вильгелм Ру, немецкий зоолог. В 1885 году он поместил часть эмбриона курицы в солевой раствор и сохранял его живым в течение нескольких дней.

В течение нескольких десятилетий продолжались исследования с использованием именно этого метода, но в 1907 кто-то вдруг решил вырастить новые клетки в растворе. Росс Харрисон взял ткани эмбриона лягушки и смог вырастить на их основе новые нервные волокна, которые затем сохранял живыми в течение месяца. Сегодня клеточные образцы можно поддерживать живыми почти бесконечно — ученые до сих пор экспериментируют с клеточными тканями женщины, которая умерла 50 лет назад.

Открытие гомеостаза

Вы наверняка слышали что-нибудь о гомеостазе, но в целом очень легко забыть, насколько он важен. Гомеостаз — это один из четырех важных принципов современной биологии, наряду с эволюцией, генетикой и клеточной теорией. Основная идея умещается в короткую фразу: организмы регулируют свою внутреннюю среду. Но как и в случае с другими важными понятиями, которые можно уместить в короткую и емкую фразу — объекты с массой притягиваются друг к другу, Земля вращается вокруг Солнца, никакого подвоха нет — это действительно важное понимание природы нашего мира.

Впервые идею гомеостаза выдвинул Клод Бернар, плодовитый ученый середины 19 века, которому не давала спать слава Луи Пастера (хотя они и были друзьями). Бернар добился серьезных успехов в понимании физиологии, несмотря на то что его любовь к вивисекции уничтожила его первый брак — жена взбунтовалась. Но истинная важность гомеостаза — который он называл milleu interieur — была признана спустя десятилетия после смерти Бернара.

В лекции 1887 года Бернар объяснял свою теорию так: «Живое тело, хотя и нуждающееся в окружающей среде, относительно от него независимо. Эта независимость от внешней среды проистекает из того факта, что в живом существе ткани, по сути, отделены от прямых внешних воздействий и защищены истинной внутренней средой, которая состоит, в частности, из жидкостей, циркулирующих в теле».

Ученые, которые опережают свое время, зачастую остаются непризнанными, но другой работы Бернара было достаточно, чтобы укрепить его репутацию. Тем не менее науке понадобилось почти 50 лет, чтобы проверить, подтвердить и оценить его наиболее важную идею. Запись о нем в энциклопедии «Британника» за 1911 год вообще ничего не говорит о гомеостазе. Шестью годами спустя та же статья о Бернаре называет гомеостаз «важнейшим достижением эпохи».

Первое выделение фермента

О ферментах, как правило, впервые узнают в школе, но если вы прогуливали уроки, объясним: это большие белки, которые помогают протеканию химических реакций. Кроме того, на их основе делают эффективный стиральный порошок. Также они обеспечивают десятки тысяч химических реакций в живых организмах. Ферменты (энзимы) так же важны для жизни, как и ДНК — наш генетический материал не может копировать себя без них.

Первым обнаруженным ферментом была амилаза, которую также называют диастазей, и она находится у вас во рту прямо сейчас. Она разбивает крахмал на сахар и была обнаружена французским промышленным химиком Ансельмом Пайеном в 1833 году. Он выделил фермент, но смесь оказалась не очень чистой. Долгое время биологи полагали, что извлечение чистого фермента может быть невозможным.

Понадобилось почти 100 лет, чтобы американский химик Джеймс Батчлер Самнер доказал их неправоту. В начале 1920-х годах Самнер занялся выделением фермента. Его цели были настолько дерзкими, что фактически стоили ему дружбы со многими ведущими экспертами в этой области, которые думали, что его план провалится. Самнер продолжал и в 1926 году выделил уреазу, фермент, который расщепляет мочевину на химические компоненты. Некоторые из его коллег сомневались в результатах годами, но в итоге и им пришлось сдаться. Работа Самнера принесла ему Нобелевскую премию в 1946 году.

Предположение, что у всей жизни есть общий предок

Кто первым предположил, что вся жизнь развилась из одной твари? Вы скажете: конечно же, Чарльз Дарвин. Да, Дарвин развил эту идею — в своем «Происхождении видов» он писал следующее: «Есть определенное величие в таком взгляде на такую жизнь, с ее различными проявлениями, которая изначально воплотилась в несколько форм или в одну». Тем не менее, хотя мы нисколько не преуменьшаем достижения Дарвина, идея общего предка была высказана десятилетиями ранее.

В 1740 году знаменитый француз Пьер Луи Моро де Мопертюи предположил, что «слепая судьба» произвела широкий круг индивидуумов, из которых выжили только самые способные. В 1790-х Иммануил Кант отмечал, что это могло бы относиться к изначальному предку жизни. Спустя пять лет Эразм Дарвин написал: «Было бы слишком смелым предположить, что все теплокровные животные произошли от одной живой нити?». Его внук Чарльз решил, что нет никакого «слишком» и предположил.

Изобретение окрашивания клеток

Если вы когда-либо видели фотографии клеток, сделанных с помощью микроскопа (или сами на них смотрели), есть весьма высокий шанс, что они были сперва окрашены. Окрашивание позволяет нам видеть те части клетки, которые обычно не видны, и в целом увеличивают четкость картинки. Есть куча разных методов окрашивания клеток, и это одна из самых фундаментальных техник в микробиологии.

Первым человеком, который подкрасил образец для исследования под микроскопом, был Ян Сваммердам, голландский натуралист. Сваммердам больше известен за открытие эритроцитов, но он также сделал себе карьеру, разглядывая все под микроскопом. В 1680-е годы он писал о «цветных ликворах» расчлененных червей, которые «позволяют лучше обозначить внутренние части, ведь они одного цвета».

К сваммердамовому сожалению, этот текст не был опубликован еще по меньшей мере лет 50, а к моменту опубликования Ян был уже мертв. В то же время его земляк и натуралист Антони ван Левенгук независимо от Сваммердама пришел к такой же идее. В 1719 году Левенгук использовал шафран для окрашивания мышечных волокон для дальнейшей экспертизы и считается отцом этой методики. Поскольку оба мужчины пришли к этой идее независимо и все равно сделали себе репутацию пионеров микроскопии, им, наверное, все сложилось весьма удачно для них.

Развитие клеточной теории

«Каждое живое существо состоит из клеток», — эта фраза для нас так же привычна, как и «Земля не плоская». Сегодня клеточная теория воспринимается как само собой разумеющееся, но на самом деле она была за гранью познанного до 19 века, еще 150 лет после того, как Роберт Гук впервые увидел клетки в микроскоп. В 1824 году Анри Дуроче написал о клетке: «Очевидно, что она представляет собой базовую единицу упорядоченного состояния; действительно, все в конечном счете происходит из клетки».

Помимо того, что клетка представляет собой основную единицу жизни, клеточная теория также подразумевает, что новые клетки формируются при делении другой клетки на две. Дуроче пропустил эту часть (по его мнению, новые клетки образуются внутри своего родителя). Окончательное понимание того, что клетки делятся для размножения, принадлежит другому французу, Бартелеми Дюмортье, но также были и другие люди, внесшие весомый вклад в развитие идей о клетках (Дарвин, Галилей, Ньютон, Эйнштейн). Клеточная теория создавалась маленькими лептами, примерно так же, как сегодня современная наука.

Секвенирование ДНК

До недавней кончины, британский ученый Фредерик Сэнгер был единственным живым человеком, который получил две Нобелевских премии. Именно работа на вторую премию привела к тому, что он попал наш в список. В 1980 он получил главный научный приз вместе с Уолтером Гилбертом, американским биохимиком. В 1977 году они опубликовали метод, который позволяет выяснить последовательность строительных блоков в цепи ДНК.

Значение этого прорыва отражается в том, как быстро Нобелевский комитет наградил ученых. В конечном счете метод Сэнгера стал дешевле и проще, стал стандартом на целую четверть века. Сэнгер проложил путь для революций в областях уголовного правосудия, эволюционной биологии, медицина и многих других.

Открытие вирусов

В 1860-х Луи Пастер прославился за свою микробную теорию болезней. Но микробы Пастера были только половиной дела. Ранние сторонники микробной теории думали, что все инфекционные заболевания вызываются бактериями. Но оказалось, что простуду, грипп, ВИЧ и другие бесконечные проблемы со здоровьем вызывает нечто совсем другое — вирусы.

Мартинус Бейеринк первым понял, что не только бактерии виноваты во всем. В 1898 году он взял сок из растений табака, больных так называемой мозаичной болезнью. Затем отфильтровал сок через сито настолько мелкое, что оно должно было отфильтровать все бактерии. Когда Бейеринк помазал соком здоровые растения, они все равно заболели. Он повторил эксперимент — и все равно заболели. Бейеринк пришел к выводу, что есть что-то еще, возможно жидкость, что вызывает проблемы. Заразу он назвал vivum fluidum, или растворимыми живыми бактериями.

Также Бейеринк подобрал старое английское слово «вирус» и наделил им таинственного агента. Открытие того, что вирусы не были жидкими, принадлежит американцу Уэнделлу Стэнли. Он родился спустя шесть лет после открытия Бейеринка и, по-видимому, сразу понял, что нужно делать. За работы по вирусам Стэнли разделил Нобелевскую премию по химии 1946 года. Помните, с кем разделил? Да, с Джеймсом Самнером за работу по ферментам.

Отказ от преформизма

Одной из самых необычных идей в истории был преформизм, когда-то ведущая теория о создании младенца. Как следует из названия, теория предполагала, что все создания были созданы предварительно — то есть их форма уже была готова до начала их роста. Проще говоря, люди верили, что миниатюрное человеческое тело было внутри каждого сперматозоида или яйцеклетки в поисках места, в котором можно расти. Этого крошечного человечка называли гомункулом.

Одним из ключевых сторонников преформизма был Ян Сваммердам, изобретатель техники окрашивания клетки, о котором мы говорили выше. Идея была популярно в течение сотни лет, с середины 17 века и до конца 18.

Альтернативой преформизму был эпигенез, идея о том, что жизнь возникает в серии процессов. Первым человеком, который выдвинул эту теорию на фоне любви к преформизму, был Каспар Фридрих Вольф. В 1759 году он написал статью, в которой описал развитие эмбриона от нескольких слоев клеток до человека. Его работа была крайне спорной на то время, но развитие микроскопов расставило все на свои места. Зародышевый преформизм умер далеко не в зародыше, но умер, простите за каламбур.

По материалам listverse.com

Достижения синтетической биологии и регуляторная политика государства

Журнал «Ремедиум» №4-5-6, 2020г.

DOI: 10.21518/1561-5936-2020-4-5-6-79-86

А.А. Мохов¹, А.А. Чапленко², А.Н. Яворский³

¹ Московский государственный юридический университет им. О.Е. Кутафина
² Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
³ Пущинский государственный естественно-научный институт

Синтетическая биология – новая междисциплинарная область, использующая принципы инженерного конструирования в генетических и биомедицинских исследованиях. Достигнутый прогресс в развитии инструментов, используемых для модификации существующих биологических систем (или создания новых), позволил развить подходы «традиционной» биомедицины и геномики. В данной статье мы рассмотрим ключевые успехи синтетической биологии за последние десять лет. Несмотря на то что ее вклад в фундаментальные исследования в области биологии, медицины, экологии и других наук о жизни бесспорен, внимания требуют и потенциальные риски, связанные с ее развитием. Особенно актуальной данная проблема стала в последние годы, поскольку технология становится менее дорогостоящей, более совершенной, доступной. В статье дана краткая оценка рисков для человечества и природы в целом, связанных с возможным неправильным использованием или злоупотреблением технологиями синтетической биологии. Для решения проблем, возникающих в связи с быстрым прогрессом синтетической биологии, в последние годы были разработаны и запланированы к введению отдельные технические, этические и правовые меры.

Advances in synthetic biology and regulatory policy of the state*

A.A. Mokhov¹, A.A. Chaplenko², A.N. Yavorskiy³   

¹ Kutafin Moscow State Law University (MSAL)
² National Research University Higher School of Economics (HSE)
³ Pushchino State Institute of Natural Science

Synthetic biology is a new interdisciplinary area of research applies the principles of engineering design in genetic and biomedical research. Progress in the development of tools used to modify natural biological systems (or used for creation of new ones) has allowed the development of traditional biomedicine and genomics. At the beginning of this review article, we look at the key achievements of synthetic biology over the past ten years. Despite the fact that the contribution of synthetic biology to fundamental research in the field of biology, medicine, ecology and other life sciences is undeniable, the potential risks for biological safety and security associated with the further development synthetic biology also require attention. This problem has become particularly relevant in recent years, as the technology becomes less expensive, more advanced and affordable. A brief assessment of the risks associated with the possible misuse or abuse of synthetic biology technologies is given from the point of view of danger to humanity and nature as a whole. To solve the problems arising due to the rapid progress of synthetic biology, technical, ethical and legal measures have been developed and planned.

 * Статья подготовлена при финансовой поддержке РФФИ (Проект №18-29-14063/19).

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Возможность создания живых систем, прежде всего клеток, путем химического синтеза – недостижимая мечта биоинженеров и биоинформатиков на протяжении многих десятилетий. Технологии рекомбинантной ДНК, разработанные в 1970-х гг., позволили ученым не только впервые модифицировать клеточные линии с целью придания им новых биологических свойств, но и ускорить исследования физиологических и биохимических принципов функционирования живой материи. За последние десятилетия технологии, имеющие решающее значение для клеточной инженерии, такие как секвенирование или синтез нуклеотидных последовательностей, стали менее дорогими, а следовательно, более доступными для исследователей во многих странах мира. 

Благодаря этим техническим достижениям появилась синтетическая биология, новая дисциплина, в основе которой – использование инженерных принципов при производстве биологических исследований, для модификации существующих биологических систем или для создания новых. 

Первый синтетический геном – геном полиовируса был успешно сконструирован в 2002 г. Эта работа показала возможность химического синтеза de novo геномов из существующих расшифрованных нуклеотидных последовательностей без использования природных матриц.

В 2008 г. был успешно синтезирован и собран минимальный прокариотический геном штамма Mycoplasma genitalium JCVI-1. 0 [1]. Той же исследовательской группой в клетках дрожжей была проведена одностадийная сборка 25 химических фрагментов ДНК в цельный геном M. genitalium. В 2010 г. была создана искусственная клетка M. mycoides с предсказанным заранее фенотипом и способностью к саморепликации, названная «Синтия» [2].

Данные достижения исторического значения стали основой для сдвига в фундаментальных биологических исследованиях от анализа природных систем к созданию искусственных организмов с желаемым фенотипом. В 2009 г. был запущен первый проект по созданию синтетического эукариотического генома – генома дрожжей Saccharomyces cerevisiae. В 2011 г. в рамках проекта были успешно синтезированы правое плечо хромосомы 9 и левое плечо хромосомы 6.

В 2017-м было сконструировано de novo пять дрожжевых хромосом, что составляет более трети всего генома [3]. В ходе реализации этого проекта ученые постепенно установили основные принципы и методологию проектирования и синтеза искусственных хромосом дрожжей. Был опубликован исходный код BioStudio, программного обеспечения для проектирования полного генома дрожжей. 

В 2017 г. природные хромосомы S. cerevisiae были успешно скомбинированы в одну молекулу (нуклеоид), подобную той, что присутствует в прокариотических клетках; полученная таким образом искусственная клетка S. cerevisiae сохранила значительную часть нормальных клеточных функций [4]. 

Данные работы позволили предположить, что границы между естественной и искусственной жизнью могут быть стерты, а живые системы могут быть упрощены с помощью подходов синтетической биологии.

В июне 2016 г. ученые объявили о запуске проекта «Human genome project – write» (HGP – write) с целью создания полного синтетического генома человека в течение 10 лет [5]. Помимо синтеза природных геномов, рассматривается возможность конструирования альтернативных форм жизни с использованием искусственных генетических алфавитов [6]. Группа исследователей успешно сконструировали синтетическую бактерию, содержащую шесть типов нуклеотидов, два из которых в природе не встречаются [7].

Сегодня существует несколько определений синтетической биологии. Общая точка зрения ученых сводится к тому, что синтетическая биология является междисциплинарной областью исследований, которая сочетает в себе биологию с химией, математикой, информатикой и инженерией и фокусируется на разработке биологических систем путем модификации, проектирования и конструирования de novo. Быстрый прогресс в развитии соответствующих технологий дает надежду, что синтетическая биология сможет преодолеть ограничения естественной эволюции и создать синтетические организмы с любыми желаемыми свойствами. Разработка и применение этого подхода не только принесут пользу фундаментальной науке, но и обеспечат человечество новыми инструментами для решения практических задач в таких областях, как экология, энергетика и фармакология [8].

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОСТИЖЕНИЙ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Наиболее очевидный вариант применения разработок синтетической биологии – совершенствование и оптимизация биотехнологических производств. Транскрипционные инструменты, такие как синтетические промоторы или регуляторы транскрипции на основе рекомбинантной РНК, широко используются для точного контроля экспрессии генов [9]. Путем расширения фланкирующих последовательностей выше и ниже ключевых промоторов и посредством увеличения числа копий промотора можно в разы повысить эффективность транскрипции. Биосинтетические исследования показали, что область инициации трансляции мРНК, включая сайт связывания рибосомы (RBS) и нетранслируемый регион 5’ (5’ – UTR), играет важную роль в определении эффективности трансляции конкретной мРНК [10]. Во время разработки синтетического RBS и 5’ – UTR были предложены инструменты для посттранскрипционной регуляции с целью балансировки уровней экспрессии отдельных генов и точечного контроля метаболома клетки. Для улучшения функциональной экспрессии белка был разработан алгоритм «гармонизации кодонов» [11].

