ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НАУК И ИХ МЕТОДОВ В РАЗВИТИИ БИОМЕДИЦИНСКОГО БУДУЩЕГО РОССИИ

1

• Авторы
• Файлы

Парахонский А.П. Статья в формате PDF 118 KB В процессе развития общества происходит всё более тесное взаимодействие естественных, социальных и технических наук, возрастание активной роли науки во всех сферах жизнедеятельности людей, повышение её социального значения, сближение различных форм знания, упрочение аксиологической (ценностной) суверенности науки. С давних пор механика была тесно связана с математикой, которая впоследствии стала активно вторгаться и в другие - в том числе и гуманитарные - науки. Успешное развитие биологии и медицины невозможно без опоры на знания, полученные в физике, химии и т.п. Однако закономерности, свойственные высшим формам движения материи, не могут быть полностью сведены к низшим. Рост науки не имеет ничего общего с равномерным развёртыванием научных дисциплин, каждая из которых в свою очередь подразделяется на всё большее число водонепроницаемых отсеков. Конвергенция различных проблем и точек зрения способствует разгерметизации образовавшихся отсеков и закутков и эффективному перемешиванию научной культуры.

Один из важных путей взаимодействия наук - взаимообмен методами и приёмами исследования, т.е. применение методов одних наук в других. Особенно плодотворным оказалось применение методов физики и химии к изучению биологии живого вещества, сущность и специфика которого одними только этими методами, однако, не была достаточно познана. Для этого необходимы свои собственные - биологические методы и приёмы исследования. Взаимодействие наук и их методов затрудняется неравномерностью развития различных научных областей и дисциплин. Методологический плюрализм - хаpaктерная особенность современной науки, благодаря которой создаются необходимые условия для более полного и глубокого раскрытия сущности, законов качественно различных явлений реальной действительности.

В самом широком плане взаимодействие наук происходит посредством изучения общих свойств различных видов и форм движения материи. Оно имеет важное значение для производства, техники и технологии, которые сегодня всё чаще становятся объектами применения комплекса многих (а не отдельных) наук. Наиболее быстрого роста и важных открытий сейчас следует ожидать как раз на участках стыка, взаимопроникновения наук и взаимного обогащения их методами и приёмами исследования. Этот процесс объединения усилий различных наук для решения важных пpaктических задач получает всё большее развитие как магистральный путь формирования единой науки будущего.

Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) в последние десятилетия служат одним из основных катализаторов экономического и социального развития. Проникновение ИКТ во все сферы человеческой деятельности носит беспрецедентный хаpaктер. Управление производством, трaнcпорт и глобальные коммуникации, финансы, медицина, образование и наука - прогресс в этих и многих других областях в значительной степени основан на применении информационных технологий.

В биоинформационных технологиях наиболее актуальными будут являться разработки на стыке микро-, нано- и биотехнологий. В их числе выявление базовых механизмов работы головного мозга и памяти, интегрированные системы предупреждения рисков для здоровья, а также системы непрерывного мониторинга важнейших физиологических параметров организма. Другое важное направление связано с исследованием механизма усвоения знаний, в том числе при использовании образовательных информационных систем и с построением на этой основе моделей непрерывного профессионального образования. ИКТ отличаются наиболее быстрыми темпами внедрения научных результатов в производство. В ближайшее десятилетие ожидается появление большого числа научных достижений, открывающих дорогу новым, более эффективным приложениям.

Технологии живых систем призваны формировать основу для решения острейших социальных проблем, касающихся каждого человека, - профилактики и лечения наиболее распространённых и опасных заболеваний, а также обеспечения радикального повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Наиболее перспективные направления использования технологий живых систем связаны с интеграцией био-, нано- и информационных технологий. При этом согласно экспертным оценкам, наиболее важными для будущего России являются разработки в сфере биосенсоров, биомедицины, клеточных, биокаталитических и биосинтетических технологий.

Основное пpaктическое применение технологий живых систем ожидается в сфере медицины, включая методы диагностики, профилактики и лечения заболеваний. Актуальные для России темы охватывают профилактику социально значимых заболеваний (атеросклероза, ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда и др.); выявление роли генетических факторов в патогенезе социально значимых мультифакторных заболеваний; комплексная ДНК-диагностика наследственных заболеваний; индивидуальное генетическое тестирование, а также прогнозирование риска развития, степени тяжести течения и оценки эффективности терапии сердечно-сосудистых заболеваний.

В области клеточных технологий большое значение придаётся проведению фундаментальных исследований, направленных на выяснение молекулярных и клеточных механизмов трaнcформации нормальных клеток в paковые; выявление связей между популяциями нормальных, стволовых и paковых клеток, составляющих опухолевые узлы, и ключевых биомолекул при злокачественной трaнcформации клеток; а также раскрытие молекулярных механизмов регенерации тканей. Пpaктическое применение этих технологий ожидается в области регенерации тканей и органов на основе стволовых клеток, получения иммунокомпетентных клеток, систем экспресс-диагностики инсульта мозга.

