Moderné vedecké trendy sú veľkým a širokým úsilím, v rámci ktorého tisíce laboratórií po celom svete študujú svoj vlastný vysoko špecializovaný odbor z oveľa väčšieho celku. Je to logický priesečník vedeckého dedičstva a stáročí technologického pokroku s cieľom zlepšiť pochopenie sveta okolo nás.
Zvláštnu pozornosť je potrebné venovať čoraz špecifickejším disciplínam, od sietnicových nervových výpočtov po fyziku vesmírnej plazmy. Aké vedecké oblasti existujú a ktoré sú najrelevantnejšie?
Biomedicínske inžinierstvo a biofyzika
Môže sa to zdať zvláštne, ale niektoré problémy v medicíne možno vyriešiť iba pomocou technológie. Biomedicínske inžinierstvo je novovznikajúca disciplína zahŕňajúca také rôznorodé oblasti, ako je proteínové inžinierstvo, meracie systémy a optické zobrazovanie atómov a celých organizmov s vysokým rozlíšením. Táto túžba pointegrácia fyzikálnych poznatkov s vedami o živote – pokrok v ľudskom zdraví.
Aktuálne oblasti výskumu
Zahŕňa oblasti výskumu, ako napríklad:
- Biofotonika - vývoj metód na vizualizáciu buniek a tkanív fluorescenciou. Na štúdium biologických molekúl sa používajú optické metódy.
- Kardiovaskulárne zobrazovanie – vývoj metód na detekciu a kvantifikáciu kardiovaskulárnych ochorení.
- Komplexné biologické systémy – vývoj nových nástrojov a matematických modelov na pochopenie zložitých biologických systémov.
- Makromolekulárne zostavenie. Štúdium makromolekúl, vrátane zostavovania viaczložkových komplexov a molekulárnych strojov.
- Imunochemická diagnostika – vytváranie nových technológií na identifikáciu chorôb, ako sú „laboratórne štúdie“.
- Neinvazívne optické zobrazovanie – Vývoj diagnostických metód v reálnom čase na hodnotenie a monitorovanie tkanív a orgánov.
Nedávne pokroky zahŕňajú vývoj niekoľkých optických zobrazovacích nástrojov s vysokým rozlíšením navrhnutých na skúmanie mikroskopických a makroskopických svetov buniek a organizmov.
Bunková biológia
Ďalšou dôležitou a neustále sa rozvíjajúcou vedeckou oblasťou je bunková biológia. Všetky živé bytosti sa skladajú zo štrukturálnych a funkčných jednotiek. Teda bunkovéNedostatok zohráva rozhodujúcu úlohu pri mnohých chorobách, od rakoviny spôsobenej abnormálnym rastom buniek až po neurodegeneratívne poruchy, ktoré sú výsledkom odumierania nervového tkaniva. Existuje šesť kľúčových oblastí zahŕňajúcich viaceré biologické systémy:
- Apoptóza. V každom zdravom organizme bunky umierajú prostredníctvom starostlivo regulovaného procesu programovanej bunkovej smrti známej ako apoptóza. Je spoločná pre mnohé biologické systémy, ktoré sú základom neurovedy, imunológie, starnutia a vývoja a patológií, akými sú rakovina, autoimunitné a degeneratívne ochorenia.
- Bunkový cyklus – Fungujúce miništruktúry neustále rastú a delia sa starostlivo kontrolovaným spôsobom počas celého nášho života. Molekulárne a bunkové udalosti, ktoré regulujú tento cyklus, sú rozhodujúce pre mnohé choroby, pri ktorých je narušená normálna regulácia rastu.
- Glykobiológia. Glykány sú biologicky dôležitou triedou sacharidov. Proteíny viažuce glykán (lektíny) sa viažu na špecifické štruktúrne glykány a zohrávajú kľúčovú úlohu pri rozpoznávaní buniek, motilite a návrate do špecifických tkanív, signalizácii, diferenciácii, bunkovej adhézii, mikrobiálnej patogenéze a imunologickom rozpoznávaní.
- Mitochondrie. Mitochondrie, známe ako stavebné bloky „domov energie“, poskytujú energiu, ktorú bunky musia použiť na prežitie, čím sa vyhýbajú chorobám od cukrovky po Parkinsonovu chorobu.
- Mobilita – Mikroskopická nervová bunka, ktorá pochádza z mozgu a rozširuje svoje procesy až do základne miechy, musí v porovnaní so svojou veľkosťou presúvať molekuly na obrovské vzdialenosti. Vedci používajú rôzne metódy a prístupy na štúdium toho, ako sa bunky a ich vnútorné molekuly a organely pohybujú.