Таким образом, развитие синтетической биологии обеспечивает внедрение новых инструментов для повышения эффективности и возможностей «биологических фабрик» на основе рекомбинантных микроорганизмов. Одним из успешных примеров является разработанная схема производства агликона артемизинина — сильнодействующего противомалярийного средства – в клетках дрожжей [12].

В 2006 г. исследователи сконструировали искусственную клетку S. cerevisiae путем модификации природного гена фарнезилпирофосфата с целью повышения его экспрессии и внедрения генов аморфадиен-синтазы и цитохрома P450 из Artemisiaannua в дрожжевую клетку для эффективного преобразования простых сахаров в артемизиновую кислоту; эта технология была коммерциализирована биотехнологической компанией Amyris в 2013 г.

Технологии разработки вакцин на основе ослабленных возбудителей также серьезно продвинулись за счет достижений синтетической биологии. Например, репликация и инфекционность вируса полиомиелита могут быть снижены посредством изменений в наборах кодонов в геноме; такой подход делает полиовирусные вакцины более безопасными [13]. Кроме того, вакцины на основе синтетических клеток микробов могут быть более безопасными, чем природные ослабленные вакцины, если в их геноме используются искусственные нуклеотиды, поскольку такие бактерии и вирусы не могут размножаться в организме человека из-за отсутствия соответствующих азотистых оснований.

Достижения синтетической биологии используют и в разработке новых подходов в терапии некоторых заболеваний. Синтетическая клетка на основе бактерии Yersinia pseudotuberculosis была модифицирована таким образом, чтобы в присутствии раковых клеток вырабатывать инвазин – белок, позволяющий лимфоцитам проникать сквозь плотную оболочку злокачественной опухоли [14]. Введение перепрограммированных бактерий позволило успешно подавить развитие онкологических заболеваний у мышей [15]. Данное исследование открывает широкие горизонты для разработки новых методов клеточной терапии рака.

Синтетическая биология также предоставляет возможность для производства биоматериалов или биотоплива с помощью высокоэффективных синтетических микроорганизмов. Как правило, исходным сырьем являются доступные и недорогие материалы, которые могут быть преобразованы в широкий спектр ценных химических продуктов. Биоинженерные бактерии, потребляющие кукурузный крахмал, были запрограммированы для создания высокотехнологичных тканей [16]. Синтетические микроводоросли, производящие нефтеподобные вещества, используя только солнечный свет, углекислый газ и воду, являются многообещающей альтернативой ископаемому топливу. Рост эффективности хлоропластов – природных фотосинтетических энергетических станций − является ключом к повышению содержания топлива в клетках таких водорослей. Перепрограммированный геном хлоропластов Chlamydomonas reinhardtii был успешно введен в дрожжевые клетки для наработки значительной массы хлоропластов и повышения эффективности фотосинтеза [17].  

Технологии синтетической биологии могут быть использованы при разработке диагностических тестов. Надежность и долговременная стабильность биосенсоров могут быть достигнуты путем конструирования инженерных биологических систем [18]. Бесклеточный синтетический транскрипционно-трансляционный комплекс может быть лиофилизирован и заключен в стерильную бумагу. В таком виде тест-система может храниться в течение нескольких лет, а ее активность в любой момент может быть восстановлена путем добавления воды. Быстрое и недорогое обнаружение вирусов Эбола и Зика было достигнуто благодаря внедрению бумажных генно-инженерных биосенсоров [19, 20].

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ РИСКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Синтетическая биология открывает новые возможности для модификации или создания живых систем, что ставит на повестку дня вопрос о возможности двойного применения одной и той же технологии – она может быть использована как во благо, так и во вред отдельным индивидам или всему человечеству. Технологии двойного применения известны человечеству, с целью их нераспространения принимается комплекс мер на уровне государств и международном уровне. Возможность злоупотребления методами синтетической биологии не может быть полностью устранена. Однако это не обуславливает запрета на работы в данной области, а требует на самых ранних этапах развития науки определения основных рисков и разработки мер по сведению их к допустимому, приемлемому (исходя из достигнутого консенсуса, баланса интересов различных субъектов) минимуму. В связи с этим, помимо технологических, технических и иных специальных вопросов синтетической биологии, необходимо заниматься вопросами правового и этического обеспечения этого вида научной, инновационной деятельности.

Биологическая безопасность включает в себя принципы организации работы с патогенными агентами (вирусами или микробами), соблюдение которых необходимо для предотвращения заражения персонала лаборатории или попадания таких агентов в окружающую среду [21]. Эксперты утверждают, что на сегодняшний день оценка рисков биологической безопасности в области синтетической биологии проведена в недостаточном объеме [21]. 

Во многом это связано с тем, что сравнительный подход, являющийся распространенным методом оценки рисков, мало применим в данной научной области. Традиционные подходы к модификации генов обычно включают манипуляции с известными генами, поэтому достаточно легко найти подходящий объект сравнения. Напротив, конструкции и процедуры в синтетической биологии, как правило, более сложны и обычно включают конструирование нового метаболического пути, состоящего из множества генов, или включают ген с неизвестной ранее функцией. 

Кроме того, важный раздел синтетической биологии – ксенобиология – занимается конструированием генов и пептидов с помощью искусственных (неканонических) пар оснований или аминокислот [22]. Данные соединения не существуют в природе, поэтому для них невозможно подобрать адекватный объект сравнения. Одной из важных проблем биобезопасности в синтетической биологии является преднамеренное или непреднамеренное высвобождение синтетических организмов в окружающую среду во время исследований и применения, хотя исследователи утверждают, что опасность такого события минимальна вследствие уязвимости синтетических организмов и невозможности их длительного существования в естественной среде [23]. Показано, что синтетические микробы могут получить временное преимущество в популяции, но им трудно выжить в долгосрочной перспективе; этот вывод согласуется с тем фактом, что большинство попыток генной инженерии создать микроорганизмы для применения в окружающей среде на сегодняшний день малоэффективны. Другая важная проблема биобезопасности, связанная с перемещением синтетической биологии из области лабораторных исследований в реальный мир, − горизонтальный перенос генов, распространенное в природе явление. Установлено, что вследствие естественного лизиса микробов на 1 г почвы приходится до 1 мкг нуклеиновых кислот, а также до 80 мкг генетического материала на 1 л морской воды [24]. Внеклеточная ДНК может стабильно существовать в течение нескольких месяцев, прежде чем ее ассимилируют прокариотические или эукариотические клетки. Хотя естественная частота трансформации микробов составляет приблизительно всего 1 × 10–7 на бактериальную клетку, введение синтетической ДНК, состоящей из модифицированных (с целью стимуляции трансдукции) генов, может приводить к более высокой частоте горизонтального переноса, что, в свою очередь, может привести к изменению естественной генетической среды [25].

Еще одна проблема биобезопасности – образование устойчивых к антибиотикам и другим средствам синтетических микробов. Плазмиды, используемые в синтетической биологии, обычно содержат гены устойчивости к антибиотикам в качестве селективных маркеров. В условиях, когда давление отбора отсутствует, такие плазмиды могут выходить из клеток-хозяев и попадать в окружающую среду. Они могут проникать и выживать в других бактериях и, следовательно, генерировать устойчивые к антибиотикам и подобным им веществам природные штаммы [21].  

С развитием синтетической биологии расширяется и возможность биотерроризма с использованием технологий двойного назначения. Методы синтетической биологии позволяют в лабораторных условиях из непатогенных микробов получить штаммы особо опасных бактерий или вирусов. В свободном доступе представлены генетические последовательности высокопатогенных бактерий и вирусов, такую информацию можно свободно загружать с веб-сайтов, таких как GenBank, EMBL и DDBJ. С другой стороны, коммерческие фирмы предлагают за относительно небольшую плату синтезировать практически любые вирусные, прокариотические и эукариотические геномы [26]. 

Методы улучшения патогенности и передачи опасных вирусов или бактерий в свое время свободно публиковались во многих научных журналах, архивы которых также находятся в практически свободном доступе. Технические барьеры для проектирования и создания опасных бактерий или вирусного генома почти исчезли. Технологии синтетической биологии сейчас более доступны, чем когда-либо. Коммерциализация технологий синтетической биологии привела к созданию множества технических сервисных компаний, которые могут обеспечить поддержку создания искусственных микробов. 

Для специалистов очевидно, что традиционное регулирование, сложившееся в «доцифровую эпоху», связанное с обеспечением недоступности патогена, его нераспространением на «физическом уровне», является уже недостаточным для решения проблем, возникающих в синтетической биологии. Учитывая, что особо опасные микробы могут быть синтезированы с использованием информации об их геноме, необходимость получения непосредственно таких бактерий или вирусов, которые обычно находятся под строгим надзором, уменьшается. 

С целью избежания существующих в отдельных странах в отношении биообъектов мер контроля при пересечении границ отдельные участки последовательности генома микробов могут быть синтезированы в разных местах и собраны в целую функциональную единицу ДНК уже в неконтролируемых юрисдикциях.

В 2017 г. было сообщено, что вирус лошадиной оспы был успешно сконструирован из перекрывающихся фрагментов ДНК, заказанных по почте [27]. Вирус лошадиной оспы имеет тесную эволюционную связь с вирусом натуральной оспы. Вышеуказанные действия вызвали обеспокоенность у многих вирусологов, которые заявили о необходимости усиления надзора за биологическими исследованиями двойного назначения, особенно в отношении исследований, проводимых в коммерческом секторе. Некоторые европейские эксперты по борьбе с терроризмом предупреждают, что террористические группы могут создавать биологическое оружие «в гараже или на кухне». Риски, связанные с синтетической биологией, могут возрасти, если террористы смогут использовать дроны для распространения таких вирусов [28].

Появление CRISPR/Cas9 – широко применяемой в настоящее время технологии редактирования генома – не только оказало огромное влияние на область синтетической биологии, но и привело к возникновению новых рисков. Данная технология может быть использована для усиления патогенности бактерий или для внесения мутаций в важнейшие гены у людей, животных и растений [29]. Технически простое применение технологии повышает риск преднамеренного злоупотребления ею [30].

В недавнем отчете, представленном Сенату США, технология редактирования генома CRISPR/Cas9 была рассмотрена как возможное средство массового уничтожения [31]. Первые глобальные дебаты по этике, связанные с синтетической биологией, начались, когда была создана первая искусственная клетка – «Синтия». Оппоненты подвергли критике эту работу, аргументируя это разрушением основных представлений людей о жизни и обвинив ее разработчиков в том, что распространение искусственных организмов в природе может вызвать экологические и медицинские бедствия [32]. Доклад, озаглавленный «Этика синтетической биологии», был опубликован в 2010 г. В этом докладе эксперты пришли к выводу, что исследования на данном этапе все еще основаны на существующем природном организме, а не на создании жизни только из неорганических химических веществ. Конструирование клетки с нуля остается лишь отдаленной возможностью, которая реализуется в обозримом будущем.

В докладе были представлены пять этических принципов, обеспечивающих развитие синтетической биологии: действия во благо общества, ответственное управление, интеллектуальная свобода и ответственность, демократическое обсуждение, справедливость и равенство. В июне 2016 г. группа ведущих биологов-синтетиков объявила о создании проекта HGP-Write, в ходе которого будет разработана технология, необходимая для лабораторного синтеза человеческого генома. Рано или поздно такая технология будет применена для решения проблем человека: посредством создания органов, производства клеток и тканей, изначально устойчивых к природным вирусам и возможным новообразованиям.

Новость вызвала общественный резонанс, дебаты по этическим проблемам передовых биологических исследований и биотехнологий. Было поставлено несколько вопросов этического плана. Будут ли исследования включать имплантацию ДНК в эмбриональные клетки человека? Как будет достигнута справедливость в связи с высокой стоимостью технологии? Станут ли такие технологии привилегией для богатых?

Неправильное использование результатов проекта HGP-Write может повысить страх общества перед технологическим прогрессом. Хотя этот проект и является некоммерческим, в него могут быть влиты частные инвестиции, что, в свою очередь, может привести к монополизации результатов одной или несколькими биотехнологическими корпорациями. Кроме того, часть наиболее важных результатов может быть засекречена в режиме коммерческой тайны. Позже исследователи дали ответы на все эти вопросы, отметив, что проект направлен на поиск новых возможностей для промышленной биотехнологии или сельского хозяйства – на синтез геномов животных, растений и микробов, а не на создание идеальных людей или вступление в новую эру евгеники [33].

ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ КАК СПОСОБ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДОВ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Для решения проблем биобезопасности, связанных с синтетическими микробами (угрозы горизонтального переноса генов и появления супербактерий), были предприняты шаги по разработке на лабораторном уровне технических мер для ограничения выживания синтетических микроорганизмов в окружающей среде. Эффективные стратегии биологического сдерживания, снижающие риски случайного выброса генно-инженерных микробов в окружающую среду, включают в себя технологии генетической защиты, например, ограничение роста клеток определенным составом среды, содержащей не встречающиеся в природе соединения.

Так, был создан синтетический ауксотрофный штамм E. coli, зависящий от не встречающейся в природе аминокислоты 3-йод-L-тирозина, в которомаминокислота 3-йод-L-тирозин необходима для производства антидотного белка против токсического фермента колицина E3, постоянно синтезируемого клеткой-хозяином. Когда 3-йод-L-тирозин отсутствует в окружающей среде (например, при случайном попадании бактерии во внешний мир), антидотный белок не продуцируется и токсический фермент колицин E3 убивает бактерию. Несмотря на то что такая система убьет синтетический микроб, если он случайно попадет в окружающую среду, недостатки подхода также очевидны: например, любая мутация гена приведет к потере эффективности системы.

Поэтому более поздние подходы предусматривают построение многофакторных защитных механизмов с помощью комбинации различных механизмов. В качестве примера исследователи недавно представили полигенный регулятор, частота несрабатывания которого ниже 1,3 × 10–12 на одну бактерию [34].

Использование подходов ксенобиологии также может помочь уменьшить риски, связанные с созданием искусственных клеток. Химически синтезированные компоненты организма, такие как ксенонуклеотиды или неканонические аминокислоты, не существуют в природе, следовательно, синтетические клетки, зависящие от таких искусственных молекул, не выживут вне их проектной среды. Данная стратегия может эффективно устранить риски, связанные с обменом генетической информацией, и предотвратить горизонтальный перенос генов между синтетическими и существующими природными организмами. Кроме того, генетические материалы, высвобождаемые мертвыми синтетическими клетками, не могут быть включены в естественные организмы, потому что они не могут быть распознаны природной ДНК-полимеразой [6].

Не менее важно раннее обнаружение и идентификация синтетической ДНК или организмов, если они преднамеренно или случайно попали в окружающую среду.

В этом отношении водяные знаки или штрихкоды ДНК, т. е. уникальные синтетические последовательности ДНК, встроенные во множество локусов синтетических геномов, являются эффективным средством для выделения, идентификации и отслеживания синтетических организмов. Эффективная система штрихкодов обладает следующими характеристиками: штрихкод не влияет на фенотип синтетического организма; водяной знак устойчив к мутации; штрихкод может быть идентифицирован и восстановлен частными или государственными уполномоченными органами; каждая лаборатория имеет свой уникальный штрихкод ДНК; штрихкод устойчив к злонамеренной атаке [35].

Водяные знаки или штрихкоды помогут не только отслеживать и идентифицировать синтетические организмы, но и обеспечивать защиту биоинженерных штаммов как интеллектуальной собственности [36].

НОРМАТИВНАЯ ПОЛИТИКА В ОТНОШЕНИИ СИНТЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

Хотя об инцидентах в области биобезопасности, связанных с синтетической биологией, до последнего времени в общедоступной литературе не сообщалось, есть мнение, что обнаруженный в Китае коронавирус 2019-nCoV, вызвавший в 2020 г. мировую пандемию, имеет искусственное происхождение и получен в лаборатории с применением достижений синтетической биологии¹. 

¹ См., например, «Непризнанный геном: мог ли коронавирус быть создан искусственно». Режим доступа >>

В связи с этим следует ускорить разработку необходимого правового регулирования, а также обеспечить государственное и общественное управление развитием синтетической биологии (например, на уровне профессиональных сообществ). Ключевой задачей является создание эффективного государственного и негосударственного регулирования, существенно не ограничивающего быстрое развитие синтетической биологии, но и не допускающего чрезмерных рисков.  

Ученые находятся на переднем крае инноваций в области синтетической биологии и должны быть первой линией защиты от неправильного использования или злоупотребления ее технологиями. Нельзя допустить дискредитации нового направления деятельности в связи с появлением неконтролируемых исследований, отдельных ученых и групп, находящихся вне профессионального сообщества. Органы власти и научное сообщество единодушны в вопросе необходимости самодисциплины и ответственности ученых, проводящих исследования в области синтетической биологии [30].

Большое значение могут иметь обязательные к соблюдению этические нормы. Так, учеными Китая и Пакистана был предложен «Модельный кодекс поведения для ученых-биологов», содержащий несколько рекомендаций и принципов, некоторые из них прямо касаются синтетической биологии [37]:

• 
  ученые-биологи должны глубоко осознать противоречия данного направления исследований и оценить возможные этические и моральные риски биотехнологии, стремясь принести пользу всем людям с помощью научных исследований и свести к минимуму возможный вред; 
• 
  ученые, занимающиеся исследованиями в области наук о жизни, должны провести полную оценку риска и технико-экономическое обоснование возможных медицинских и социальных угроз, вызванных процессом и достижениями биологических исследований; 
• 
  для эффективного надзора за научными исследованиями необходимы планы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также планы контроля и управления рисками.

Россия находится на начальном этапе разработки этических норм и правил, а также правовых механизмов контроля за их соблюдением в сфере науки. 

