Moderni naučni trendovi su veliki i široki poduhvat, u kojem hiljade laboratorija širom svijeta proučavaju svoje vlastito visoko specijalizovano polje iz mnogo veće cjeline. To je logičan presek naučnog nasleđa i vekova tehnološkog napretka za unapređenje razumevanja sveta oko nas.
Posebna pažnja se mora posvetiti sve specifičnijim disciplinama, od neuralnog računarstva retine do fizike svemirske plazme. Koje naučne oblasti postoje i koje su najrelevantnije?
Biomedicinsko inženjerstvo i biofizika
Možda se čini čudnim, ali neki problemi u medicini mogu se riješiti samo uz pomoć tehnologije. Biomedicinsko inženjerstvo je nova disciplina koja obuhvata različite oblasti kao što su inženjering proteina, sistemi merenja i optičko snimanje atoma i celih organizama visoke rezolucije. Ova želja zaintegracija fizičkog znanja sa naukama o životu - napredak u ljudskom zdravlju.
Trenutna područja istraživanja
Uključuje područja istraživanja kao što su:
- Biofotonika - razvoj metoda za vizualizaciju ćelija i tkiva fluorescencijom. Optičke metode se koriste za proučavanje bioloških molekula.
- Kardiovaskularna slika - razvoj metoda za otkrivanje i kvantifikaciju kardiovaskularnih bolesti.
- Složeni biološki sistemi - razvoj novih alata i matematičkih modela za razumijevanje složenih bioloških sistema.
- Makromolekularni sklop. Proučavanje makromolekula, uključujući sklapanje višekomponentnih kompleksa i molekularnih mašina.
- Imunohemijska dijagnostika - stvaranje novih tehnologija za identifikaciju bolesti, kao što su "laboratorijske studije".
- Neinvazivna optička slika - Razvoj dijagnostičkih metoda u realnom vremenu za procjenu i praćenje tkiva i organa.
Nedavni napredak uključuje razvoj nekoliko alata za optičku sliku visoke rezolucije dizajniranih da istražuju mikroskopski i makroskopski svijet ćelija i organizama.
Biologija ćelije
Još jedna važna naučna oblast koja se stalno razvija je ćelijska biologija. Sva živa bića su sastavljena od strukturnih i funkcionalnih jedinica. Dakle, ćelijskiNedostatak ima ključnu ulogu u mnogim bolestima, od raka uzrokovanog abnormalnim rastom stanica do neurodegenerativnih poremećaja koji su rezultat odumiranja nervnog tkiva. Postoji šest ključnih oblasti koje obuhvataju više bioloških sistema:
- Apoptoza. U svakom zdravom organizmu ćelije umiru kroz pažljivo reguliran proces programirane ćelijske smrti poznatog kao apoptoza. To je zajedničko mnogim biološkim sistemima koji su fundamentalni za neuronauku, imunologiju, starenje i razvoj i patologije kao što su rak, autoimune i degenerativne bolesti.
- Ćelijski ciklus - Funkcionalne mini strukture nastavljaju da rastu i dijele se na pažljivo kontroliran način tijekom naših života. Molekularni i ćelijski događaji koji regulišu ovaj ciklus su kritični za mnoge bolesti kod kojih je poremećena normalna regulacija rasta.
- Glikobiologija. Glikani su biološki važna klasa ugljikohidrata. Proteini koji se vezuju za glikan (lektini) vezuju se za specifične strukturne glikane i igraju ključnu ulogu u ćelijskom prepoznavanju, pokretljivosti i povratku u specifična tkiva, signalizaciji, diferencijaciji, ćelijskoj adheziji, mikrobnoj patogenezi i imunološkom prepoznavanju.
- Mitohondrije. Poznati kao gradivni blokovi "elektrane", mitohondrije obezbeđuju energiju koju ćelije moraju da koriste za preživljavanje, izbegavajući bolesti od dijabetesa do Parkinsonove bolesti.
- Mobilnost - Mikroskopska nervna ćelija koja potiče iz mozga i proširuje svoje procese do baze kičmene moždine mora pomerati molekule na velike udaljenosti u poređenju sa svojom veličinom. Naučnici koriste različite metode i pristupe da proučavaju kako se ćelije i njihove unutrašnje molekule i organele kreću.