- Preprava bielkovín. Proteíny sa tvoria v jadre a potom musia byť správne umiestnené, aby mohli plniť svoje bunkové úlohy. Transport proteínov je teda ústredný pre všetky bunkové systémy a jeho dysfunkcia je spojená s chorobami od cystickej fibrózy po Alzheimerovu chorobu.
bunkový základ života
V modernej dobe biológie sa môže zdať, že bunkový základ života je zrejmý, ale až do vývoja prvých mikroskopov na začiatku devätnásteho storočia to mohlo byť len otázkou špekulácií. Veľkosť typickej ľudskej bunky je asi päťkrát menšia ako čokoľvek, čo môžeme vidieť voľným okom. Preto pokrok v našom chápaní vnútorného fungovania štrukturálnych jednotiek, vrátane bunkovej patofyziológie, ide ruka v ruke s pokrokom v technológiách tohto vedného odboru, ktoré sú k dispozícii na ich zobrazovanie a štúdium.
Biológia chromozómov
Pri súčasnom vzrušení v oblasti genomiky je ľahké zabudnúť, že gény sú len krátke úseky DNA a časť oveľa väčších štruktúr nazývaných chromozómy. Tie sú tvorené chromatínovými zložitými vláknami DNA obalenými okolo proteínov nazývaných históny ateraz je známe, že zohrávajú rovnako dôležitú úlohu pri určovaní toho, ako sa organizmy vyvíjajú, fungujú a zostávajú zdravé.
Epigenetika, doslova „nad genetikou“, je veda, ktorá študuje environmentálne zmeny v genóme nad rámec tých, ktoré sa môžu vyskytnúť na úrovni našej DNA. Tieto fluktuácie v génovej aktivite zahŕňajú modifikácie prvkov, ktoré ich obklopujú, ako sú histónové proteíny, alebo modifikácie transkripčných prvkov, ktoré riadia génovú expresiu. Na rozdiel od zmien DNA sú epigenetické fluktuácie zvyčajne špecifické pre generáciu.
Inými slovami, epigenetické zmeny sa zvyčajne neprenášajú z rodiča na dieťa. Táto relatívne nová línia výskumu zmenila naše chápanie normálneho vývoja aj choroby a teraz ovplyvňuje pokrok ďalšej generácie liečby. Študujú sa rôzne oblasti vrátane:
- Obezita. Epigenetické zmeny v našom genóme boli dlho podozrivé, že zohrávajú úlohu pri zložitých ľudských ochoreniach, ako je ukladanie tuku. Nový vedecký smer skúma, ako môžu faktory životného prostredia ovplyvniť vývoj choroby.
- Klinické štúdie a vývoj liekov. Úloha epigenetických terapií rakoviny u rôznych nádorov sa skúma v nádeji, že dokážu zacieliť a „preprogramovať“abnormálne bunky, a nie zabíjať rakovinové aj normálne stavebné bloky ako pri štandardnej chemoterapii.
- Zdravotná starostlivosť. Diéta a vystavenie chemikáliám vo všetkých štádiách vývoja môžu spôsobiť epigenetické zmeny, ktoré môžu zapnúť alebo vypnúť určité gény. Vedci skúmajú, ako tieto prvky negatívne ovplyvňujú všeobecnú populáciu.
- Behaviorálna veda. Epigenetické zmeny sú spojené s mnohými chorobami, vrátane drogovej a alkoholovej závislosti. Pochopenie toho, ako faktory prostredia menia genóm, by mohlo vrhnúť svetlo na nové spôsoby liečby psychických porúch.
Kvantová biológia
Fyzici vedia o takýchto kvantových efektoch už viac ako sto rokov, keď častice vzdorujú našim zmyslom, miznú z jedného miesta a znova sa objavujú na inom alebo sú na dvoch miestach súčasne. Tieto účinky sa však nepripisujú tajným laboratórnym experimentom. Vedci stále viac podozrievajú, že kvantová mechanika sa môže vzťahovať aj na biologické procesy.
Asi najlepším príkladom je fotosyntéza, úžasne účinný systém, v ktorom rastliny (a niektoré baktérie) vytvárajú molekuly, ktoré potrebujú, pomocou energie zo slnečného žiarenia. Ukazuje sa, že tento proces sa môže v skutočnosti opierať o fenomén „superpozície“, kde malé balíčky energie skúmajú všetky možné cesty a potom sa usadzujú na tej najúčinnejšej. Je tiež možné, že vtáčia navigácia, mutácie DNA (prostredníctvom kvantového tunelovania) a dokonca aj náš čuch sa spoliehajú na kvantové efekty.