Федеральный закон от 23 августа 1996 г. № 127-ФЗ «О науке и государственной научно-технической политике» вообще не содержит слова «этика» и производных от него. В обсуждаемых законопроектах, которые предлагались к обсуждению в связи с моральным устареванием указанного закона, в самом общем виде указывается на соблюдение учеными норм этики. На наш взгляд, необходимо осуществить следующее: закрепить порядок принятия Этического кодекса (кодексов) научного работника (работников), создать средства и механизмы контроля его соблюдения, а также разрешения конфликтов. Отдельного обсуждения требует вопрос о санкциях за нарушение научным работником этических норм. Кроме того, возможно, потребуется принятие, наряду с общими этическими нормами, специальных норм, обеспечивающих должное этическое регулирование в наиболее чувствительных сферах науки, в т. ч. в области синтетической биологии.

В дополнение к этому следует рассмотреть вопрос о разработке нормативных актов на национальном и международном уровне. В отличие от норм этики, соблюдение правовых норм обеспечивается не только научным сообществом, но и государством с присущим ему инструментарием (включая меры принуждения и др.). Специального законодательства, регулирующего научную и иную деятельность в области биологии, не говоря уже о синтетической биологии, в России нет. Имеется массив федеральных законов и принимаемых на их основе подзаконных актов, посредством которых фрагментарно или точечно регулируются отдельные этапы жизненного цикла некоторых биотехнологий.

В качестве примеров можно привести: Федеральный закон от 5 июля 1996 г. № 86-ФЗ «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности», который регулирует ряд отношений, возникающих при осуществлении генно-инженерной деятельности; Федеральный закон от 21 ноября 2011 г. № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации», который выделяет высокотехнологичную медицинскую помощь, включающую в себя применение новых сложных методов лечения, разработанных на основе достижений медицинской науки и смежных отраслей науки и техники. Этот список можно продолжить. Анализ имеющихся актов свидетельствует об их явно недостаточном потенциале для правового обеспечения исследований в сфере синтетической биологии и возникающих в связи с проводимыми исследованиями рисков, угроз.

Косвенно об этом свидетельствует начатая работа по подготовке проекта Федерального закона «О биологической безопасности Российской Федерации». Она осуществляется в связи с принятием Указа Президента РФ от 11 марта 2019 г. № 97 «Об основах государственной политики Российской Федерации в области обеспечения химической и биологической безопасности на период до 2025 года и дальнейшую перспективу». Этим актом проектирование и создание патогенов с помощью технологий синтетической биологии отнесено к основным биологическим угрозам.

В пояснительной записке к соответствующему законопроекту, внесенному в Государственную думу Федеральным Собранием Российской Федерации в конце 2019 г., подчеркивается, что на законодательном уровне отсутствует комплексное регулирование вопросов обеспечения биологической безопасности в стране как системы мер, обеспечивающих организацию защиты населения от биологических угроз, противодействие их возникновению, а также ликвидацию последствий воздействия опасных биологических факторов. 

В связи с открытостью, транспарентностью многих достижений науки и техники, легкостью трансграничного перемещения большинства товаров и технологий остро стоит вопрос о международном контроле некоторых технологий синтетической биологии. С целью его обеспечения необходима разработка и принятие соответствующей Конвенции либо дополнение уже имеющихся, например, Конвенции о запрещении разработки, производства и накопления запасов бактериологического (биологического) и токсинного оружия и об их уничтожении (Москва – Лондон – Вашингтон, 10 апреля 1972 г. )

ВЫВОДЫ

За последнее десятилетие достигнут значительный прогресс в области синтетической биологии, которая внесла вклад как в фундаментальные исследования в сфере наук о жизни, так и в решение прикладных биотехнологических задач. Поскольку технологии синтетической биологии становятся дешевле, проще в использовании и доступнее, любое непреднамеренное неправильное использование или преднамеренное злоупотребление методами синтетической биологии двойного назначения будет иметь серьезные последствия для экономики и безопасности как на национальном, так и на международном уровне. Поскольку большая часть работ в области синтетической биологии в настоящее время выполняется учеными или околонаучными биологическими группами, должны быть предложены и внедрены этические кодексы поведения для ученых. Существующие системы контроля (надзора), меры по обеспечению биобезопасности для синтетической биологии, технологий двойного назначения должны быть усилены.

Помимо этических и правовых мер, необходимо применение технологических подходов к решению конкретных проблем, связанных с прогрессом синтетической биологии. Поскольку вопросы биобезопасности, этики и права уже не могут быть ограничены национальными границами, следует стимулировать широкое обсуждение и обмен идеями на уровне глобального научного сообщества, международных организаций с целью выработки системы мер, предотвращающих возможные злоупотребления технологиями синтетической биологии. В связи с этим необходимо ставить вопрос о разработке этических и правовых актов на международном уровне.

Список литературы / References

1. Gibson D.G., Benders G.A., Andrews-Pfannkoch C. et al. Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalium genome. Science. 2008;319(5867):1215–1220. doi: 10.1126/science.1151721.
2. Gibson D.G., Glass J.I., Lartigue C. et al. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science. 2010;329(5987):52–56. doi: 10.1126/science.1190719.
3. Dymond J.S., Richardson S.M., Coombes C.E. et al. Synthetic chromosome arms function in yeast and generate phenotypic diversity by design. Nature. 2011;477(7365):471–476.
4. Shao Y., Lu N., Wu Z., Cai C. et al. Creating a functional single chromosome yeast. Nature. 2018;560(7718):331–335. doi: 10.1038/s41586-018-0382-x.
5. Scientists Announce HGP-Write, Project to Synthesize the Human Genome — The New York Times. Available at:
   
   6. Hirao I., Kimoto M., Yamashige R. Natural versus artificial creation of base pairs in DNA: Origin of nucleobases from the perspectives of unnatural base pair studies. Acc Chem Res. 2012;45(12):2055–2065. doi: 10.1021/ar200257x.
6. Malyshev D.A., Dhami K., Lavergne T. et al. A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet. Nature.
   
   2014;509(7500):385–388. doi: 10.1038/nature13314.
7. Si T., Zhao H. A brief overview of synthetic biology research programs and roadmap studies in the United States. Synth Syst Biotechnol. 2016;1(4):258–264. doi: 10.1016/j.synbio.2016.08.003.
8. Ajikumar P.K., Xiao W.H., Tyo K.E. et al. Isoprenoid pathway optimization for Taxol precursor overproduction in Escherichia coli. Science. 2010;330(6000):70–74. doi: 10.1126/science.1191652.
9. Seo S.W., Yang J.S., Kim I. et al. Predictive design of mRNA translation initiation region to control prokaryotic translation efficiency.
10. Metab Eng. 2013;15:67–74. doi: 10.1016/j.ymben.2012.10.006. 
11. Angov E., Legler P.M., Mease R.M. Adjustment of codon usage frequencies by codon harmonization improves protein expression and folding. Methods Mol Biol. 2011;705:1–13. doi: 10.1007/978-1-61737-967-3_1.
12. Ro D.K., Paradise E.M., Ouellet M. et al. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature. 2006;440(7086):940–943. doi: 10.1038/nature04640. 
13. Coleman J.R., Papamichail D., Skiena S. et al. Virus attenuation by genome-scale changes in codon pair bias. Science. 2008;320(5884):1784–1787. doi: 10.1126/science.1155761.
14. Anderson J.C., Clarke E.J., Arkin A.P., Voigt C.A. et al. Environmentally controlled invasion of cancer cells by engineered bacteria. J Mol Biol. 2006;355(4):619–627. doi: 10.1016/j.jmb.2005.10.076.
15. Royo J.L., Becker P.D., Camacho E.M. et al. In vivo gene regulation in Salmonella spp. by a salicylate-dependent control circuit. Nat Methods. 2007;4(11):937–942. doi: 10.1038/nmeth2107.
16. Georgianna D.R., Mayfield S.P. Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels. Nature. 2012;488(7411):329–335. doi: 10.1038/nature11479.
17. O’Neill B.M., Mikkelson K.L., Gutierrez N.M. et al. An exogenous chloroplast genome for complex sequence manipulation in algae. Nucleic Acids Res. 2012;40(6):2782–2792. doi: 10.1093/nar/gkr1008.
18. Scognamiglio V., Antonacci A., Lambreva M.D., Litescu S.C., Rea G. Synthetic biology and biomimetic chemistry as converging technologies fostering a new generation of smart biosensors. Biosens Bioelectron. 2015;74:1076–1086. doi: 10.1016/j.bios.2015.07.078.
19. Pardee K., Green A.A., Ferrante T. et al. Paper-based synthetic gene networks. Cell. 2014;159(4):940–954. doi: 10.1016/j.cell.2014.10.004.
20. Pardee K., Green A.A., Takahashi M.K. et al. Rapid, LowCost Detection of Zika Virus Using Programmable BiomolecularComponents. Cell. 2016;165(5):1255–1266. doi: 10.1016/j.cell.2016.04.059.
21. Nordmann B.D. Issues in biosecurity and biosafety. Int J Antimicrob Agents. 2010;36(Suppl 1):66–69. doi:10.1016/j.ijantimicag.2010.06.025.
22. Li L., Degardin M., Lavergne T. et al. Natural-like replication of an unnatural base pair for the expansion of the genetic alphabet and biotechnology applications. J Am Chem Soc. 2014;136(3):826–829. doi: 10.1021/ja408814g.
23. Acevedo-Rocha C.G., Budisa N. Xenomicrobiology: a roadmap for genetic code engineering. Microb Biotechnol. 2016;9(5):666–676. doi: 10.1111/1751-7915.12398.
24. Nielsen K. M., Johnsen P.J., Bensasson D., Daffonchio D. Release and persistence of extracellular DNA in the environment. Environ Biosafety Res. 2007;6(1–2):37–53. doi: 10.1051/ebr:2007031.
25. Hewett J.P., Wolfe A.K., Bergmann R.A., Stelling S.C. Human health and environmental risks posed by synthetic biology R&D for energy applications: A literature analysis. Appl Biosaf. 2016;21(4):177–184. doi: 10.1177/1535676016672377.
26. Gallagher R.R., Patel J.R., Interiano A.L., Rovner A.J., Isaacs F.J. Multilayered genetic safeguards limit growth of microorganisms to defined environments. Nucleic Acids Res. 2015;43(3):1945–1954. doi:
    
    10.1093/nar/gku1378.
27. Medaglia M.L.G., Moussatché N., Nitsche A. et al. Genomic Analysis, Phenotype, and Virulence of the Historical Brazilian Smallpox Vaccine Strain IOC: Implications for the Origins and Evolutionary Relationships of Vaccinia Virus. J Virol. 2015;89(23):11909–11925. doi: 10.1128/JVI.01833-15.
28. Lai H. E., Canavan C., Cameron L. et al. Synthetic Biology and the United Nations. Trends in Biotechnology. 2019;37(11):1146–1151. doi: 10.1016/j.tibtech.2019.05.011.
29. Zhang Q., Xing H.L., Wang Z.P. et al. Potential high-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR/Cas9 in Arabidopsis and its prevention. Plant Mol Biol. 2018;96(4–5):445–456. doi: 10.1007/s11103-018-0709-x.
30. Kuhlau F., Eriksson S., Evers K., Höglund A.T. Taking due care: Moral obligations in dual use research. Bioethics. 2008;22(9):477–487. doi: 10.1111/j.1467-8519.2008.00695.x.
31. Top U.S. Intelligence Official Calls Gene Editing a WMD Threat – MIT Technology Review. Available at: (accessed: 06.02.2020).
32. Ehni H.J. Dual us1e and the ethical responsibility of scientists. Arch Immunol Ther Exp (Warsz). 2008;56(3):147–52. doi: 10.1007/s00005-008-0020-7.
33. Buhk H.J. Synthetic biology and its regulation in the European Union. N Biotechnol. 2014;31(6):528–531. doi: 10. 1016/j.nbt.2014.02.007.
34. Moon T.S., Lou C., Tamsir A., Stanton B.C., Voigt C.A. Genetic programs constructed from layered logic gates in single cells. Nature. 2012;491(7423):249–253. doi: 10.1038/nature11516.
35. Heider D., Pyka M., Barnekow A. DNA watermarks in non-coding regulatory sequences. BMC Res Notes. 2009;2:125. doi: 10.1186/1756-0500-2-125.
36. Jupiter D.C., Ficht T.A., Samuel J., Qin Q.M., de Figueiredo P. DNA watermarking of infectious agents: Progress and prospects. PLoS Pathog. 2010;6(6):e1000950. doi: 10.1371/journal.ppat.1000950.
37. Proposal for the development of a model code of conduct for biological scientists under the Biological Weapons Convention. BWC / CONF.VIII / WP.30. Available at.

Ключевые слова: синтетическая биология достижения риски научная этика правовое регулирование synthetic biology achievements risks scientific ethics legal regulation

25 лучших биологических открытий всех времен | 25 лучших биологов

Лучшие открытия в области биологии : Биология — невероятно разнообразная наука. Он изучает жизнь от самых микроскопических существ, таких как вирусов и бактерий до мегафауны глубокой истории. Специалисты в молекулярной биологии могут создать новую жизнь с нуля и отредактировать существующие геномы.

Однако, чтобы добраться до этой точки, было сделано несколько важных изобретений и открытий, а также сформулировано несколько важных теорий.

Содержание

• 25 лучших открытий в области биологии
  • Первый составной микроскоп.
  • Кровообращение у животных.
  • Первое описание ячеек.
  • Открытие микроорганизмов.
  • Классификация жизни.
  • Бактерии не являются продуктом спонтанного зарождения.
  • Клеточная теория.
  • Теория микробов.
  • Теория эволюции.
  • Законы наследственности.
  • Фагоцитоз.
  • Хромосомы и их роль в оплодотворении.
  • Вирус табачной мозаики.
  • Наследование алкаптонурии.
  • Бактериальная трансформация.
  • Антибиотик пенициллин.
  • Метилирование ДНК.
  • Белковая структура.
  • Мобильные генетические элементы.
  • Структура ДНК.
  • Метод секвенирования ДНК Фредерика Сэнгера.
  • Новое царство жизни.
  • белок р53.
  • Гены, контролирующие аутофагию.
  • Система Cas9/CRISPR у бактерий.

Вот 25 главных биологических открытий всех времен.

Команда отца и сына из немецкого города Миддлбург поместили две очковые линзы в тубус, одну над другой, и выяснили, что такой инструмент помогает видеть микроскопические объекты.

• Некоторые из их микроскопов даже имели три линзы и имели значительное увеличение, даже если изображения были нечеткими.
• Их изобретение оказало значительное влияние на развитие науки — без микроскопа было бы невозможно изучать клетки, мелких животных или бактерии.

Уильям Харви был британским врачом. Он провел несколько вскрытий собак.

• Он также демонстрировал свои эксперименты перед другими хирургами. Гарвей показал, что кровь циркулирует по двум петлям: малому кругу кровообращения и большому кругу кровообращения.
• Он также обнаружил клапаны в венах и определил, что кровь может двигаться в организме только в определенных направлениях.
• Он опубликовал свои выводы в книге под названием « Анатомическое исследование движения сердца и крови у животных ».
• Понимание того, как работают наши кровеносные сосуды, имело решающее значение для медицины и физиологии . Это повлияло на методы лечения того времени и повысило интерес к анатомии .

Роберт Гук был выдающимся изобретателем и ученым, членом Лондонского королевского общества.

• Он усовершенствовал микроскоп производства Janssens и смог стать первым человеком в истории, описавшим клетки в тканях растений.
• Он также изобразил многие другие жизненно важные структуры растений , насекомых и других животных.
• Открытия Гука положили начало тенденции использования микроскопов для изучения жизни, что в конечном итоге привело к нескольким важным открытиям.
• Он также стал примером надлежащего научного исследования и высококачественного научного рисунка.
• Невозможно было бы сформулировать клеточную теорию и без открытия Гука.

Левенгук построил свой маленький микроскоп и с его помощью изучал истории жизни насекомых и микроскопические организмы , такие как простейшие и бактерии.

• Он также был первым, кто показал, что микроскопические организмы, которые он назвал анималкулами , присутствуют в воде, на различных поверхностях, а также в пищевых продуктах.
• Его открытия положили начало микробиологии и энтомологии. Без его работы люди не знали бы, что микроорганизмы вызывают болезни и заражение.

Рекомендуемая литература: История микробиологии

Карл Линней, шведский ученый, предложил универсальную систему классификации живых существ.

• Новая система была иерархической, основана на латинице и позволяла легко общаться между учеными.
• Каждому виду было присвоено уникальное биномиальное имя, и они принадлежали к определенному роду, семейству, отряду, классу и царству.

С тех пор система

• Linnaeus несколько раз модифицировалась, но первоначальная идея осталась прежней.
• Существование системы классификации значительно облегчило изучение жизни, а также позволило изучать эволюционные отношения между организмами в более поздние века.

Эксперимент, проведенный итальянским аббатом и профессором Ласарро Спалланцани, доказал, что микробы не создаются за счет неживой «жизненной силы», а могут происходить только из других микроорганизмов.

• Этот эксперимент помог людям признать, что все животные без исключения происходят от других животных того же типа, свергнув популярный ранее « спонтанное поколение ” теория.
• Эксперимент Спалланцани помог нам лучше понять роль микроорганизмов и их происхождение.
• Он также лег в основу метода пастеризации, позже разработанного Пастером.

Кто	Когда	Что
Теодор Шванн, Матиас Шлейден, Рудольф Вирхов	1838 и 1858	Создание клеточной теории.

Теодор Шлейден, зоотехник, и Матиас Шлейден, ботаник, пришли к общему выводу: все живые существа состоят из одинаковых по форме и строению единиц – клеток.

Они сформулировали клеточную теорию:

• Все живые существа состоят из клеток.
• Каждая ячейка является одновременно функциональной единицей и строительным блоком.

