Moderní vědecké trendy jsou velkým a širokým úsilím, ve kterém tisíce laboratoří po celém světě studují svůj vlastní vysoce specializovaný obor z mnohem většího celku. Je to logický průsečík vědeckého dědictví a staletých technologických pokroků, které posouvají porozumění světu kolem nás.
Zvláštní pozornost je třeba věnovat stále specifičtějším disciplínám, od neurálních výpočtů sítnice po fyziku vesmírného plazmatu. Jaké vědecké oblasti existují a které jsou nejrelevantnější?
Biomedicínské inženýrství a biofyzika
Může se to zdát divné, ale některé problémy v medicíně lze vyřešit pouze pomocí technologie. Biomedicínské inženýrství je nově vznikající disciplína zahrnující oblasti tak rozmanité, jako je proteinové inženýrství, měřicí systémy a optické zobrazování atomů a celých organismů s vysokým rozlišením. Tato touha pointegrace fyzikálních znalostí s vědami o živé přírodě – pokrok v lidském zdraví.
Aktuální oblasti výzkumu
Zahrnuje oblasti výzkumu jako:
- Biofotonika - vývoj metod pro vizualizaci buněk a tkání fluorescencí. Ke studiu biologických molekul se používají optické metody.
- Kardiovaskulární zobrazování – vývoj metod pro detekci a kvantifikaci kardiovaskulárních onemocnění.
- Komplexní biologické systémy – vývoj nových nástrojů a matematických modelů pro pochopení složitých biologických systémů.
- Makromolekulární sestavení. Studium makromolekul, včetně sestavování vícesložkových komplexů a molekulárních strojů.
- Imunochemická diagnostika – vytváření nových technologií pro identifikaci nemocí, jako jsou „laboratorní studie“.
- Neinvazivní optické zobrazování – Vývoj diagnostických metod v reálném čase pro hodnocení a monitorování tkání a orgánů.
Nedávné pokroky zahrnují vývoj několika optických zobrazovacích nástrojů s vysokým rozlišením určených k prozkoumávání mikroskopických a makroskopických světů buněk a organismů.
Buněčná biologie
Další důležitou a neustále se rozvíjející vědeckou oblastí je buněčná biologie. Všechny živé bytosti se skládají z konstrukčních a funkčních jednotek. Tedy buněčnéNedostatek hraje kritickou roli u mnoha nemocí, od rakoviny způsobené abnormálním buněčným růstem až po neurodegenerativní poruchy, které jsou důsledkem smrti nervové tkáně. Existuje šest klíčových oblastí zahrnujících více biologických systémů:
- Apoptóza. V každém zdravém organismu buňky umírají pečlivě regulovaným procesem programované buněčné smrti známé jako apoptóza. Je společný mnoha biologickým systémům, které jsou zásadní pro neurovědu, imunologii, stárnutí a vývoj a patologie, jako je rakovina, autoimunitní a degenerativní onemocnění.
- Buněčný cyklus – Fungující ministruktury neustále rostou a dělí se pečlivě kontrolovaným způsobem po celý náš život. Molekulární a buněčné děje, které regulují tento cyklus, jsou zásadní pro mnoho nemocí, u kterých je narušena normální regulace růstu.
- Glykobiologie. Glykany jsou biologicky důležitou třídou sacharidů. Proteiny vázající glykany (lektiny) se vážou na specifické strukturální glykany a hrají klíčovou roli při rozpoznávání buněk, motilitě a návratu do specifických tkání, signalizaci, diferenciaci, buněčné adhezi, mikrobiální patogenezi a imunologickém rozpoznávání.
- Mitochondrie. Mitochondrie, známé jako stavební kameny „elektrického domu“, poskytují energii, kterou musí buňky využít k přežití, a vyhýbají se nemocem od cukrovky po Parkinsonovu chorobu.
- Pohyblivost – Mikroskopická nervová buňka, která pochází z mozku a rozšiřuje své procesy až do základny míchy, musí v porovnání se svou velikostí přemisťovat molekuly na obrovské vzdálenosti. Vědci používají různé metody a přístupy ke studiu pohybu buněk a jejich vnitřních molekul a organel.