Hoci ide o veľmi špekulatívnu a kontroverznú oblasť, tí, ktoríodborníci z praxe čakajú na deň, keď informácie získané z výskumu môžu viesť k novým liekom a biomimetickým systémom (biometria je ďalšou novovznikajúcou oblasťou vedy, kde sa biologické systémy a štruktúry používajú na vytváranie nových materiálov a strojov).
Sociálne vedy a vedy o správaní
Pre pochopenie, liečbu a prevenciu chorôb je okrem molekulárnej a bunkovej úrovne dôležité pochopiť, ako behaviorálne a sociálne faktory ovplyvňujú choroby a zdravie. Výskum v takýchto vedách je rozsiahlou mnohostrannou oblasťou, ktorá pokrýva širokú škálu disciplín a prístupov.
Koncept programu intraprofesionálnej analýzy spája biomedicínske, behaviorálne a sociálne vedy, aby spolupracovali pri riešení zložitých a naliehavých zdravotných problémov. Dôraz je kladený na rozvoj vedeckých oblastí, ktoré skúmajú behaviorálne procesy, biopsychologické a aplikované oblasti prostredníctvom nasledujúcich metód:
- Výskum vplyvu choroby alebo fyzického stavu na správanie a sociálne fungovanie.
- Identifikácia a pochopenie faktorov správania spojených so začiatkom a priebehom choroby.
- Štúdia výsledkov liečby.
- Podpora zdravia a výskum prevencie chorôb.
- Analýza inštitucionálnych a organizačných vplyvov na zdravie.
Exometeorológia
Exometeorológom sa páčiexo-oceánografi a exogeológovia sa zaujímajú o štúdium prírodných procesov, ktoré sa vyskytujú na iných planétach ako je Zem. Teraz, keď sa astronómovia môžu bližšie pozrieť na vnútorné fungovanie blízkych objektov, sú čoraz viac schopní sledovať atmosférické a poveternostné vzorce. Jupiter a Saturn so svojimi neuveriteľne veľkými potenciálnymi systémami sú hlavnými kandidátmi na štúdium.
Napríklad na Marse sa pravidelne vyskytujú prachové búrky. V tomto vedecko-technickom smere exometeorológovia skúmajú dokonca aj planéty mimo našej slnečnej sústavy. A čo je zaujímavé, môžu nakoniec nájsť známky mimozemského života na exoplanéte detekciou organických podpisov v atmosfére alebo zvýšených hladín oxidu uhličitého - možné známky civilizácie priemyselného veku.
Nutrigenomika
Nutrigenomika, známa aj ako potravinová genomika, je prioritnou oblasťou vedy. Toto je štúdia komplexnej súhry medzi potravou a reakciou DNA. Jedlo má totiž zásadný vplyv na ľudské zdravie – a začína doslova na molekulárnej úrovni. Vedci pracujúci v tejto oblasti sa snažia pochopiť úlohu genetických variácií, stravovacích reakcií a spôsobov, akými živiny ovplyvňujú naše štruktúry.
Nutrigenomika funguje obojstranne – naše gény ovplyvňujú naše stravovacie preferencie a naopak. Kľúčovým cieľom tejto oblasti vedeckej činnosti je vytvorenie personalizovanej výživy – porovnanie čohočo jeme, s našimi vlastnými jedinečnými genetickými konštitúciami.
Kognitívna ekonomika
Ekonómia zvyčajne nie je o hlbokých znalostiach, ale to sa môže zmeniť, keď sa oblasť integruje s tradičnými výskumnými disciplínami. Nezamieňajte si s behaviorálnou ekonómiou (štúdium nášho spôsobu robenia vecí – toho, čo robíme – v kontexte ekonomického rozhodovania), kognitívna ekonómia je o tom, ako myslíme. Lee Caldwell, ktorý bloguje o tejto oblasti, ju definuje takto:
"Kognitívna ekonómia (alebo financie)… sa pozerá na to, čo sa v skutočnosti odohráva v mysli človeka, keď sa rozhodujú. Aká je vnútorná štruktúra rozhodovania, ako informácie vstupujú do vedomia a ako sa spracovávajú a potom, v konečnom dôsledku, ako sa všetky tieto procesy prejavujú v našom správaní?"
Iným spôsobom je kognitívna ekonómia fyzika, ktorej behaviorálna ekonómia je inžinierstvom. Za týmto účelom vedci pracujúci v tejto oblasti začínajú svoju analýzu na nižšej úrovni a vytvárajú základné mikrovzorce ľudského rozhodovania, aby vyvinuli model ekonomického správania vo veľkom meradle. Aby im to pomohli, kognitívni ekonómovia sa pozerajú na súvisiace oblasti disciplíny a výpočtovej ekonómie, ako aj na hlavné smery vedeckého a technologického výskumu v oblasti racionality a teórie rozhodovania.