Позднее, в 1858 году, выдающийся немецкий анатом сформулировал третье важное правило клеточной теории: все клетки происходят от других клеток. Формулировка клеточной теории положила начало клеточной биологии, какой мы ее знаем. Без него мы бы не поняли многие процессы и уж точно не смогли бы бороться с такими заболеваниями, как рак.

Рекомендуемая литература: История клеточной биологии

Кто	Когда	Что
Луи Пастер	1861-1862	Доказано, что микробы вызывают болезни.

Луи Пастер, французский микробиолог и химик, считается отцом современной микробиологии.

• Его работа была чрезвычайно обширной. Его наиболее заметными достижениями являются несомненное доказательство того, что бактерии вызывают болезни, и изобретение пастеризации, основанное на более раннем эксперименте Спалланцани.
• До сих пор мы полагаемся на пастеризацию, чтобы сохранить наши продукты. Без вакцин и методов культивирования, разработанных Пастером, мы не смогли бы бороться с болезнями крупного рогатого скота и человека.

Британские ученые Чарльз Дарвин и Альфред Уоллес независимо друг от друга сформулировали теорию, объясняющую происхождение жизни на Земле и механизмы эволюции видов.

• Эволюционная теория значительно расширилась со времен Дарвина, но существование естественного отбора практически бесспорно и по сей день.
• Работа Дарвина внесла значительный вклад в наше понимание жизни на Земле и процессов, которые происходят до сих пор.

Предлагаемая литература: История эволюции

Грегор Мендель, австрийский монах, и математик постулировали механизмы передачи унаследованных признаков от родителей потомству.

• Он использовал растения гороха для своих экспериментов и обнаружил существование доминантных и рецессивных аллелей.
• Менделевская генетика — это лишь один из аспектов сложного механизма наследования, но он по-прежнему играет огромную роль в программах селекции в сельском хозяйстве и понимании болезней человека.
• Мендель также ввел статистику как метод оценки результатов и выводов, который теперь широко используется во всех науках.

Предлагаемая литература: История генетики

Илья (Эли) Мечников обнаружил существование специализированные клетки у животных (как позвоночных, так и беспозвоночных), отвечающие за элиминацию патогенов и мертвых клеток.

• «Открытие Мечникова началось иммунология – наука, посвященная изучению механизмов защиты от патогенов внутри организма.
• Иммунология значительно помогает нам в борьбе с патогенами, а также в разработке вакцин.

Рекомендуемая литература: Полная история иммунологии

Кто	Когда	Что
Эдуард ван Бенеден	1883	Открытие хромосом.

Эдуард ван Бенеден, бельгийский эмбриолог и цитолог, с 1883 года опубликовал несколько статей, описывающих хромосомы в яйцах аскарид, а также процессы оплодотворения и митоза .

Без его открытий были бы невозможны очередные прорывы в понимании наследственности вообще и хромосомных нарушений в частности.

Российский ученый Дмитрий Ивановский изучал растения табака, пораженные болезнью под названием табачная мозаика .

• Он доказал, что болезнь была вызвана агентом, который был намного меньше, чем обычные бактерии.
• Фактический термин « вирус » был придуман позже Мартинусом Бейеринком в 1898 году.
• Благодаря изящному эксперименту, проведенному Ивановским, научное сообщество узнало о вирусах, хотя и не могло их увидеть до изобретения электронного микроскопа.

Арчибальд Гаррод изучил семейные карты больных с нарушением обмена веществ – алкаптонурией и выяснил, что это заболевание наследуется по законам Менделя.

• Это было первое описание наследственной болезни и дополнительное доказательство универсальности законов Менделя.
• Благодаря открытию Гаррода специалисты смогли лучше понять причины заболеваний, таких как гемофилия .

Кто	Когда	Что
Фредерик Гриффит	1928	Открытие трансформации бактерий.

Экспериментируя с двумя бактериальными штаммами Staphylococcus pneumoniae, Гриффит обнаружил, что признаки мертвых бактерий могут быть переданы живым.

• Этот процесс назывался преобразованием . Открытие Гриффита помогло установить роль ДНК в наследственности.
• Открытие трансформационных и бактериальных плазмид также повлияло на развитие генной инженерии .
• Благодаря нашим знаниям о трансформации бактерий мы также можем понять, как устойчивость к антибиотикам распространяется в популяциях бактерий.

Рекомендуемая литература: Плюсы и минусы генетического тестирования

Александр Флеминг работал в больнице Святой Марии в Лондоне, Великобритания.

• Он случайно обнаружил, что присутствие некоторых видов плесени в чашках Петри с бактериальными культурами убивает бактерии.
• Он также очистил вещество, ответственное за этот эффект. Хотя пенициллин был открыт в 1928, его производство в качестве лекарства не начиналось до 1940-х годов, когда надлежащий антибактериальный уход имел решающее значение для раненых солдат.
• Открытие пенициллина положило начало эре антибиотиков, снизив смертность от болезней во всем мире.

Когда Хотчкисс изучал препарат тимуса теленка, он обнаружил, что один из нуклеотидов ДНК , цитозин, имел дополнительную метильную группу – метилировал .

• Позднее было обнаружено, что метилироваться могут и другие нуклеотиды.

Метилирование ДНК

• является одним из наиболее распространенных механизмов регуляции активности генов.
• Теперь мы знаем, что этот тип регуляции, называемый эпигенетической регуляцией , имеет решающее значение для нашего развития и благополучия.

Используя данные, полученные с помощью рентгеновской кристаллографии и бумажных моделей, Лайнус Полинг определил, как аминокислоты соединяются вместе, образуя белки.

• Первой описанной им структурой была белковая альфа-спираль. Белки играют важную роль в функционировании клеток и сложных организмов, и определение их образования было первым шагом к пониманию их активности.
• Метод Полинга также повлиял на Уотсона и Крика и помог установить структуру ДНК.
• Открытие Полинга в настоящее время считается началом молекулярной биологии. Полинг был удостоен Нобелевской премии по химии в 1954 году.

Американский ученый Барбара МакКлинток изучала растения. Особой областью ее интересов был механизм разрывов хромосом растений кукурузы.

• Она обнаружила, что в хромосомах есть области, которые могут отрываться и вновь встраиваться в другие области.
• Это было одно из самых поразительных открытий 20-го века, перевернувшее представление ученых о том, как работает геном и как генерируются мутации.
• В последующие десятилетия было обнаружено, что мобильные генетические элементы ( транспозонов ) могут присутствовать во всех живых организмах, от вирусов до млекопитающих .

На основе данных о соотношении нуклеотидов и рентгеновских снимков, сделанных другим ученым, Розалинд Франклин, Уотсон и Крик вычислили структуру ДНК.

• Они показали, что ДНК представляет собой двойную спираль с водородными связями между комплементарными пуриновыми и пиримидиновыми основаниями.
• Открытие структуры ДНК помогло выяснить механизмы репликации, трансляции и сам код ДНК.

Frederick Sanger разработал метод, позволяющий определять точную последовательность нуклеотидов в геноме с помощью ДНК-полимеразы, готовых праймеров и радиоактивных нуклеотидов.

Его метод был значительно проще и быстрее, чем предыдущие, и помог существенно ускорить секвенирование ДНК бактерий, вирусов, а позже и людей.

Карл Вёзе секвенировал особый тип нуклеиновой кислоты – рибонуклеиновую РНК .

• Он открыл одноклеточные организмы без ядра, которые имели совершенно другой тип рибосомной РНК по сравнению с бактериями и эукариотами.
• Он показал, что эти организмы принадлежали к совершенно отдельному царству жизни . Их назвали архей .
• Современная научная мысль склоняется к мысли, что эукариоты действительно произошли от архей путем эндосимбиоза.

Обнаружен белок

Кто	Когда	Что
Кресс и др.	1979	P53.

Изучая, как вирус SV40 вызывает развитие раковых опухолей, Кресс и его коллеги обнаружили новый белок, который активно продуцируется в ядрах раковых клеток и также связан с одним из вирусных антигенов.

• Более поздние исследования показали, что этот белок играет решающую роль в двух критических процессах: развитии рака и запрограммированной гибели клеток – апоптозе .
• Среди прочего, было обнаружено, что p53 участвует в канцерогенных эффектах курения.

Аутофагия — это процесс самоуничтожения и рециркуляции в клетке в ответ на стресс.

• Осуми разработал метод изучения этого процесса у дрожжей и сумел найти несколько генов, ответственных за этот процесс.
• Его работа внесла вклад как в науку, так и в медицину, поскольку было обнаружено, что аутофагия играет значительную роль в нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Осуми был удостоен Нобелевской премии в 2016 году за свою работу.

Группа ученых под руководством Р. Баррангоу обнаружила, что бактерии используют специальные ферменты для вырезания фрагментов заражающего вируса, недавно вставленных в бактериальный геном.

• Эта система помогает бактериям вовремя распознавать вирусы. Позже ученые поняли, что эти бактериальные ферменты можно использовать для редактирования геномов других организмов.
• Это открытие имело решающее значение для исследования рака, а также в других областях. Во-первых, с помощью этой техники также выполнялось редактирование генов у людей.

Рекомендуемая литература: Плюсы и минусы дизайнерских младенцев

История биологии полна маленьких и больших открытий, которые сильно повлияли на нашу жизнь. Эти открытия помогли нам лучше понять жизнь и добиться невероятных успехов в медицине.

В этом списке биологических открытий описаны лишь некоторые из них, которые оказали наибольшее влияние на развитие биологии.

Процитировать эту страницу

APA7MLA8Chicago

Основные ссылки

• Все изображения взяты из Викимедиа под лицензией Creative Commons.
• «Кто изобрел микроскоп?» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «На протяжении всей истории ключевые открытия меняли курс медицинской науки. Мы смотрим на четыре исторических прорыва в медицине». . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Микрография Роберта Гука, 1665 г. — Британская библиотека» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Открытие бактерий — Энтони ван Левенгук» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Карол Линней | шведский ботаник | Britannica.com» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «[Лаззаро Спалланцани и его опровержение теории самозарождения]. – PubMed – NCBI» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Попытки предотвратить болезни и недомогания WJEC – Редакция 5 – GCSE History – BBC Bitesize» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «BBC – iWonder – Чарльз Дарвин: Эволюция и история нашего вида» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Принципы Менделя о наследовании Научный учебный центр» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Илья Мечников — Биография — NobelPrize.org» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Эдуард ван Бенеден | Бельгийский эмбриолог и цитолог | Britannica.com» . По состоянию на 11 июля 2019 г.. Ссылка на сайт.
• «Дмитрий Ивановский – Ученый дня – Библиотека Линды Холл» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Мартинус В. Бейеринк | голландский микробиолог и ботаник | Britannica.com» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Сэр Арчибальд Эдвард Гаррод :: ДНК с самого начала» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Принцип преобразования — эксперимент Гриффита о генетике» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Открытие Александром Флемингом и разработка пенициллина — ориентир — Американское химическое общество» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Эпигенетика | Резюме» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Вспоминая Роллина Хотчкисса (1911–2004)» – Генетика. По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Лайнус Полинг: открытие белка» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Лайнус Полинг – Факты – NobelPrize.org» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Барбара МакКлинток и открытие прыгающих генов | ПНАС» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Открытие ДНК | Истории | yourgenome.org» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Последовательности секвенаторов: история секвенирования ДНК» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Первоначальное секвенирование и анализ генома человека | Природа» . По состоянию на 11 июля 2019 г.. Ссылка на сайт.
• «Археи и происхождение эукариот | Nature Reviews Microbiology» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «История р53» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Курение, мутация p53 и рак легких. – PubMed – NCBI» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2016 г. – Пресс-релиз – NobelPrize.org» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «CRISPR обеспечивает приобретенную устойчивость к вирусам у прокариот | Наука» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.
• «Скандал с CRISPR-ребенком: что будет дальше с редактированием генов человека» . По состоянию на 11 июля 2019 г. Ссылка.

Предыдущая статьяЧто едят малиновки? Изучите Робин Диеты, Охота и Привычки в еде

Следующая статьяЧто едят пчелы?

Последние сообщения

История биологии

Достижения | Biological Sciences

Сотрудники Мэтью Д. Джонсон, Эми Спроулз, Стивен Маргель, Кэт Голденберг, Рэйвен Паломера Биологические науки Мэтт Джонсон, Эми Спроулз, Стивен Марджелл, Кэт Голденберг и Рэйвен Паломера недавно опубликовали статью под названием «Влияние учебное сообщество на основе места об академических достижениях учащихся STEM на втором, третьем и четвертом курсах» в журнале  Инновационное высшее образование. В документе сообщается о результатах первых трех когорт Klamath Connection PBLC, которые стали возможными благодаря взносам со всего университета и финансированию из гранта HSI STEM Департамента образования США.

Подано: 22 августа 2022 г.

Студентка Мелоди Тью, Николь Рахман-Гарнье, Джордин Нил Биологические науки Несколько студентов Калифорнийского университета Поли Гумбольдт были отмечены на ежегодной конференции Американского общества ихтиологов и герпетологов.

Аспирант биологии Мелоди Тью получила награды Рени и Хаббса и представила свое исследование о происхождении чешуи белого осетра в процессе развития.

Аспирант биологии Николь Рахман-Гарнье получила награды Cashner and Raney и представила свое исследование обонятельной (нюхательной) анатомии местной радужной форели.

Недавняя выпускница факультета морской биологии Джордин Нил получила премию Кларка Хаббса и представила свое исследование сравнительной анатомии черепов и внутренних ушей акул с использованием компьютерной томографии высокого разрешения.

Подано: 5 августа 2022 г.

Студенческий клуб Ханна Корнуэлл (студенческий президент PreMed Society) 25 апреля студенты PreMed и PreVet Society, занимающиеся биологическими науками, организовали мероприятие под названием Intro To Suturing Workshop. Они пригласили доктора Брета Горэма из Провиденса. Больница Святого Иосифа и доктор Элли Кэрриер из ветеринарной больницы Северного побережья. Семинар длился 2 часа (намного дольше запланированного одного часа) и позволил примерно 25 учащимся пройти практическое обучение навыкам наложения швов. Семинар поощряет интерес к карьере в сфере здравоохранения.

Подано: 30 апреля 2022 г.

Факультет Роксанн Шредер Биологические науки

Роксанн Шредер, преподаватель биологии и ESM, написала онлайн-учебник «Генетика человека: понимание того, как работают гены», чтобы помочь студентам в классе генетики человека.

Подано: 21 февраля 2022 г.

Студент Фрэнк Шонесси, Сюзанна Ферсон, Адам Фримодиг, Дэниел Бартон, Мэтью Херст, Джеффри Блэк Биологические науки

Студенты и преподаватели нескольких факультетов изучают влияние выпаса казарки на широко распространенное морское растение, морскую траву, которая обеспечивает многочисленные экосистемные услуги в эстуариях. Используя экспериментальный подход, они обнаружили, что казарки обеспечивают большую продуктивность и половое размножение взморника, что потенциально способствует устойчивости экосистемы.

https://esajournals-onlinelibrary-wiley-com.ezproxy.humboldt.edu/doi/10…

Подано: 31 августа 2021 г.

Факультет Джон Рейсс и Карен Кимнек-Тибурчи Биологические науки

Джон Рейсс и Карен Кемнек-Тибурчи получили трехлетний грант Национального научного фонда (Отдел интегративных систем организма) для изучения эволюции обоняния у нескольких видов безлегочных саламандр с разными способами развития.

Подано: 15 марта 2021 г.

Факультет Каталина Куэльяр-Гемпелер Биологические науки

Каталина Куэльяр-Гемпелер получила награду NSF Career Award, одну из самых престижных наград NSF.

Поступило: 15 февраля 2021 г.

Студент Карли Рохас Биологические науки

Магистрант Карли Рохас (ботаника) получил научную стипендию от Института сельскохозяйственных исследований за предложенное ими исследование местных растений, которые потенциально могут быть использованы в контексте построения агроэкосистемы в соответствии с региональной ТЭК. Они будут работать со своими наставниками доктором Буддика Мадурапперума и Крейгом Бенсоном.

Поступило: 15 февраля 2021 г.

Факультет Карен Кемнец-Тыбурчи Биологические науки

Карен Кимнек-Тибурчи и соавторы опубликовали статью «Новый взгляд на коммуникацию между самками при ухаживании саламандры» в журнале «Интегративная и сравнительная биология». Статью можно просмотреть по адресу https://doi.org/10.1093/icb/icaa087

Подано: 23 октября 2020 г.

Факультет Евы Робинсон и Николаса Сом Биологические науки

Ева Робинсон (Отдел биологических наук) и Николас Сом (Отдел биологии рыболовства; USFWS) написали в соавторстве статью в North American Journal of Fisheries Management под названием «Распространенность инфекции у чавычи заводского происхождения коррелирует с численностью Ceratonova». споры шаста: значение для управления и риск заболевания». Их исследование было мотивировано вопросами, поднятыми Штатом о потенциальных связях между заводской рыбой и риском заболевания, и результаты этой работы были опубликованы ранее в этом году как раз вовремя, чтобы их могли использовать лица, принимающие решения в определение сроков выпуска заводского смолта в реку Кламат 9. 0013

Поступило: 22 октября 2020 г.

Факультет Оскар Варгас Биологические науки

Оскар Варгас, доцент кафедры биологических наук, опубликовал статью в журнале Evolution: «Схемы видообразования для неотропических радиационных растений (Costaceae: Costus) схожи в горных и равнинных регионах» https://onlinelibrary. wiley.com/doi/10.1111/evo.14108

Подано: 15 октября 2020 г.

Факультет Каталина Куэльяр-Гемпелер, Марисса Монако, Эрик Малекос, Дэн Перес-Сорния, Хосе Алехандро Браво Биологические науки

Представлено на собрании американских натуралистов 2020 г. в Монтерее, Калифорния.