- Transport proteina. Proteini se stvaraju u jezgri i tada se moraju pravilno smjestiti kako bi ispunili svoju ćelijsku ulogu. Dakle, transport proteina je centralni za sve ćelijske sisteme, a njegova disfunkcija je povezana sa bolestima u rasponu od cistične fibroze do Alchajmerove bolesti.
ćelijska osnova života
Ćelijska osnova života može izgledati očigledno u modernom dobu biologije, ali sve do razvoja prvih mikroskopa početkom devetnaestog veka, ovo je moglo biti samo pitanje nagađanja. Veličina tipične ljudske ćelije je oko pet puta manja od bilo čega što možemo vidjeti golim okom. Stoga, napredak u našem razumijevanju unutrašnjeg rada strukturnih jedinica, uključujući ćelijsku patofiziologiju, ide ruku pod ruku s napretkom u tehnologijama ove naučne oblasti, dostupnim za njihovo snimanje i proučavanje.
Biologija hromozoma
Uz trenutno uzbuđenje oko polja genomike, lako je zaboraviti da su geni samo kratki dijelovi DNK i dio mnogo većih struktura zvanih hromozomi. Potonji se sastoje od hromatinskih zamršenih lanaca DNK omotanih oko proteina zvanih histoni, isada je poznato da igraju jednako važnu ulogu u određivanju načina na koji se organizmi razvijaju, funkcioniraju i ostaju zdravi.
Epigenetika, doslovno "iznad genetike", je nauka koja proučava promjene u okolišu u genomu izvan onih koje se mogu dogoditi na nivou naše DNK. Ove fluktuacije u aktivnosti gena uključuju modifikacije elemenata koji ih okružuju, kao što su histonski proteini, ili modifikacije transkripcijskih elemenata koji kontroliraju ekspresiju gena. Za razliku od DNK promjena, epigenetske fluktuacije su obično specifične za generacije.
Drugim riječima, epigenetske promjene se obično ne prenose sa roditelja na dijete. Ova relativno nova linija istraživanja promijenila je naše razumijevanje normalnog razvoja i bolesti i sada utječe na napredak sljedeće generacije tretmana. Proučavaju se različita područja, uključujući:
- Gojaznost. Dugo se sumnjalo da epigenetske promjene u našem genomu igraju ulogu u složenim ljudskim bolestima kao što je taloženje masti. Novi naučni pravac istražuje kako faktori okoline mogu uticati na razvoj bolesti.
- Klinička ispitivanja i razvoj lijekova. Uloga epigenetskih terapija raka kod različitih tumora se istražuje, u nadi da mogu ciljati i "reprogramirati" abnormalne ćelije umjesto da ubijaju i kancerozne i normalne građevne blokove kao u standardnoj kemoterapiji.
- He alth care. Ishrana i izloženost hemikalijama u svim fazama razvoja mogu uzrokovati epigenetske promjene koje mogu uključiti ili isključiti određene gene. Naučnici istražuju kako ovi elementi negativno utiču na opštu populaciju.
- Nauka o ponašanju. Epigenetske promjene su povezane s mnogim bolestima, uključujući ovisnost o drogama i alkoholu. Razumijevanje kako faktori okoline mijenjaju genom moglo bi baciti svjetlo na nove puteve za liječenje psiholoških poremećaja.
Kvantna biologija
Fizičari znaju za takve kvantne efekte više od stotinu godina, kada čestice prkose našim čulima, nestaju s jednog mjesta i ponovo se pojavljuju na drugom, ili se nalaze na dva mjesta u isto vrijeme. Ali ovi efekti se ne pripisuju tajnim laboratorijskim eksperimentima. Kako naučnici sve više sumnjaju da se kvantna mehanika može primijeniti i na biološke procese.
Možda je najbolji primjer fotosinteza, izvanredno efikasan sistem u kojem biljke (i neke bakterije) grade molekule koje su im potrebne koristeći energiju sunčeve svjetlosti. Ispostavilo se da se ovaj proces zapravo može oslanjati na fenomen "superpozicije", gdje mali paketi energije istražuju sve moguće puteve i potom se određuju najefikasnijim. Takođe je moguće da se ptičija navigacija, mutacije DNK (putem kvantnog tuneliranja), pa čak i naš čulo mirisa oslanjaju na kvantne efekte.
Iako je ovo veoma spekulativno i kontroverzno područje, oni kojipraktičari čekaju dan kada informacije dobijene istraživanjem mogu dovesti do novih lijekova i biomimetičkih sistema (biometrija je još jedna nova oblast nauke u kojoj se biološki sistemi i strukture koriste za stvaranje novih materijala i mašina).