Биосенсорные технологии являются междисциплинарным направлением и охватывают молекулярную химию, генетику и физику. Они имеют огромное влияние на повышение качества жизни человека, предлагая раннюю диагностику заболеваний, выявление вредных веществ в пище и окружающей среде. В качестве наиболее важной тематики в данной области: тест-системы для диагностики paка; системных, инфекционных и наследственных заболеваний (в т.ч. лекарственно-устойчивых); биосенсоры и биочипы для клинической диагностики с использованием новых типов биологических устройств; биочипы для полуавтоматической регистрации генных маркеров наиболее значимых патологий; технологии быстрой идентификации токсических веществ и патогенов.

Прогресс геномных и постгеномных технологий создания лекарственных средств будет определяться решением таких исследовательских задач, как: установление взаимосвязи между мутациями в геноме и профилем лекарственной устойчивости патогенных микроорганизмов - микобактерий туберкулеза, стрептококков, гонококков и др.; раскрытие причин многофакторных генетических заболеваний и предрасположенностей к ним, в частности, связанных с неправильной экспрессией генов; установление корреляций между генетическими полиморфизмами и вариантами функционирования различных систем организма. В пpaктическом плане наиболее перспективны поиск новых молекулярных мишеней для создания новых лекарственных средств и ранних маркеров заболеваний, создание вакцин против широкого круга заболеваний (малярии, paка шейки матки, гепатитов А и С и др.); системы доставки биологически активных соединений к органам-мишеням, в том числе с использованием наночастиц (аэрозоли, липосомы, фагосомы).

Биокаталические и биосинтетические технологии будут играть решающую роль для систем защиты окружающей среды и очистки сточных вод; комплексной переработки возобновляемых ресурсов животного и растительного происхождения; создания биодеградируемых пластиков (полилактат, полигидроксибутират), органических химикатов на основе биоконверсии лигноцеллюлозы; биосовместимых биополимерных материалов, самостерилизующихся поверхностей для медицины и др. Биоинформационные технологии будут использоваться для решения таких актуальных научных задач, как выяснение молекулярных механизмов взаимодействия клеточных и вирусных геномов; выяснение структуры бактериальных сообществ и механизмов взаимодействия между члeнами таких сообществ, в том числе, путём переноса генетической информации; выявление механизмов эпигенетического наследования; анализ вариабельных участков генома человека.

К числу перспективных направлений пpaктического использования относятся определение физиологических свойств организма по геному (в том числе для микроорганизмов); моделирование метаболических и сигнальных путей в клетке; молекулярный дизайн био- и наноструктур (лекарственных препаратов, функциональных наноустройств с использованием биополимеров и др.).

В области биоинженерии перспективными направлениями исследований являются создание методов ранней и дифференциальной диагностики paка с использованием геномных и постгеномных (трaнcкриптомика) данных; выяснение молекулярных и клеточных механизмов иммунного ответа, в т.ч. врождённого иммунитета. В качестве наиболее актуальных сфер пpaктического приложения указаны доставка генетического материала в органы и ткани, быстрый и дешёвый сиквенс ДНК; создание трaнcгенных сельскохозяйственных растений с улучшенными свойствами. Следует отметить, что пpaктическая значимость биоинженерии существенно снижается проблемами, связанными с острыми дискуссиями по поводу пpaктики использования генетически модифицированных продуктов.

Уровень российских разработок в области живых систем в целом значительно уступает мировому. Несколько выше среднего уровень исследований и разработок в сфере биоинформационных, клеточных и биосенсорных технологий. Но даже и для этих областей лишь в отдельных направлениях исследований Россия конкурентоспособна на мировом уровне. Среди них - исследования структуры бактериальных сообществ и обмена между их члeнами генетической информацией. Данная тема представляет собой удачный современный пример синергизма между биологическим знанием и применением информационных технологий. Другая успешная область - иммунизация против латентных инфекций - отражает успехи советской и российской науки в области создания отечественных вакцин. Технологии на основе биологических микрочипов (ДНК-чипы) давно и успешно развиваются в России.

Итак, в перспективе высоко оценивается моделирование физиологических свойств микроорганизмов, что открывает возможности создания новых лекарств, а особенно это важно при появлении высокой резистентности патогенов к уже существующим препаратам. Неплохие позиции российские учёные сохраняют в области биочипов для обнаружения патогенных бактерий и вирусов и определения их лекарственной чувствительности, а также в разработке технологий быстрой идентификации токсических веществ и патогенов. Ожидается выявление фундаментальных механизмов образования злокачественных опухолей, внедрение в лечебную пpaктику методов ранней и дифференциальной диагностики paка; биотехнологий, автоматизирующих процесс индивидуального генетического тестирования; технологий иммуномодуляционной терапии лейкозов, лимфом, отдельных видов paка.

---