Поступило: 5 марта 2020 г.

Факультет Карен Кемнец-Тыбурчи Биологические науки

Получен исследовательский грант от Лиги спасения Редвуда для изучения генетического разнообразия и численности саламандр Южного потока в государственных и национальных парках Редвуд.

Поступило: 6 февраля 2020 г.

Факультет Карен Кемнец-Тыбурчи Биологические науки

Получение награды Бюро по управлению земельными ресурсами CESU за изучение воздействия хищничества тритонов на находящихся под угрозой исчезновения калифорнийских красноногих лягушек.

Поступило: 6 февраля 2020 г.

Студентка Луиза Сеговия Биологические науки

Получил награду CSU-LSAMP от HSU Summer Research Experience Award 2019 за проведение исследований в области иммуногенетики инвазивных лягушек вместе с Карен Кимнек-Тибурчи (биологические науки).

Подано: 30 августа 2019 г.

Факультет Jianmin Zhong Biological Sciences

Цзяньминь Чжун, доктор философии, опубликовала рукопись в журнале «Клещи и клещевые заболевания» в мае 2019 г. Название рукописи «Выделение и характеристика риккетсий из яичника западной черноногих клещ, Ixodes pacificus». Кроме того, соавторами рукописи являются 10 студентов и аспирантов HSU. Чжун гордится достижениями студентов HSU.

Подано: 15 мая 2019 г.

Факультет Jianmin Zhong Biological Sciences

Опубликованная статья в журнале «Клещи и клещевые заболевания: изоляция и характеристика риккетсий из яичника западного черноногого клеща, Ixodes pacificus»

Подано: 9 мая 2019 г.

Получил грант от Друзей национального памятника «Каскад-Сискию»

Подано: 23 апреля 2019 г.

Студентка Стелла Юань Биологические науки

Получен грант Американского общества маммологов Грант в помощь исследованиям Грант

Поступило: 18 апреля 2019 г.

Факультет Михая Томеску (совместно с А. Элгорриагой, И.Х. Эскапой, Г.В. Ротуэллом, Н.Р. Кунео) Биологические науки

Опубликована статья «Происхождение хвощей: эволюция хвощей (Equisetales) в пределах основной клады эуфиллофитов Sphenopsida»

Поступила в редакцию: 17 апреля 2019 г. Cell Biology отметила свое 10-летие в прошлом году серией специально заказанных статей. Чтобы дополнить это, здесь мы попросили исследователей со всего мира поделиться своим мнением о том, как развивались исследования в области молекулярной клеточной биологии за последнее десятилетие, о ключевых концепциях, которые возникли, и о наиболее перспективных интерфейсах, которые были разработаны. Их комментарии подчеркивают широкое влияние, которое оказали конкретные достижения, некоторые базовые знания, которые нам все еще необходимы, и совместные подходы, которые будут необходимы для продвижения вперед в этой области.

Какие, по вашему мнению, были наиболее важными и, возможно, наиболее неожиданными из новых концепций, появившихся в молекулярной клеточной биологии за последнее десятилетие? Был ли этот прогресс возможен благодаря определенному техническому прогрессу?

Асифа Ахтар. Появился ряд важных концепций. Особенно бросается в глаза важность эпигенетики в регуляции генов. Область эпигенетики процветала в течение последних 10 лет. Ясно, что хроматин обеспечивает идеальную платформу для различных посттрансляционных модификаций ДНК и гистонов, которые действуют как сигнальная платформа для различных клеточных процессов. Я также думаю, что открытие того, что комбинация четырех факторов транскрипции может индуцировать плюрипотентное состояние, было феноменальным и стимулировало множество исследований в области стволовых клеток.1336 1 . И последнее, но не менее важное: участие некодирующих РНК в различных клеточных и ядерных процессах совершенно увлекательно. Механизмы, с помощью которых длинные некодирующие РНК регулируют экспрессию генов, ждут захватывающих открытий в ближайшие годы.

Элейн Фукс. Что касается стволовых клеток, то, несомненно, открытия Шинья Яманаки и его коллеги Кадзутоши Такахаши изменили парадигму. В их работе сообщалось о создании индуцированных плюрипотентных стволовых (iPS) клеток из фибробластов кожи мыши при культивировании в условиях эмбриональных стволовых клеток (ESC) ¹ . Примечательно, что временная избыточная экспрессия всего лишь четырех факторов транскрипции, OCT4, SOX2, MYC и Krüppel-подобного фактора 4 (KLF4) — все они естественным образом экспрессируются ESCs — может привести к такой резкой дедифференцировке фибробластов. Это открытие позволило исследователям получить индивидуальные иПС-клетки для изучения биологии множества различных заболеваний человека — первый, но важный шаг для будущей разработки новых лекарств и методов лечения в медицине.

Тим Митчисон. Градиенты реакции-диффузии, определяющие информацию о положении внутри клеток. Градиенты сигнальных молекул давно известны в биологии развития и паракринной физиологии. Но использование градиентов внутри клеток в качестве пространственной организующей системы — это новая концепция. Bicoid, классический морфоген развития, диффундирует внутри синцития, но это особый случай. Градиенты RAN•GTP от митотического хроматина и активности Aurora B от хроматина в М-фазе и средних зон в цитокинезе являются классическими клеточными сигналами, которые, как мы теперь знаем, организуют пространство внутри клеток с использованием механизма реакции-диффузии. Я приписываю эту концепцию Эрику Карсенти, который выдвинул эту идею в середине 19 века.80 с для сигналов, диффундирующих от ДНК в яйцеклетках. Однако это не было доказано до разработки биосенсоров активности на основе флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET) в последнее десятилетие ^2,3 . В целом флуоресцентные датчики биохимической активности — очень важная разработка.

Рубен Дж. Шоу. Одной из областей, близких к нашей собственной работе, является неожиданное возрождение метаболизма и его связь с контролем роста и раком. Достижения в области аутофагии продолжают меня удивлять тем, как мало у нас на самом деле базовой информации о том, как работает клетка. Регуляторы аутофагии представляют собой высококонсервативные белки в центральном клеточном биологическом процессе, который нарушается при обычных заболеваниях человека, однако большая часть биохимической основы этого процесса была расшифрована лишь недавно. Другие недавно расшифрованные центральные регуляторы и процессы, начиная от ресничек и заканчивая сиртуинами, микроРНК (миРНК) и путями, такими как те, что включают гиппопотама и мишень рапамицина у млекопитающих (mTOR), лежащие в основе столь многих биологических процессов, изменили половину того, что мы знаем. Это очень захватывающие времена.

Дэниел Сент-Джонстон. За последнее десятилетие появилось несколько удивительных концепций: во-первых, поразительная степень сохранения основных клеточных биологических процессов в ходе эволюции эукариот; во-вторых, насколько генная регуляция является посттранскрипционной, особенно посредством малых некодирующих РНК; в-третьих, как базовые клеточные процессы, такие как эндоцитарная транспортировка, динамика микротрубочек или поведение митохондрий, модулируются в ходе нормального развития; и, наконец, широкий спектр клеточных биологических событий и событий развития, которые регулируются в ответ на клеточные стрессы, такие как повреждение ДНК или лишение питательных веществ, и то, как они используются в качестве сигналов во время нормального развития.

Наиболее важными техническими достижениями были высокопроизводительное секвенирование, которое позволило получить полную последовательность многих геномов, а также использование РНК-интерференции (РНКи) для подавления функции генов.

Андреас Штрассер. Одной из важных концепций, которая должна появиться, является способность перепрограммировать дифференцированные клетки, такие как фибробласты или гепатоциты, чтобы принять судьбу плюрипотентных стволовых клеток. Другим ключевым открытием было открытие того, что преобразователи сигналов подвергаются сложным процессам модификации различными формами убиквитиновых связей и что они регулируют клеточные ответы на внеклеточные сигналы, такие как лиганды семейства фактора некроза опухоли (TNF). Кроме того, важным результатом стало открытие того, что каспаза 8 регулирует как апоптоз, так и другой процесс гибели клеток, называемый некроптозом. Теперь будет важно определить роль некроптоза в процессах гибели клеток, которые, как считается, формируют эмбриональное развитие, но на которые не влияют мутации, блокирующие апоптоз. Более того, механизм, с помощью которого каспаза 8 предотвращает опосредованный рецептор-взаимодействующим белком 1 (RIP1) и RIP3 некроптоз, в настоящее время представляет огромный интерес.

Сьюзан Тейлор. Наука о геноме изменила наши представления о биологии и предоставила нам новую парадигму для постановки биологических вопросов и размышлений об эволюции. Технологии секвенирования развивались невероятными темпами, как и вычислительная техника, так что секвенирование целых геномов становится быстрым и недорогим. Это изменило лицо биологии. Человеческий микробиом и наша драматическая совместная эволюция с микробами — одно из самых удивительных открытий, сделанных наукой о геноме. Параллельно и также в сопоставимой степени происходит признание роли малых молекул РНК и их огромного значения в регуляции биологии.

Клэр Э. Вальчак. Последние 10 лет были замечательными с точки зрения нашего понимания организации генома, структуры хроматина и экспрессии генов, которые обеспечивают основу для определения функций отдельных клеток. Эта информация также послужила основой для многих полногеномных исследований множества биологических процессов и болезненных состояний. Такие исследования обеспечили фундаментальное новое понимание эпигенетики, прояснили молекулярное понимание измененной регуляции генов при заболеваниях и сделали возможными фундаментальные новые открытия, такие как РНКи и существование микроРНК в геноме.

Марино Зериал. В последнее десятилетие мы постепенно изменили наши взгляды и радикально приблизились к геномной перспективе. Сегодня наши исследования биологических процессов больше не сосредоточены на отдельных генах или белках, а имеют тенденцию расширяться до уровня комплексов, путей или даже систем. Из-за этого изменения размерности мы «переключились» и регулярно извлекаем выгоду из сравнения видов, исследования геномов и манипулирования клетками и организмами. Это было немыслимо в 1990-е. Например, рассмотрим, как РНК-интерференция изменила наш подход к изучению функции генов. В общем, геномная революция открыла горизонт интересных проблем, таких как роль как кодирующих, так и некодирующих РНК.

Растет сотрудничество между различными исследовательскими сообществами как в области клеточной биологии, так и за ее пределами. Как вы думаете, где находятся самые интересные интерфейсы в молекулярной клеточной биологии, и какое сотрудничество, по вашему мнению, будет наиболее плодотворным в будущем?

А.А. Действительно, в эту постгеномную эру методы проведения исследований резко изменились. В среднем статьи имеют более междисциплинарный и совместный характер, особенно в сочетании биохимических и геномных анализов. В будущем я могу предвидеть еще более плодотворное сотрудничество между клеточными и молекулярными биологами и биоинформатиками или даже физиками. На самом деле, я думаю, что следующее поколение ученых уже на подходе, и они будут одинаково хорошо проводить как влажные, так и сухие лабораторные исследования.

E.F. Я считаю взаимодействие между генетикой человека, клеточной биологией и фармацевтической и биотехнологической промышленностью наиболее интересным. Возможность быстрого секвенирования многих образцов рака человека привела к выявлению частых мутаций в определенных типах рака. Достижения в области скрининга и дизайна малых молекул привели к плодотворному сотрудничеству между химиками и фармацевтами, поскольку они начинают разрабатывать лекарства, нацеленные только на мутантную форму белка, а не на его аналог дикого типа. Примером может служить недавняя разработка ингибиторов мутации Val600Glu в BRAF, частой мутации при меланомах 9.1336 4,5 . Хотя резистентность опухоли по-прежнему делает эрадикацию проблематичной, применение этого подхода к мутациям резистентности опухоли должно привести к созданию лекарств, способных преодолевать резистентность опухолевых клеток. Немного заглянув в будущее, мы можем придумать коктейли с лекарствами, которые сделают излечимыми многие другие виды рака.

Т.М. Разработка новой технологии микроскопии в настоящее время является чрезвычайно интересной и продолжается уже более двух десятилетий. Это включает в себя новое оборудование, в котором обычно участвуют физики, и новые зонды, в которых часто участвуют химики. Одним из захватывающих направлений является сверхразрешение (фотоактивируемая локализационная микроскопия (PALM), стохастическая оптическая реконструкционная микроскопия (STORM) и истощение стимулированного излучения (STED)) ^6–8 . Активность биосенсоров еще ^2,3 . Прижизненная визуализация у мышей и людей — еще один.

Успех математического моделирования был неоднозначным. Я с оптимизмом смотрю на то, что это поможет нам по-настоящему понять коллективное поведение белков в будущем, но пока я думаю, что влияние было скромным. Одна большая проблема — это группы, говорящие: «Наша модель работает, значит, мы решили проблему». Это редко бывает правдой, и часто скрываются сомнительные предположения. Но мы знаем, что одна только человеческая интуиция не может объяснить коллективное поведение белков в сложных системах, и кажется, что формальному моделированию нет альтернативы. Но мы должны лучше интегрировать его и быть более критичными.

Наконец, секвенирование ДНК становится дешевле с каждым днем, и это будет иметь огромное значение. Если вы сможете применить этот ресурс к своему вопросу, вы добьетесь быстрого прогресса. Это также значительно расширит возможности работы с нетрадиционными организмами, что открывает всю биологию для подходов молекулярной клеточной биологии.

Р.Дж.С. Лаборатории, ориентированные на технологии, обладающие опытом в области физики, микроскопии и масс-спектрометрии, совершили невероятные прорывы, которые произвели революцию в возможности обнаружения и количественного определения количества белков, модификаций и взаимодействий, а также концентраций внутриклеточных метаболитов, которые невозможно было вообразить. 10 лет назад. Это также было связано с достижениями в технологии РНК-интерференции, секвенировании ДНК, ChIP-seq (иммунопреципитация хроматина с последующим секвенированием) и других методах, которые обеспечивают высокопроизводительные подходы к лабораториям клеточной биологии. Сотрудничество опытных практиков, использующих эти разрозненные технологии для расшифровки тканеспецифических регуляторов и компонентов путей, ограничивающих скорость, откроет множество фундаментальных клеточных биологических процессов, а также новые мишени для многих различных болезненных состояний.

D. St J. Биологические исследования клеток становятся все более количественными, и это стимулировало интересное сотрудничество с математиками и физиками в различных областях, например, для измерения сил в биологических системах, для моделирования морфогенетических событий и для автоматизации анализа изображений. Вклад физических наук также сыграл важную роль в развитии микроскопии сверхвысокого разрешения, которая потенциально может произвести революцию в клеточной биологии, если и когда ее можно будет улучшить, чтобы получать более быстрые и глубокие изображения внутри клеток.

А.С. Взаимодействие между биоинформатиками и клеточными и молекулярными биологами было очень продуктивным, например, позволяя разобраться в больших наборах данных, таких как профили экспрессии генов. Взаимодействия между структурными биологами, медицинскими химиками и клеточными биологами позволили нам определить сложные взаимодействия белков в клеточной передаче сигналов, такие как функции членов семейства В-клеточной лимфомы 2 (BCL-2) в апоптозе. Важно отметить, что такие междисциплинарные взаимодействия способствовали разработке небольших молекул для управления этими процессами в терапевтических условиях, таких как лечение некоторых видов рака.

С.Т. Наведение мостов между вычислительной наукой и экспериментальной биологией — одна из наших прекрасных возможностей, но также и одна из наших самых больших задач. Существуют огромные возможности для объединения биологии с теорией и информатикой, а также с трансляционной медициной. Достижения в области вычислительной техники позволили нам собрать огромное количество данных; однако актуальность данных скомпрометирована без механистического понимания биологических систем. Крайне важно объединить эти сообщества, чтобы мы нашли способы по-настоящему говорить на одном языке. Только таким образом мы можем получить всестороннее представление о биологических системах.

C.E.W. Еще всего 10 лет назад клеточная биология была в значительной степени «нечеткой» наукой, в которой мы смотрели на красивые картинки и описывали то, что видели. Количественные подходы, поддерживаемые достижениями в области визуализации, превратили эту область в более количественную науку. Разработка математических моделей биологических процессов становится все более сложной, предлагая новое понимание функций белков. В будущем нам необходимо расширять сотрудничество с химиками и физиками, использующими нанотехнологии для визуализации и возмущения белков во все меньших и меньших масштабах. Ученые-компьютерщики необходимы, чтобы помочь нам организовать, обработать и проанализировать большие наборы данных, генерируемые высокопроизводительными методами.

М.З. Сегодня в биологических исследованиях используется больше количественных подходов, чем раньше. Например, визуализация и анализ изображений могут быть очень количественными, чувствительными и точными и, таким образом, чрезвычайно эффективными для изучения биологических механизмов во времени и пространстве. Это делает сотрудничество с теоретиками особенно продуктивным. Биологам необходимо работать с математиками, физиками и инженерами, интересующимися биологическими проблемами, потому что они могут помочь нам понять механизмы более точно и предсказуемо. Раньше нашей проблемой была способность идентифицировать некоторые компоненты, которые могли бы дать нам ключ к разгадке молекулярных механизмов. Теперь, когда мы можем относительно легко добраться до таких компонентов (например, с помощью «омики»), наша проблема заключается в том, как понять, каким образом структура и функциональные свойства биологических систем возникают в результате взаимодействия отдельных компонентов. Для этого нам нужна поддержка теории.

Каковы, по вашему мнению, самые насущные вопросы и основные проблемы, с которыми сталкиваются клеточные биологи?