- Přeprava bílkovin. Proteiny se tvoří v jádře a pak musí být správně umístěny, aby mohly plnit své buněčné role. Transport proteinů je tedy ústředním prvkem všech buněčných systémů a jeho dysfunkce je spojena s nemocemi od cystické fibrózy po Alzheimerovu chorobu.
Buněčný základ života
Buněčný základ života se může v moderní době biologie zdát zřejmý, ale až do vývoje prvních mikroskopů na počátku devatenáctého století to mohlo být pouze otázkou spekulací. Velikost typické lidské buňky je asi pětkrát menší než cokoli, co můžeme vidět pouhým okem. Proto pokrok v našem chápání vnitřního fungování strukturních jednotek, včetně buněčné patofyziologie, jde ruku v ruce s pokroky v technologiích tohoto vědeckého oboru, které jsou k dispozici pro jejich zobrazování a studium.
Biologie chromozomů
Při současném vzrušení v oblasti genomiky je snadné zapomenout, že geny jsou jen krátké úseky DNA a součást mnohem větších struktur nazývaných chromozomy. Ty jsou tvořeny chromatinově složitými řetězci DNA obalenými kolem proteinů nazývaných histony aje nyní známo, že hrají stejně důležitou roli při určování toho, jak se organismy vyvíjejí, fungují a zůstávají zdravé.
Epigenetika, doslova „nad genetikou“, je věda, která studuje změny prostředí v genomu nad rámec těch, které mohou nastat na úrovni naší DNA. Tyto fluktuace v genové aktivitě zahrnují modifikace elementů, které je obklopují, jako jsou histonové proteiny, nebo modifikace transkripčních elementů, které řídí genovou expresi. Na rozdíl od změn DNA jsou epigenetické fluktuace obvykle generačně specifické.
Jinými slovy, epigenetické změny se obvykle nepřenášejí z rodiče na dítě. Tato relativně nová linie výzkumu změnila naše chápání normálního vývoje i nemoci a nyní ovlivňuje pokrok další generace léčby. Studují se různé oblasti, včetně:
- Obezita. Epigenetické změny v našem genomu byly dlouho podezřelé z toho, že hrají roli ve složitých lidských onemocněních, jako je ukládání tuku. Nový vědecký směr zkoumá, jak mohou faktory životního prostředí ovlivnit vývoj nemoci.
- Klinické studie a vývoj léků. Role epigenetických terapií rakoviny u různých nádorů je zkoumána v naději, že mohou zacílit a „přeprogramovat“abnormální buňky spíše než zabíjet jak rakovinné, tak normální stavební kameny jako při standardní chemoterapii.
- Zdravotní péče. Strava a vystavení chemikáliím ve všech fázích vývoje mohou způsobit epigenetické změny, které mohou zapnout nebo vypnout určité geny. Vědci zkoumají, jak tyto prvky negativně ovlivňují obecnou populaci.
- Behaviorální věda. Epigenetické změny jsou spojeny s mnoha nemocemi, včetně drogové a alkoholové závislosti. Pochopení toho, jak faktory prostředí mění genom, by mohlo vrhnout světlo na nové cesty k léčbě psychických poruch.
Kvantová biologie
Fyzici vědí o takových kvantových efektech již více než sto let, kdy částice vzdorují našim smyslům, mizí z jednoho místa a znovu se objevují na jiném nebo jsou na dvou místech současně. Tyto účinky však nejsou připisovány tajným laboratorním experimentům. Jak vědci stále více podezírají, že kvantová mechanika se může vztahovat i na biologické procesy.
Asi nejlepším příkladem je fotosyntéza, úžasně účinný systém, kde rostliny (a některé bakterie) vytvářejí molekuly, které potřebují, pomocí energie ze slunečního světla. Ukazuje se, že tento proces může ve skutečnosti spoléhat na fenomén „superpozice“, kdy malé balíčky energie prozkoumají všechny možné cesty a poté se usadí na té nejúčinnější. Je také možné, že ptačí navigace, mutace DNA (prostřednictvím kvantového tunelování) a dokonce i náš čich spoléhají na kvantové efekty.