Društvene i bihevioralne nauke
Izvan molekularnog i ćelijskog nivoa, razumijevanje kako bihevioralni i društveni faktori utiču na bolest i zdravlje je od vitalnog značaja za razumijevanje, liječenje i prevenciju bolesti. Istraživanje u takvim naukama je veliko višestruko polje koje pokriva širok spektar disciplina i pristupa.
Koncept programa intraprofesionalne analize objedinjuje biomedicinske, bihevioralne i društvene nauke kako bi zajedno radile na rješavanju složenih i hitnih zdravstvenih problema. Fokus je na razvoju naučnih oblasti koje istražuju bihevioralne procese, biopsihološka i primenjena polja kroz sledeće metode:
- Istraživanje uticaja bolesti ili fizičkog stanja na ponašanje i društveno funkcionisanje.
- Identifikacija i razumijevanje faktora ponašanja povezanih s početkom i tokom bolesti.
- Proučavanje ishoda liječenja.
- Istraživanje promocije zdravlja i prevencije bolesti.
- Analiza institucionalnih i organizacionih uticaja na zdravlje.
Exometeorology
Egzometeorolozi voleegzookeanografi i egzogeolozi su zainteresovani za proučavanje prirodnih procesa koji se dešavaju na drugim planetama osim Zemlje. Sada kada astronomi mogu izbliza da pogledaju unutrašnje funkcionisanje obližnjih objekata, oni su sve više u mogućnosti da prate atmosferske i vremenske obrasce. Jupiter i Saturn, sa svojim nevjerovatno velikim potencijalnim sistemima, su glavni kandidati za proučavanje.
Na primjer, prašne oluje se redovno dešavaju na Marsu. U ovom naučnom i tehničkom pravcu, egzometeorolozi proučavaju čak i planete izvan našeg Sunčevog sistema. I, zanimljivo, oni bi na kraju mogli pronaći znakove vanzemaljskog života na egzoplaneti otkrivanjem organskih tragova u atmosferi ili povišenog nivoa ugljičnog dioksida - mogućih znakova civilizacije industrijskog doba.
Nutrigenomika
Nutrigenomika, poznata i kao genomika hrane, je prioritetno polje nauke. Ovo je studija složene interakcije između hrane i DNK odgovora. Zaista, hrana ima dubok uticaj na ljudsko zdravlje – a počinje bukvalno na molekularnom nivou. Naučnici koji rade na ovom polju nastoje razumjeti ulogu genetskih varijacija, odgovora na ishranu i načina na koji nutrijenti utiču na naše strukture.
Nutrigenomika djeluje u oba smjera - naši geni utiču na naše prehrambene preferencije i obrnuto. Ključni cilj ove oblasti naučne delatnosti je kreiranje personalizovane ishrane – poređenje čegaono što jedemo, sa našom jedinstvenom genetskom konstitucijom.
Kognitivna ekonomija
Ekonomija obično nije duboko znanje, ali to se može promijeniti kako se polje integrira s tradicionalnim istraživačkim disciplinama. Ne treba je brkati sa bihejvioralnom ekonomijom (proučavanjem našeg načina na koji radimo stvari – šta radimo – u kontekstu ekonomskog donošenja odluka), kognitivna ekonomija govori o tome kako razmišljamo. Lee Caldwell, koji piše blog o tom području, definira ga na sljedeći način:
"Kognitivna ekonomija (ili finansije) … posmatra šta se zapravo dešava u čovekovom umu kada donese taj izbor. Koja je unutrašnja struktura donošenja odluka, kako informacije ulaze u svest i kako se obrađuju, a zatim, na kraju, kako se svi ovi procesi izražavaju u našem ponašanju?"
Na drugi način, kognitivna ekonomija je fizika čija je bihevioralna ekonomija inženjering. U tom cilju, naučnici koji rade u ovoj oblasti započinju svoju analizu na nižem nivou i formiraju osnovne mikroobrazce ljudskog donošenja odluka kako bi razvili model ekonomskog ponašanja velikih razmera. Da bi im pomogli u tome, kognitivni ekonomisti gledaju na srodna polja discipline i računarske ekonomije, kao i na glavne pravce naučnog i tehnološkog istraživanja u racionalnosti i teoriji odlučivanja.