А.А. Динамика и количественный характер функционирования различных путей и макромолекулярных комплексов остаются малоизученными. Мы также начинаем понимать, что пространственный и временной контроль вносит важный вклад в регуляцию генов. Одна и та же молекула в разных клеточных компартментах может иметь очень разные регуляторные функции, которые могут быть упущены при биохимическом анализе. Если мы сможем перевести наши исследования с качественной на количественную биологию и понять реальную динамику наших любимых молекул in vivo , мы совершим большой скачок в нашем понимании различных клеточных путей.

E.F. Самые насущные вопросы в моей области во многом не отличаются от тех, что были 20–30 лет назад, но ответы на них ближе. Как стволовые клетки строят ткани при нормальном гомеостазе и заживлении ран, и как это нарушается при заболеваниях человека, включая рак? И как мы можем использовать эту информацию, чтобы понять основы этих различных заболеваний и разработать новые и улучшенные методы лечения этих расстройств? С революцией технологии рекомбинантной ДНК начала 1980-х и революцию в области генома человека на рубеже веков, граница между фундаментальной наукой и медициной смыкается с такой скоростью, которую мы, будучи студентами, и представить себе не могли. Инструменты и технологии, доступные для решения фундаментальных биологических вопросов, развиваются с бешеной скоростью. Задача впереди будет заключаться в том, чтобы задавать правильные вопросы и творчески разрабатывать стратегии, использующие эти инструменты, чтобы преодолеть этот разрыв и произвести революцию в медицине.

Р.Дж.С. Большая проблема в будущем возникает из-за этого взрыва данных из разных систем: объединение исследований omics (скрининг RNAi, ChIP-seq, фосфопротеомы и интерактомы масс-спектрометрии) для определения того, какие ключевые белки, ограничивающие скорость, в любом биологическом процессе. Мир по-прежнему нуждается в тщательном механистическом анализе отдельных белков и функций, который иногда теряется в стремлении к все большим и большим наборам данных. Получение результатов в клеточных системах, а затем сопоставление их с физиологией и патологией заболеваний в интактном высшем организме также остается ключевой задачей.

D. St J. В последнее время клеточная биология сосредоточилась на относительно небольшом числе типов клеток (чаще всего на неполяризованных, трансформированных клетках тканевой культуры) и в значительной степени упустила из виду поразительное множество различных типов клеток со специализированными функциями, которые происходят in vivo . Я думаю, что одной из ключевых задач на будущее является разработка лучших способов выполнения in vivo клеточной биологии для изучения клеточного поведения в контексте органов и тканей. Способность индуцировать iPS-клетки для формирования органов в культуре будет огромным подспорьем для этого типа работы.

А.С. Одной из задач является выяснение точного определения того, как контролируются клеточная дифференцировка и функциональная активация; то есть, как взаимодействуют многие регуляторы транскрипции, модификации генома (например, посредством метилирования) и посттранскрипционные регуляторные процессы (например, посредством воздействия miRNAs), чтобы регулировать пошаговые изменения в сторону дифференцированного состояния. Другой — определение механизмов, регулирующих неапоптотические, но все же генетически запрограммированные пути гибели клеток, и определение их роли в нормальной физиологии (например, во время эмбрионального развития и тканевого гомеостаза во взрослом возрасте).

С.Т. Самая большая проблема для биологии всегда состоит в том, чтобы задать правильный вопрос, и это еще более важно сейчас, когда технологии развиваются так быстро. В нашем безумии собирать все больше и больше данных нам нужно научиться задавать правильные вопросы и извлекать полезную информацию из этих данных. Параллельно с системной биологией у нас должно быть механистическое понимание биологии. Без понимания основных биохимических принципов данные мало что значат. Точно так же, как нам нужна классическая физиология, чтобы понять, как молекулы работают у целых животных, нам нужна биохимия, чтобы иметь истинное механистическое понимание биологических явлений.

C.E.W. В то время как геномная революция предоставила нам множество потенциально важных молекул, крупномасштабные исследования функциональной геномики лишь касаются поверхности понимания механизмов действия этих белков. Задача состоит в том, чтобы разработать творческие подходы к ответам на самые фундаментальные биологические вопросы. Например, хотя протеомные подходы идентифицировали все компоненты митотического веретена, а полногеномные скрининги выявили набор молекул, влияющих на митотическое веретено, мы все еще не понимаем фундаментальный механизм, с помощью которого каждая хромосома движется к экватору веретена. а затем разделяется на дочерние клетки.

М.З. Клеточная биология должна перейти к тканям и организмам. Нерешенной проблемой является наведение мостов между шкалами. Понимание того, как клеточные компоненты образуют комплексы, как они собираются в органеллы и как органеллы образуют клетки, из которых строятся органы и организмы, ставит огромные технические и концептуальные задачи. Интеграция биологических процессов — одна из самых сложных проблем, с которыми мы сталкиваемся. Решение этих проблем требует преодоления традиционных границ между месторождениями и разработки новых экспериментальных и аналитических методов. В настоящее время мы можем объяснить только небольшие части биологических механизмов: мы видим несколько кусочков пазла, но для полной картины мы должны рисовать в комплексе. В настоящее время нет решений на уровне моделирования или вычислений. Эта проблема требует разработки новых теорий.

Что вы считаете основными препятствиями для продуктивности ваших исследований и что бы вы посоветовали молодым исследователям, столкнувшимся с этими трудностями?

А.А. Несмотря на технические достижения, такие как высокопроизводительные стратегии секвенирования, которые позволили нам относительно быстро получить глобальную картину, настоящим узким местом остается глубокий анализ данных, полученных в результате этих стратегий, и то, как найти биологический смысл в таких стратегиях. Информация. Я также думаю, что проблема заключается в том, чтобы понять, как различные биологические пути работают механически и, что еще более важно, как различные пути взаимосвязаны. Это вызовы для всех поколений ученых. Для молодых лабораторий одной из основных проблем является найм нужной группы людей и сосредоточение внимания на конкретном биологическом вопросе. Я бы посоветовал использовать мультидисциплинарный подход для решения интересующих вопросов, поскольку это дает возможность взглянуть на вопрос с разных сторон и может привести к неожиданным и интересным выводам.

E.F. В Соединенных Штатах основным узким местом является ненадежный финансовый климат, с которым мы сталкиваемся, и снижение внимания, которое наша страна уделяет высшему образованию. Наша страна десятилетиями инвестировала в биомедицинские исследования, и теперь мы готовы извлечь выгоду из этого фонда и совершить крупные прорывы в ближайшие десятилетия. Крайне важно, чтобы мы усерднее работали над информированием политиков и общественности о том, сколько времени требуется, чтобы превратить научные открытия в лекарства. Я настроен оптимистично в отношении того, что мы можем это сделать, и я хотел бы призвать молодых исследователей также быть оптимистами, следовать своей страсти к науке, а также участвовать в усилиях по общению с политиками и общественностью, от которых зависит наше будущее.

Т.М. Финансирование является основным узким местом во всем мире, и особенно это касается молодых ученых. Одной из огромных проблем является доказательство нашей ценности перед обществом, что мы должны сделать, если мы надеемся, что нас будут финансировать за счет денег налогоплательщиков. Огромный прогресс в области молекулярной клеточной биологии за последние два десятилетия не привел к значительному улучшению состояния человека — например, к новым способам профилактики и лечения болезней. Я считаю, что фундаментальная наука оказывает и будет оказывать такое влияние, но в течение длительного периода времени и часто непредсказуемым образом. Решение этой проблемы требует, чтобы некоторые умные молодые люди (но не все — базовый прогресс важен как никогда) пошли по пути: во-первых, перевода фундаментальных исследований в полезные приложения, которые, на мой взгляд, включают синтетическую биологию, а также более традиционные идеи, такие как лекарства и замена органов на основе стволовых клеток; и, во-вторых, просвещение и активизация общественности, что включает инновации на всех этапах традиционного образования, а также работу с общественностью, политические действия и научную деятельность в Интернете.

Мой совет молодым ученым: избегайте проторенной дороги. Верного пути к успеху в науке не существует. Но если вы пойдете по обычному пути и будете делать то, что уже делают ваш советник и ее коллеги, вы гарантированно окажетесь в переполненном поле, где трудно конкурировать за ресурсы и добиваться независимого признания. Нужно рисковать — в подходе, в системе и в вопросах.

Р.Дж.С. По иронии судьбы, перед лицом технологий, которые были разработаны для рентабельных скринингов РНК-интерференции и полных протеомных масс-спектрометрических анализов всех клеточных белков и метаболитов, остается одна неудовлетворенная потребность, которая по-прежнему ограничивает скорость практически во всех областях клеточной биологии. исследование имеет инструменты и реагенты, которые могут выборочно визуализировать пулы данного белка со специфическими посттрансляционными модификациями (например, ацетилированием, сумоилированием и фосфорилированием) в интактных клетках и организмах. Я бы посоветовал молодым ученым исследовать области на стыке этих полей и всегда включать новые методы и способы осмысления биологической проблемы.

D. St J. Помимо обычных проблем, связанных со слишком большим количеством бюрократии и недостаточным финансированием, одна из основных трудностей, с которыми мы сталкиваемся в лаборатории, заключается в том, как исследовать функции белков, которые играют несколько ролей в одной и той же клеточной линии. . Хотя есть несколько специфических приемов, которые позволяют отключить функцию белка в определенном месте или в определенное время, большинство из них на самом деле отключают ген, а не белок, оставляя проблему постоянства. Было бы здорово иметь стандартный способ создания условных мутантных форм белков, чувствительных либо к свету, либо к теплу.

Мой совет молодым ученым: не предполагайте, что все, что было опубликовано, верно, и что лучше решать сложные интересные вопросы, чем легкие вопросы.

А. С. Во-первых, я считаю, что важно работать над проблемой, которой вы увлечены (то есть, для которой вы очень-очень хотите узнать ответы первыми). Во-вторых, очень приятно работать в среде, где царит дух сотрудничества и коллегиальности. Никто не может охватить все области знаний, которые необходимы для решения «больших проблем». Таким образом, наличие свободного доступа в качестве клеточного или молекулярного биолога к структурным биологам и биоинформатикам, которые готовы сотрудничать, является большим стимулом для вашей способности отвечать на важные вопросы. Наконец, при выборе постдокторской должности, на мой взгляд, хорошей идеей будет присоединиться к группе, которая отчаянно нуждается в вашем опыте и предлагает проекты и/или методы, которые вы хотите изучить. Это создаст взаимовыгодные или «симбиотические» отношения, в то время как присоединение к исследовательской программе, в которой уже есть весь опыт, который вы можете предложить, похоже на «поставку угля в Ньюкасл».

С.Т. Тщательно сформулируйте свои вопросы, а затем углубитесь в свою систему. Не бойтесь сотрудничества и изучения новых технологий и новых систем. Не бойтесь обращаться. Основным узким местом для всех биологических исследований в Соединенных Штатах в настоящее время является финансирование грантов RO1, инициированных исследователями. Национальные институты здравоохранения США за последние несколько десятилетий произвели взрыв биологических открытий, и эти открытия оказывают огромное и часто непредвиденное влияние на наше понимание болезней. Мы, несомненно, были доминирующим игроком в международном сообществе. Однако другие страны сейчас опережают нас в финансировании, и нам будет трудно сохранить свое положение и господство.

C.E.W. Проведение исследований, которые окажут устойчивое воздействие, требует постоянно растущего количества междисциплинарных ресурсов, включая людей, опыт, оборудование и финансирование. Наша образовательная система не поспевает за бурным развитием новых технологий и по-прежнему сохраняет достаточно традиционные дисциплины. Это затрудняет набор молодых ученых, которые готовы выйти на новый уровень, чтобы сделать новые захватывающие открытия. Мой совет молодым исследователям: используйте любую возможность, чтобы учиться и делать открытия, и никогда не забывайте находить время, чтобы просто подумать и поразмышлять о том, что интересно и круто.

М.З. Мой настоятельный совет молодым исследователям — мыслить действительно междисциплинарно и обращаться в институты, которые могут поддержать этот подход. Важно рассматривать проблему с разных сторон. Хорошее финансирование — это еще не все: я бы также посоветовал молодым ученым выбирать институты, где они могут получить хорошее наставничество, а преподаватели, проявляющие искренний интерес к своей работе, будут их стимулировать и бросать вызов. Важно ценить ценность центральных объектов, доступных для всех и способных поддерживать исследования, выходящие за рамки того, что может сделать одна лаборатория. Такая поддержка повышает уровень амбиций и производительности молодой стартовой группы больше, чем любой, казалось бы, богатый «стартовый пакет».

Авторы ^*

Асифа Ахтар получила степень бакалавра биологии в Университетском колледже Лондона (UCL), Великобритания, в 1993 году и степень доктора философии. в 1998 году в Имперском фонде исследования рака в Лондоне, изучая регуляцию транскрипции в лаборатории Ричарда Трейсмана. Она продолжала работать в области регуляции хроматина в качестве постдокторанта в Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL), Гейдельберг, Германия, и Институте Адольфа Бутенандта, Мюнхен, Германия, в лаборатории Петера Беккера до 2001 года. С 2001 года она руководила собственной исследований в качестве руководителя группы в EMBL. В 2009, ее лаборатория переехала в Институт иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка, Фрайбург, Германия. Ее лаборатория в первую очередь изучает хроматин и эпигенетические механизмы, уделяя особое внимание регуляции Х-хромосомы с помощью феномена дозовой компенсации у Drosophila melanogaster . В 2008 году она получила награду Европейской организации наук о жизни (ELSO) за значительный вклад в эту область.

Элейн Фукс — профессор Ребекки Лэнсфилд в области биологии и развития клеток млекопитающих в Рокфеллеровском университете, Нью-Йорк, США, и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Она опубликовала более 260 научных работ и всемирно известна своими исследованиями в области биологии стволовых клеток кожи и их роли в развитии нормальных тканей и рака. Она является членом Национальной академии наук США и иностранным членом Европейской организации молекулярной биологии (EMBO). Ее награды включают Национальную медаль США в области науки, премию L’Oreal-UNESCO для женщин в науке и премию Медицинского центра Олбани в области медицины и биомедицинских исследований (совместно с Шиньей Яманакой и Джеймсом Томпсоном). Она является бывшим президентом Международного общества исследований стволовых клеток.

Тим Митчисон получил степень биохимика в Оксфордском университете, Великобритания, а затем перешел в лабораторию Марка Киршнера для получения докторской степени. диссертацию, во время которой он выделил тубулин из центросом и охарактеризовал «динамическую нестабильность», лежащую в основе роста микротрубочек. Он основал свою собственную группу в Калифорнийском университете в Сан-Франциско (UCSF), США, в 1988 году, а через 9 лет перешел на факультет системной биологии Гарвардской медицинской школы, Бостон, штат Массачусетс, США. Он стал президентом Американского общества клеточной биологии в 2010 г.

Рубен Дж. Шоу, доктор философии, доцент Hearst Endowment и научный сотрудник HHMI в лаборатории молекулярной и клеточной биологии Института биологических исследований Солка в Ла-Хойя, Калифорния, США. Его лаборатория исследует, как рак и контроль роста связаны с клеточным и организменным метаболизмом. Их работа сосредоточена на сигнальном пути LKB1-AMPK (AMP-активируемая протеинкиназа) с использованием биохимии, клеточной биологии и генетических моделей мышей для расшифровки этого древнего пути и того, как он нарушается при раке и диабете 2 типа.

Дэниел Сент-Джонстон — директор Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute при Кембриджском университете, Великобритания, и главный научный сотрудник Wellcome Trust. Он получил докторскую степень. из Гарвардского университета в 1988 году, после чего поступил в докторантуру у Кристиана Нюссляйн-Фольхарда, изучая формирование оси D. melanogaster . Он был руководителем группы в Институте Гердона с 1991 года, где его группа исследует, как клетки становятся поляризованными, как белки с дефектом разделения (PAR) контролируют организацию цитоскелета и как мРНК направляются в правильные положения внутри клетки.

Андреас Штрассер является соруководителем отдела молекулярной генетики рака Института медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл в Мельбурне, Австралия. Его исследования сосредоточены на запрограммированной гибели клеток и на том, как дефекты этого процесса вызывают рак или аутоиммунные заболевания и влияют на реакцию опухолевых клеток на противораковую терапию. Ключевыми открытиями были: нарушения в контроле гибели клеток могут вызывать рак или аутоиммунные заболевания; что В-клеточная лимфома 2 (BCL-2) и рецепторы смерти регулируют разные пути апоптоза; проапоптотические белки BCL-2 гомологии 3 (Bh4) и что они необходимы для инициации запрограммированной гибели клеток; что BCL-2-взаимодействующий медиатор клеточной гибели (BIM; также известный как BCL-2L11) необходим для негативной селекции аутореактивных тимоцитов и зрелых Т-клеток; и что модулятор апоптоза с активацией p53 (PUMA; также известный как BBC3) и NOXA (также известный как PMAIP1) необходимы для апоптоза, вызванного повреждением ДНК, опосредованного супрессором опухоли p53. Текущие усилия включают разработку антагонистов белков, способствующих выживанию, для лечения рака.

Сьюзан Тейлор — исследователь HHMI Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD), США, на факультетах фармакологии, химии и биохимии. Она получила докторскую степень. по физиологической химии Университета Джона Хопкинса, Балтимор, Мэриленд, США, работая с Эдвардом Хитом. В своих постдокторских исследованиях она работала сначала с Брайаном Хартли в лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета в Кембридже, Великобритания, а затем с Натаном Капланом в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Ее исследования сосредоточены на структуре и функции протеинкиназ, в частности циклических АМФ-зависимых протеинкиназ, которые служат прототипом большого суперсемейства протеинкиназ. Она объединяет биофизику и структурную биологию с клеточной биологией и визуализацией для изучения не только структур регуляторных и каталитических субъединиц протеинкиназы А (ПКА), но и нацеливания ПКА на макромолекулярные комплексы.