Přestože se jedná o vysoce spekulativní a kontroverzní oblast, ti, kteřípraktici čekají na den, kdy informace získané výzkumem mohou vést k novým lékům a biomimetickým systémům (biometrie je další nově vznikající vědní obor, kde se biologické systémy a struktury používají k vytváření nových materiálů a strojů).
Sociální vědy a vědy o chování
Porozumění tomu, jak behaviorální a sociální faktory ovlivňují nemoci a zdraví, je pro pochopení, léčbu a prevenci nemocí životně důležité mimo molekulární a buněčnou úroveň. Výzkum v těchto vědách je rozsáhlým mnohostranným oborem, který pokrývá širokou škálu oborů a přístupů.
Koncept programu intraprofesionální analýzy spojuje biomedicínské, behaviorální a sociální vědy, aby společně řešily složité a naléhavé zdravotní problémy. Důraz je kladen na rozvoj vědeckých oblastí, které zkoumají behaviorální procesy, biopsychologické a aplikované oblasti pomocí následujících metod:
- Výzkum vlivu nemoci nebo fyzického stavu na chování a sociální fungování.
- Identifikace a pochopení faktorů chování spojených s nástupem a průběhem nemoci.
- Studie výsledků léčby.
- Podpora zdraví a výzkum prevence nemocí.
- Analýza institucionálních a organizačních dopadů na zdraví.
Exometeorologie
Exometeorologové rádiexo-oceánografové a exogeologové se zajímají o studium přírodních procesů, které se vyskytují na jiných planetách než na Zemi. Nyní, když se astronomové mohou blíže podívat na vnitřní fungování blízkých objektů, jsou stále více schopni sledovat atmosférické a povětrnostní vzorce. Jupiter a Saturn se svými neuvěřitelně velkými potenciálními systémy jsou hlavními kandidáty na studium.
Například na Marsu se pravidelně vyskytují prachové bouře. V tomto vědeckotechnickém směru exometeorologové studují i planety mimo naši sluneční soustavu. A zajímavé je, že nakonec mohou objevit známky mimozemského života na exoplanetě tím, že detekují organické stopy v atmosférách nebo zvýšené hladiny oxidu uhličitého – možné známky civilizace průmyslového věku.
Nutrigenomika
Nutrigenomika, známá také jako potravinová genomika, je prioritní oblastí vědy. Toto je studie komplexní souhry mezi potravou a reakcí DNA. Jídlo má skutečně hluboký vliv na lidské zdraví – a začíná doslova na molekulární úrovni. Vědci pracující v této oblasti se snaží porozumět roli genetických variací, stravovacích reakcí a způsobů, jakými živiny ovlivňují naše struktury.
Nutrigenomika funguje oběma způsoby – naše geny ovlivňují naše stravovací preference a naopak. Klíčovým cílem této oblasti vědecké činnosti je vytvoření personalizované výživy – srovnání čehoco jíme, s našimi vlastními jedinečnými genetickými konstitucemi.
Kognitivní ekonomie
Ekonomie obvykle není o hlubokých znalostech, ale to se může změnit, protože se obor integruje s tradičními výzkumnými disciplínami. Nesmí být zaměňována s behaviorální ekonomií (studium našeho způsobu, jak věci děláme – co děláme – v kontextu ekonomického rozhodování), kognitivní ekonomie je o tom, jak přemýšlíme. Lee Caldwell, který o této oblasti bloguje, ji definuje takto:
"Kognitivní ekonomie (neboli finance) … se dívá na to, co se ve skutečnosti odehrává v mysli člověka, když činí toto rozhodnutí. Jaká je vnitřní struktura rozhodování, jak informace vstupují do vědomí a jak jsou zpracovávány, a pak, nakonec, jak se všechny tyto procesy projevují v našem chování?"
Jiným způsobem je kognitivní ekonomie fyzika, jejíž behaviorální ekonomie je inženýrstvím. Za tímto účelem vědci pracující v této oblasti začínají svou analýzu na nižší úrovni a vytvářejí základní mikrovzorce lidského rozhodování, aby vyvinuli model ekonomického chování ve velkém měřítku. Aby jim to pomohli, kognitivní ekonomové se dívají na související oblasti disciplíny a výpočetní ekonomie, stejně jako na hlavní směry vědeckého a technologického výzkumu v racionalitě a teorii rozhodování.