Клэр Э. Валчак — профессор биохимии и молекулярной биологии отделения медицинских наук Университета Индианы, Блумингтон (IUB), Индиана, США. Она также является директором Центра световой микроскопии IUB. Она получила докторскую степень. получила степень бакалавра биохимии в Университете Висконсин-Мэдисон, США, в 1993 г. , после чего изучала клеточную биологию у Тима Митчисона в Калифорнийском университете в Сан-Франциско до переезда в Индиану в 1998 г. Ее лаборатория интересуется регуляцией динамики микротрубочек во время митоза. Ее лаборатория также изучает механизмы, с помощью которых клетки достигают точного разделения хромосом.

Марино Зериал окончил биологию в Университете Триеста, Италия, в 1982 году, защитив диссертацию по лизосомным болезням накопления. Он получил постдокторский опыт в Институте Ж. Моно, Париж, Франция, по организации генома человека и в EMBL по биосинтезу и эндоцитозу рецептора трансферрина. Он стал руководителем исследовательской группы EMBL в 1991 году, когда начал свою работу по молекулярной регуляции эндоцитоза, сосредоточив внимание на функции RAB GTPases. В 1998 году он стал директором Макса Планка и соучредителем Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG), Дрезден, Германия.

*Перечислены в алфавитном порядке.

Заявление о конкурирующих интересах

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Домашняя страница Асифы Ахтар:
http://www3.immunbio.mpg.de/research-groups/chrometin-regulation/laboratory-asifa-akhtar

Домашняя страница Элейн Фух:
http://lab.rockefeller.edu/fuchs

Домашняя страница Тима Митчисона:
http://mitchison.med.harvard.edu

Домашняя страница Рубена Дж. Шоу:
http://www.salk.edu/faculty/shaw.html

Домашняя страница Daniel St Johnston:
http://www.gurdon.cam.ac.uk/~stjohnstonlab

Домашняя страница Андреаса Штрассера:
http://www.wehi.edu.au/faculty_members/professor_andreas_strasser

Домашняя страница Сьюзен Тейлор:
http://susantaylorlab.ucsd.edu

Домашняя страница Claire E. Walczak:
http://mypage.iu.edu/~walczak

Домашняя страница Marino Zerial:
http://www.mpi-cbg.de/research/research-groups/marino-zerial. html

ВСЕ ССЫЛКИ АКТИВНЫ В ОНЛАЙНЕ PDF

Асифа Ахтар, Институт иммунобиологии и эпигенетики им. Макса Планка, Stübeweg 51 , D-79108 Фрайбург, Германия. ed.gpm.oibnummi@rathka.

Элейн Фукс, Университет Рокфеллера, Медицинский институт Говарда Хьюза, 1230 York Avenue BOX 300, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10065, США. ude.rellefekcor@blshcuf.

Тим Митчисон, кафедра системной биологии, Гарвардская медицинская школа, 200 Лонгвуд, Вашингтон, 536, Бостон, Массачусетс 02115, США. ude.dravrah.smh@nosihctim_yhtomit.

Рубен Дж. Шоу, Институт биологических исследований Солка, 10010 North Torrey Pines Road, Ла-Хойя, Калифорния , США. ude.klas@wahs.

Daniel St Johnston, The Wellcome Trust/Cancer Research UK Институт Гердона, здание Генри Велкома, отделение биологии рака и биологии развития, Кембриджский университет, Теннис Корт Роуд, Кембридж CB2 1QN, Великобритания. [email protected].

Андреас Штрассер, Отделение молекулярной генетики рака, Институт медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл, 1G Royal Parade, Парквилл, Мельбурн, Виктория 3050, Австралия. ua.ude.ihew@ressarts.

Susan Taylor, Медицинский институт Говарда Хьюза, Химия/биохимия и фармакология, Калифорнийский университет, Сан-Диего, Leichtag 415, 9500 Gilman Drive, La Jolla, California –0654, США. ude.dscu@rolyats.

Клэр Валчак, Медицинские науки, Университет Индианы, 915 E. 3rd St., Myers Hall 262, Блумингтон, Индиана 47405, США. ude.anaidni@kazclawc.

Marino Zerial, Институт молекулярно-клеточной биологии и генетики им. Макса Планка (MPI-CBG), Pfotenhauerstrasse 108, 01307 Дрезден, Германия. ed.gbc-ipm@lairez.

1. Takahashi K, Yamanaka S. Индукция плюрипотентных стволовых клеток из культур эмбриональных и взрослых фибробластов мыши с помощью определенных факторов. Клетка. 2006; 126: 663–676. [PubMed] [Google Scholar]

2. Kalab P, Weis K, Heald R. Визуализация градиента Ran-GTP в интерфазных и митотических экстрактах яиц Xenopus . Наука. 2002; 295:2452–2456. [PubMed] [Google Scholar]

3. Fuller BG, et al. Активация средней зоны Aurora B в анафазе вызывает внутриклеточный градиент фосфорилирования. Природа. 2008; 453:1132–1136. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

4. Chapman PB, et al. Улучшение выживаемости при применении вемурафениба при меланоме с мутацией BRAF V600E. Н. англ. Дж. Мед. 2011; 364:2507–2516. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

5. Nazarian R, et al. Меланомы приобретают устойчивость к ингибированию B-RAF(V600E) за счет активации RTK или N-RAS. Природа. 2010; 468: 973–977. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

6. Klar TA, et al. Флуоресцентная микроскопия с пределом дифракционного разрешения, нарушенным вынужденным излучением. проц. Натл акад. науч. США. 2000;97:8206–8210. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

7. Betzig E, et al. Визуализация внутриклеточных флуоресцентных белков с нанометровым разрешением. Наука. 2006; 313:1642–1645. [PubMed] [Google Scholar]

8. Rust MJ, Bates M, Zhuang X. Визуализация субдифракционного предела с помощью стохастической оптической реконструкционной микроскопии (STORM) Nature Methods. 2006; 3: 793–796. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Биолог, выступающий за разнообразие в науке, получает признание за свои карьерные достижения

Теги

• Разнообразие, равенство и инклюзивность
• Кафедра клеточной биологии

Подпишитесь на Питвайр сегодня

Получите самые интересные и важные истории из Университета Питтсбурга.

Подписаться

Сандра Мюррей имеет две страсти в жизни: клеточную биологию и разнообразие в научных исследованиях.

«Если у вас есть больше людей из разных слоев общества, они задают разные вопросы и ищут разные решения», — сказал профессор кафедры клеточной биологии медицинского факультета. «Вы используете силу в науке таким образом, используя разные мыслительные процессы».

Американское общество клеточной биологии недавно наградило Мюррея пожизненным научным сотрудником за выдающийся вклад в развитие клеточной биологии. Она первая афроамериканка, получившая звание светского деятеля.

— Дальше будет больше, — сказала она с улыбкой. «Дверь была открыта».

Общество, основанное в 1960 году, представляет собой всемирное сообщество биологов, изучающих клетку, основную единицу жизни. Его веб-сайт описывает своих членов как «посвященных продвижению научных открытий, отстаиванию и борьбе за разумную исследовательскую политику, улучшению образования и преподаванию инноваций, содействию развитию профессиональной карьеры и повышению инклюзивности научных кадров на всех уровнях».

Стремление к большему разнообразию в исследовательском сообществе долгое время было целью Мюррея.

Родившийся и выросший в Чикаго, Мюррей рано проявил интерес к науке.

«Каждый год я была на научных ярмарках, — сказала она. «Некоторые проекты, которые я выполнял, включали в себя превращение жесткой воды в мягкую и изучение коловраток, микроскопических организмов. Это был мой первый опыт использования микроскопа».

Тем не менее, Мюррей было трудно заручиться поддержкой школьных советников из-за ее интереса к научным исследованиям, и некоторые предлагали ей выбрать другую карьеру.

«Я помню, что не было никого, к кому я могла бы пойти, кто действительно знал бы путь, по которому я должна идти», — сказала она. «Они сказали: «Ты не собираешься быть ученым-исследователем. Вы идете на профессиональную подготовку».

Не обращая внимания на недоброжелателей, Мюррей выстояла и изучала биологию, биохимию и психологию в Иллинойском университете в Чикаго (тогда он назывался Иллинойсский университет в Чикаго), Южном Техасском университете, Университете Айова и Калифорнийский университет в Риверсайде.

В 1982 году она приехала в Питт в качестве доцента и с тех пор поселилась в нем.

Основными исследованиями Мюррей являются клеточная коммуникация и манипулирование клеточным ростом. На ее счету множество опубликованных работ. Недавно она подала заявку на получение гранта в Национальный научный фонд для поддержки своих исследований молекул, формирующих каналы связи между клетками.

«Благодаря Университету я смог поддерживать активную финансируемую исследовательскую программу на протяжении более 35 лет, — сказал Мюррей. «У меня была возможность делать открытия, обучать студентов-медиков, аспирантов и студентов, постдоков и младших научных сотрудников искусству клеточных биологических исследований здесь, в Университете Питтсбурга».

За пределами границ

Ее разнообразие и исследовательская деятельность не ограничиваются Соединенными Штатами.

В 2002 году Мюррей организовал группу женщин-клеточных биологов и студентов-медиков для обучения студентов анатомии в Медицинском исследовательском институте вооруженных сил Эфиопии.

В сотрудничестве с учеными Университета Говарда она помогла разработать первую программу помощников врача для эфиопских медиков, участвовавших в 18-летней гражданской войне, закончившейся в 1991 году, обучая их анатомическим навыкам, необходимым в таких ситуациях, как закрытие открытой раны. Первый класс из 58 медиков получил степень помощника врача.

«Сначала я прилетел туда, думая, что собираюсь проводить там исследования, — сказал Мюррей. «Но когда я туда попал, они уже решили, что хотят участвовать в этой программе. Они хотели использовать этих военных солдат, но они не посещали четырехлетний колледж; они вели эту войну.

«Они также не отождествляли имя Сандра с женщиной, поэтому ожидали белого мужчину», — добавила она.

В рамках программы Фогарти она привнесла современные методы клеточной биологии, биологии развития и молекулярной биологии в Сиенский университет в Италии.

«В качестве образца для подражания и благодаря своей известности как ученого она продолжает мотивировать и вдохновлять ученых всех этнических групп делать карьеру в STEM», — сказал 30-летний знакомый Уинстон Андерсон, профессор Медицинского института Говарда Хьюза в Университете Говарда. «Ее охват был глобальным. Она энергична и полна энтузиазма, и этот энтузиазм заразителен как для студентов, так и для коллег».

«Если бы вы сейчас спросили меня, насколько разнообразны университеты для проведения исследований, цифры выглядят не такими, какими могли бы быть», — сказала она.

Ее совет студентам, ищущим карьеру в области исследований, включает в себя настойчивость, умение правильно распределять свое время и знание того, что слово «нет» — это лишь первый шаг на пути к «да» за столом переговоров. «Следуй за своей мечтой и игнорируй бесполезные вещи», — сказала она.

В тренде

Достижения факультета кафедры биологии

Кафедра биологии

Недавние достижения преподавателей

2022

• Д-р Мэтью Дэвис и д-р Мэтью Джулиус выиграли питч в аквариуме с акулами и заработали 25 000 долларов на финансирование своего проекта «Engengment Wide Classage for Innovationing the Science» в 2022–2023 годах «Innovating the Science». Открытие Shark Tank Open – это главное инновационное мероприятие Миннесотских образовательных инноваций, в котором принимают участие преподаватели из 37 колледжей и университетов, чтобы во второй половине дня переосмыслить образование. Преподаватели и сотрудники-новаторы со всего штата обратились к экспертным группам («акулам»), чтобы представить энергичные предложения, чтобы выиграть до 25 000 долларов в виде финансирования инноваций.
  • Узнайте больше о проекте здесь, в штате Сент-Клауд Сегодня
• Д-р Мэтью Джулиус был представлен в Star Tribue за статью о преподавателях-ученых в Государственном университете Сент-Клауд: Статья здесь
• Доктор Дженнифер Лэмб  получила грант на раннюю карьеру от SCSU Research and Sponsored Programs для проекта «Обнаружение редких видов с помощью ДНК окружающей среды (eDNA)».
• Доктор Дженнифер Лэмб получил грант на повышение квалификации от SCSU за проект «Более пристальное внимание: половой диморфизм, окраска и узор у амфибий».
• Доктор Мэтью Дэвис получил грант на повышение квалификации от SCSU за проект «Эволюция глубоководных рыб и новые стратегии кормления в глубоководных районах».
• Доктор Марина Цеткович-Цврлье выступила с программным докладом на 7-м ежегодном Конгрессе традиционной и альтернативной медицины в Сингапуре.
• Доктор Мэтью Дэвис   – лауреат премии Хеллервика 2021–22 годов за свой проект «Эволюция рыб, освещающих океаны».
• Доктор Мэтт Джулиус и доктор Роббин Вакер рассказали о работе доктора Джулиуса на Форуме водоразделов Рейни-Лейк-оф-Вудс в радиопрограмме 103.7 The Loon.
• Доктор Мэтью Дэвис  получил грант на середину карьеры от SCSU за проект «Эволюция глубоководных рыб и новые стратегии кормления».
• Доктор Дженнифер Лэмб получила награду Saigo Excellence Award за «Половой диморфизм у лягушек и саламандр».

Публикации и популярная пресса

2022

• Д-р Мэтью Дэвис  соавтор статьи «Влияние эволюционных компромиссов между биолюминесцентными органами и формой тела в глубоководных районах: тематическое исследование в lanternfishes» в Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. В эту работу также были включены бывшие студенты  Rene Martin  (MS 2016, биологические науки) в соавторстве.
• Доктор Gengyun Le  был соавтором статьи «CRABP1-CaMKII-Agrn регулирует поддержание нервно-мышечного соединения в спинномозговом мотонейроне» в журнале Cell Death & Differentiation.
• Д-р Мэтью Дэвис  соавтор статьи о «Филогенетике рыб-стрелков (Toxotidae) и эволюции аппарата для стрельбы токсотидами», опубликованной в Journal Integrative Organismal Biology. Популярная пресса также ниже.
  
  • Внутренняя «дутьевая трубка» объясняет, как лучник выплевывает воду с такой смертоносной силой  — Наука
  • Навыки меткой стрельбы лучников озадачили ученых. Исследование может дать ответы.  — MSN
  • Как лучники научились сбивать свою добычу? У нового исследования есть идея.  — Новости NBC
    
• Д-р Марина Цеткович-Цврлье  совместно опубликовала статью в International Journal of Immunopathology and Pharmacology о потенциальных противодиабетических свойствах экстракта Garcinia cola , в соавторстве с бывшими студентами Shana Rogan (MS 2018, Cellular and Molecular Biology) и Эмили Барбаро (BS 2019).
• Д-р Хайко Шенфус  является соавтором пилотного исследования по оценке влияния просачивающейся ливневой воды на подземные воды, которое было опубликовано в журнале Water .
• Д-р Хайко Шенфусс и Нина Джонни  (степень бакалавра наук, 2020 г., советник: доктор Хайко Шенфусс) из Лаборатории водной токсикологии Государственного университета Сент-Клауда внесли свой вклад в статью в журнале Waterabout о загрязняющих веществах, вызывающих все большую озабоченность на океанических островах.
• Доктор Мэтью Дэвис  – соавтор исследования «Молекулярная филогения нитевидных рыб (Polynemidae) с использованием ультраконсервативных элементов» в Journal of Fish Biology.
• Д-р Хайко Шенфус — старший автор статьи «Загрязняющие вещества, вызывающие озабоченность в нижнем течении реки Вольта, Гана, Западная Африка: взаимосвязь между сельским хозяйством, аквакультурой и городским развитием». в журнале «Экологическая токсикология и химия».

2021

• Д-р Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Микробиальная биогеография через призму экзотических видов: недавняя интродукция и распространение пресноводной диатомовой водоросли Discostella asterocostata  в Соединенных Штатах» в журнале Biological Invasions.
• Д-р Хайко Шенфус  опубликовал в качестве соавтора статью «Несколько линий доказательств для выявления потенциальной опасности для рыбы от загрязняющих веществ, вызывающих озабоченность в притоках Великих озер» в  Комплексной экологической оценке и управлении.
• Доктор Дженнифер Лэмб была соавтором статьи «Репродуктивная фенология и личиночный период западной карликовой саламандры (Eurycea paludicola) в юго-восточной Луизиане» в журнале Southeast Naturalist.
• Доктор Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Филогенетический анализ помещает Spicaticribra в Cyclotella » в журнале Diatom Research.
• Д-р Хайко Шенфус  был соавтором статьи «Загрязняющие вещества, вызывающие озабоченность в низовьях реки Вольта, Гана, Западная Африка: взаимосвязь между сельским хозяйством, аквакультурой и городским развитием», опубликованной в журнале «Экологическая токсикология и химия».
• Доктор Мэтью Дэвис  был старшим автором статьи «Гедотти, М.Дж., ДеКей, Х.М., Мэйл, А.Дж., Смит, В.Л., и Дэвис, член парламента (2021)». : Trachichthyidae). Журнал морфологии. DOI: https://doi.org/10.1002/jmor.21349.
  
• Д-р Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Как антропогенная деятельность повлияла на залив Хорекат недалеко от Мобила, Алабама, США: палеоэкологическое исследование и судебно-медицинское расследование» в журнале Environmental Forensics.
• Д-р Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Экструзия нитей биорезорбируемого PDLGA для аддитивного производства с использованием диатомового биокремнезема для подавления термического разложения, вызванного технологическим процессом» в Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials.
• Доктор Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Обзор биоокремнения диатомовых водорослей и их адаптивной способности поглощать другие металлы своими панцирями для потенциального применения в восстановлении костей» в Журнале химии материалов B
• Доктор Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Сравнение поведения при деградации 3D-печатных каркасов PDLGA, содержащих биостекло или биокремнезем» в Журнале Materials Science and Engineering: C.

2020

• Доктор Дженнифер Лэмб и Мэтью Дэвис опубликовали статью, документально подтверждающую широкое распространение биофлуоресценции среди амфибий в статье » Lamb, J.Y. and Davis, M.P. (2020). Salamanders and other amphibian биофлуоресценция. Научные отчеты. DOI: 10.1038/s4159.8-020-59528-9″. Ниже приведены некоторые выдержки из популярной прессы, связанные с этой статьей.
  
  • Кляйн, Дж.  New York Times.  «Амфибии скрывают от нас светящуюся тайну»
  • Ортега, Р. П.  Наука . «Тритоны и лягушки светятся, как светящиеся палочки, при правильном освещении»
  • Паппас, С. Scientific American.  «Саламандры и лягушки светятся секретной сверхсилой»
  • Немо, Л. Журнал Discover. «Светящиеся в темноте амфибии встречаются гораздо чаще, чем думали ученые»
  • Льюис, С. CBS NEWS. «Амфибии способны светиться в темноте — но до сих пор ученые не знали об этом»
  • Лонг, К. Mental Floss.  «Быть ​​зеленым легко: большинство амфибий биофлуоресцентны, результаты исследования»
  • Саймон, М. Wired. «Итак, Светящиеся Амфибии. Люди просто не могли этого увидеть — до сих пор»
  • Шпейер, Т. Университетская хроника. «Кафедра биологии «радуется» последним открытиям» 
• Доктор Мэтью Дэвис  был старшим автором статьи «Мэйл, А.Дж., Мэй, З.А., ДеАрмон, Э. С., Мартин, Р.П., и Дэвис, член парламента (2020).  Переходы в морскую среду обитания и эволюция формы тела у ящериц и их союзники (Aulopiformes).  Copeia(4):820-832 (2020). DOI: https://doi.org/10.1643/CG-19-300″.
  • Награжден Лучшей студенческой работой по ихтиологии в Ихтиология и герпетология (Copeia  2020) Американским обществом ихтиологов и герпетологов.
• Доктор Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Переработка питательных веществ из анаэробных дигестатов для выращивания Phaeodactylum tricornutum: технико-экономическое обоснование» в журнале Algal Research.
• Доктор Дженнифер Лэмб была автором статьи «Ambystoma tigrinum: Смертность от пиявок». в журнале Herpetological Review.
• Доктор Мэтью Дэвис  был соавтором главы книги в «Gedotti, M.J., Davis, M.P., and Echelle, A.F. (2020)». Poeciliidae: живородки.  В Пресноводных рыбах Северной Америки: Том 2. Редакторы: Уоррен М.Л., Берр Б.М., Эшель А.А., Кухайда Б.Р. и Росс С.Т.»
• Д-р Мэтью Дэвис  был соавтором статьи «Жирар, М.Г., Дэвис, М.П., ​​и Смит, В.Л. (2020). Филогения каранообразных рыб: морфологические и геномные исследования новой клады рыб. Копия 108 (2): 265–298 (2020 г.). DOI: https://doi.org/10.1643/CI-19-320».
• Д-р Мэтью Джулиус был соавтором статьи «Уникальный метод наблюдения температурной зависимости плавающей диатомовой водоросли с помощью прямого микроскопа» в Журнале микробиологических методов.
• Доктор Мэтью Дэвис  был старшим автором статьи «Мартин, Р.П. и Дэвис, М.П. (2020). Эволюция специализированных зубов у глубоководных фонарей (Myctophiformes). Журнал морфологии. DOI: https:/ /doi.org/10.1002/jmor.21120».
• Д-р Мэтью Джулиус был соавтором статьи «О RIP: использование относительного потенциала воздействия для оценки воздействия инвазивных чужеродных видов на окружающую среду» в журнале NeoBiota.

2019

• Доктор Мэтью Дэвис был старшим автором статьи «Гедотти, М.Дж., Смит, В.Л., и Дэвис, М.П. (2019). Первое свидетельство внутренней биолюминесценции эпидермиса у лучеперых рыб. у полосатого глотателя Pseudoscopelus sagamianus (Chiasmodontidae). Журнал биологии рыб.
• Доктор Дженнифер Лэмб была автором статьи «Отшелушивание кожи и потеря сперматозоидов во время ухаживания у смуглых саламандр (род Desmognathus)» в журнале «Юго-восточный натуралист».

Основные моменты 2018 года и предыдущего года

• Доктор Мэтью Дэвис (Отдел биологических наук) является автором рукописи, опубликованной в Журнале морфологии «Морфология и эволюция биолюминесцентных органов у светящихся брюхов». Percomorpha: Acropomatidae) с комментариями по таксономии и филогении акропоматообразных».
• Д-р Оладеле Газаль — автор статьи «Влияние включения в рацион Lepidium sativum (кресс-салат) семена на лютеинизирующий гормон плазмы и репродуктивную функцию у самок кроликов» в Журнале Африканской ассоциации физиологических наук.
• Доктор Мэтью Джулиус является автором рукописи, опубликованной в журнале Marine Drugs «Чертежи следующего поколения биоинспирированных и биомиметических минерализованных композитов для регенерации костей».
• Д-р Мэтью Джулиус  является автором главы книги «Разнообразие углеводов в микроводорослях: филогенетически организованное представление» в книге «Микроводоросли в здоровье и профилактике заболеваний».
• Доктор Мэтью Дэвис (Отдел биологических наук) и Доктор Сара Гибсон (Отдел атмосферных и гидрологических наук) являются авторами рукописи с открытым доступом, опубликованной в журнале Copeia «Улучшение изображений позвоночных». : Флуоресценция и непостоянное крепление очищенных и окрашенных образцов». Популярную прессу об этом исследовании можно найти ниже.
  • Stang, C. St. Cloud State Today. «Монстры-биологи — произведения искусства. »
  • Суприя Л.  Наука.  «Эти жуткие новые изображения раскрывают внутренности рыб и змей, как никогда раньше».
  • Беккер, Р.  Грань.  «Как ученые запечатлели потрясающий адский зверинец полурастворенных существ».
  • Kotecki, P. Business Insider. « Эти навязчивые фотографии скелетов позвоночных были созданы с использованием сверхдетализированного нового метода визуализации».
  • Старр, М. Science Alert.  «Эти призрачно красивые изображения раскрывают невидимый мир под кожей позвоночных».
  • Фернесс, Д. Цифровые тенденции. «Эти навязчивые анатомические изображения выворачивают позвоночных наизнанку».
• Доктор Дженнифер Лэмб  недавно была награждена премией Американского общества ихтиологов и герпетологов как лучший молодой ученый-герпетолог за недавнюю публикацию в журнале  Copeia  (Сексуальная изоляция между двумя симпатриками Desmognathus на прибрежной равнине Мексиканского залива). Благодаря этой награде статья теперь находится в открытом доступе.
• Доктор Оладеле Газаль  – автор статьи «Влияние добавок Lepidium sativum на рост и секрецию гонадотропинов у кроликов после овариэктомии и имплантации эстрогена» в журнале «Азиатско-Тихоокеанский журнал репродукции».
• Доктор Мэтью Джулиус был принят в академическое общество чести Фи Бета Каппа после того, как его альма-матер Университет Батлера выбрал его за его карьеру в области гуманитарных наук и естественнонаучного образования.
• Доктор Хорхе Арриагада является автором и соавтором пятого тома (часть 2: сложноцветные) серии книг Flora Mesoamericana. Эта важная серия книг объединяет сотни сотрудников по всему миру, чтобы предоставить описания, распределения и идентификационные ключи для сосудистых растений Мезоамерики.
• Д-р Хайко Шенфус был награжден премией Хеллервика Государственного университета Сент-Клауда. Хайко планирует использовать средства, предоставленные этой работой, для продолжения своих исследований функциональной морфологии бычков, лазающих по водопадам.
  • Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с этим видео о премии Хеллервика , в которой представлены три предыдущих лауреата премии Департамента биологических наук ( д-р Марина Цеткович-Цврлье, д-р Брайан Олсон, и , д-р Хайко Шенфус, ).
• Доктор Мэтью Дэвис является автором рукописи, опубликованной в PLOS ONE   «Повторяющаяся и широко распространенная эволюция биолюминесценции у морских рыб» . Эта работа была представлена ​​в ряде СМИ, включая National Geographic, LA Times, Science, Scientific American, The Washington Post и Mashable.
• Д-р Марина Цеткович-Цврлье была награждена премией «Выдающийся преподаватель» 2016 года на Коллоквиуме студентов-исследователей в апреле 2016 года.
• Д-р Нил Вольц  28 марта 2016 г. был награжден премией выдающихся выпускников биологических наук 2016 г.
• Работа доктора Хайко Шенфусса и Лаборатории водной токсикологии о воздействии триклозана на пресноводную среду была отмечена в журнале Grist (сентябрь 2015 г.).
• Доктор Мэтью Джулиус вместе с Марком Гиллом (инженерное дело) и Биллом Горчикой (искусство) получили финансирование от Премии стипендиатов Миллера. Теперь они могут отправиться в путь с примером STEAM (Science Technology Engineering Art and Mathematics) в центрах визуализации на северо-востоке США.
• Доктор Хорхе Арриагада  продолжает реализацию своего долгосрочного плана управления инвазивными видами растений в Кэмп-Рипли и Арден-Хиллз. Узнайте больше о проекте инвазивных растений здесь.
• Доктор Уильям Кук  – соавтор рукописи «Фрагментация среды обитания и ее долговременное влияние на экосистемы Земли», опубликованной в марте 2015 года в журнале  Science Advances .
• Доктор Мэтью Дэвис  является старшим автором рукописи «Первое сообщение о люминесцентной ткани печени у рыб: эволюция и структура биолюминесцентных органов у глубоководных голых барракуд (Aulopiformes: Lestidiidae)», которая была опубликована в Март 2015 г. в Журнал морфологии . Это исследование является первым, в котором был идентифицирован биолюминесцентный (производство и излучение света) орган у позвоночных, который происходит из ткани печени.
• В статье доктора Мэтью Дэвиса , опубликованной в феврале 2015 года, был диагностирован новый род глубоководных рыб из вод вокруг Антарктиды. Статья под названием «Эволюционные взаимоотношения глубоководных жемчужных глаз (Aulopiformes: Scopelarchidae) и нового рода жемчужных глаз из антарктических вод». опубликовано в журнале Копия .
• Эксперт по водной фауне  Доктор Хайко Шенфус  – ведущий исследователь адаптации и эволюции Sicyopterus stimpsoni, медленно лазающей рыбы-бычка, обитающей на Гавайях. В 2014 году Национальный научный фонд выпустил рассказ и видео о работе, проделанной Шенфуссом и его коллегами в университетах Сент-Клауд-Стейт и Клемсон. Исследовательские группы совершили несколько поездок на Гавайи, чтобы изучить использование рыбами ротовых и тазовых присосок для взбирания по скалам за водопадами. Шенфус также изучает, как рыба в таких реках, как Миссисипи, приспосабливается к химическим веществам в воде.

5 Важнейшие биологические открытия за последние 25 лет

Биология изучает все живое на Земле, от простейших и мельчайших одноклеточных организмов до сложного человеческого мозга. Наука биология формирует все, от сельского хозяйства до психологии.

Как и большинство наук, биология быстро развивается благодаря достижениям в области технологий. Прорывы в биологии оказывают огромное влияние на наш мир.

В этой статье мы исследуем пять самых новаторских достижений в области биологии за последние несколько десятилетий . А чтобы узнать больше о биологии, обязательно ознакомьтесь с огромным количеством карточек по биологии в Brainscape, созданных учащимися и преподавателями со всего мира.

Новаторские открытия и прорывы в биологии

1. Обнаружена интерференция РНК

В начале 1990-х биологи начали получать странные результаты, пытаясь манипулировать экспрессией генов. Самый яркий пример этого был в исследовании о петуниях. Биологи растений пытались усилить красный цвет лепестков цветка, вводя ген, вызывающий образование красного пигмента, но с удивлением обнаружили, что их усилия сделали цветок полностью белым.

Эти запутанные результаты появлялись во многих областях биологии. Эндрю Файр и Крейг Мелло исследовали, как экспрессия генов регулируется у червя-нематоды Caenorhabditis elegans путем инъекции мРНК в гены червей, но без влияния на их поведение. Генетический код мРНК состоит из двух частей: «смысловой» последовательности и «антисмысловой» РНК. Введение любого из них не имело никакого эффекта, но когда Файер и Мелло вместе вводили смысловую и антисмысловую РНК, черви реагировали тем, что полностью теряли контроль над мышцами. Этот результат заставил исследователей задуматься о том, могут ли разные типы РНК мешать друг другу.

Серия экспериментов, опубликованных этой парой в 1998 году, показала, что экспрессия генов контролируется феноменом, называемым РНК-интерференцией. Этот процесс защищает от вирусов, которые пытаются внедриться в ДНК, и контролирует экспрессию генов. Это открытие было удостоено Нобелевской премии в 2006 году и непосредственно привело к исследованию «молчаливых генов», которые вызывают проблемы для организма, таких как ген, вызывающий высокое кровяное давление, чтобы облегчить лечение генетических заболеваний.

[Иди изучай карточки генетики в Brainscape!]

2. Овца Долли становится первым клонированным взрослым млекопитающим

В 1996 году ученые клонировали самку домашней овцы, используя взрослые соматические клетки из молочных желез в процессе переноса ядер. Получившаяся овца Долли созрела и размножилась естественным путем. Долли стала значительным биологическим прорывом, поскольку она продемонстрировала не только то, что полный отдельный эмбрион с должным образом экспрессированными клетками всех типов может быть клонирован из клетки, взятой из определенной части тела, но также и то, что клетка может быть получена из полностью развитой клетки. взрослый.

После Долли были клонированы и другие животные, в том числе свиньи, олени, лошади и быки. Ученые даже смогли попытаться клонировать недавно вымерших животных, пытаясь спасти исчезающие и вновь вымершие виды, воскресив их из замороженных тканей. В частности, исследователи в Испании клонировали пиренейского козла, разновидность дикого горного козла, которая была официально объявлена ​​вымершей в 2000 году. Долли и клонирование в целом были спорной отраслью науки с 1990-х годов, и некоторые спорят об этике ее применения. день.

3. Составлена ​​карта генома человека

В 2000 году ученые со всего мира закончили черновой вариант карты генома человека. Окончательная версия была реализована в 2003 году. Добиться этого биологического прорыва было непросто. Потребовалось более 10 лет и вклад сотен ученых.

Проект «Геном человека» в мельчайших подробностях раскрывает, что именно делает нас людьми, показывая расположение каждой хромосомы, содержащей весь генетический материал, который делает нас такими, какие мы есть. С помощью информации из индивидуальных карт генома ученые могут не только лучше выявлять генетические заболевания, но и открывать новые подсказки обо всем, от запаха тела человека до склонности этого человека к зависимости.

4. Стволовые клетки, созданные из зрелых клеток кожи

В 2007 году две отдельные группы ученых из Киотского университета и Университета Висконсин-Мэдисон реконструировали взрослые клетки кожи, чтобы они могли действовать как плюрипотентные стволовые клетки. Плюрипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться почти во все клетки и ранее были обнаружены только в эмбриональных стволовых клетках. Этот новый процесс создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из зрелых клеток изменил «программирование» клеток, заставив их стать кожей, в пользу действия эмбриональных стволовых клеток, которые в конечном итоге могут стать клетками практически любого типа.

Эмбриональные стволовые клетки были одной из самых многообещающих областей медицинских исследований с потенциалом лечения болезней от диабета до рака и генетических нарушений, но этические соображения в значительной степени ограничивали их использование. Это открытие позволяет продолжать такие исследования без этических соображений или юридических ограничений. Кроме того, это позволяет биологам, возможно, выращивать замещающие органы для людей, используя клетки с их собственной ДНК, что снижает вероятность отторжения органов.

5. Роботизированные конечности, полностью управляемые мозгом

В 2014 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило первый протез, управляемый нейронными сигналами от мозга пользователя, для использования широкой публикой. Это кульминация почти двух десятилетий биомедицинских исследований. В 2000 году исследователи из Медицинского центра Университета Дьюка имплантировали электроды в мозг обезьян, чтобы управлять роботизированной рукой и собирать пищу. К 2004 году был разработан неинвазивный метод улавливания мозговых волн, который использовался для управления биомедицинскими устройствами.

В 2009 году ампутант Пьерпаоло Петруцциелло стал первым человеком, который совершал сложные движения с помощью роботизированной конечности, в том числе шевеля пальцем, хватая предметы и сжимая кулак, используя только свои мысли через биомеханическую руку, соединенную с нервами руки с помощью электродов. С тех пор эта технология развилась и стала более широко использоваться людьми с ампутированными конечностями. Хотя для улучшения устройств все еще проводятся дополнительные исследования, этот прорыв в биологии будет иметь еще большее значение для биомедицинской области в будущем.

Будут еще большие биологические открытия

По мере того, как наука и технологии продолжают развиваться, каждый день становятся возможными новые прорывы в биологии. Некоторые из них являются экспериментами, которые стали возможными благодаря новым технологиям, в то время как другие представляют собой совершенно новые идеи, изучаемые впервые. Возможности биологии безграничны. Кто знает, что мы обнаружим дальше?

Значение биологии в ближайшие несколько десятилетий будет только возрастать. Фактически, биомедицинская инженерия и подобные области исследований сегодня являются одними из самых быстрорастущих областей. Важно знать основы, чтобы идти в ногу со временем.

Если вы хотите узнать больше об основах биологии и изучить возможность карьеры в медицине или биологии, ознакомьтесь с замечательными карточками по биологии от Brainscape.