Роль биологии в фармации реферат
Обновлено: 05.07.2024
Содержание работы
Введение. 3
Краткие сведения о науке биологии. 5
Роль биологии в медицине. 7
Заключение. 9
Список используемой литературы: 10
Файлы: 1 файл
Значение биологии в медицине.docx
Краткие сведения о науке биологии. 5
Роль биологии в медицине. 7
Список используемой литературы: 10
Медицина - область научной и практической деятельности по исследованию нормальных и патологических процессов в организме человека, различных заболеваний и патологических состояний, по сохранению и укреплению здоровья людей.
Учение о живой природе является частью человеческой культуры. Значительна роль биологии в формировании мировоззрения, в осознании человеком своей роли в окружающем мире. Изучение биологии формирует научное мышление каждого человека и помогает в познании окружающего мира. Развитие биологии обусловлено как интересами практики, так и потребностями всего общества (проблемы медицины, задачи сельскохозяйственного воспроизводства и т.д.).
История развития биологии насчитывает более 2000 лет. Еще античными врачами и философами были предприняты попытки познания живых объектов (Гиппократ, Гален, Аристотель), К эпохе Возрождения относятся исследования, положившие начало ботанике, зоологии, анатомии (Везалий). Из множества проведенных исследований необходимо упомянуть наиболее важные для понимания законов биологии.
Биологические науки представляют собой теоретическую основу медицины, агрономии, животноводства, а также всех тех отраслей производства, которые связаны с живыми организмами. Все биологические науки в той или иной мере являются базой для теоретической или практической медицины. Так, на основе морфологических наук развивается патологическая анатомия, на основе физиологии, биохимии и генетики – патологическая физиология. Гигиена тесно связана с физиологией, экологией и генетикой. Терапия и хирургия постоянно оперируют сведениями из области анатомии, физиологии, биохимии. Акушерство имеет тесную связь с эмбриологией. Эпидемиология опирается на достижения экологии, зоологии, паразитологии, бактериологии, вирусологии.
Биология является базовой наукой медицины. Многие дисциплины биологии, такие как физиология, микробиология, иммунология, паразитология, напрямую связаны с медицинской наукой и здравоохранением.
Общебиологические закономерности используются при решении самых разных вопросов во многих отраслях народного хозяйства. Быстрые темпы роста населения планеты, постоянное уменьшение территорий, занятых сельскохозяйственным производством, привели к глобальной проблеме современности — производству продуктов питания. Эту задачу способны решать такие науки, как растениеводство и животноводство, базирующиеся на достижениях генетики и селекции. Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости можно создавать высокопродуктивные сорта культурных растений и пород домашних животных, что позволит интенсивно вести сельскохозяйственное производство и удовлетворить потребности населения планеты в пищевых ресурсах.
Биологические знания помогают в борьбе с вредителями и болезнями культурных растений, паразитами животных. Они играют важную роль в совершенствовании лесного и рыбного хозяйства, звероводства.
Использование в промышленности, машиностроении, кораблестроении принципов организации живых существ (бионика) приносит в настоящее время и даст в будущем значительный экономический эффект.
Прогресс науки и техники, создание и использование новых технологий могут наносить ущерб биосфере (порой непоправимый). Загрязнение окружающей среды отходами промышленного производства ставит вопрос о выживании, а нередко и о вымирании многих видов животных и растений. Учащение экологических катастроф наносит в группу риска все живое на планете. Задачи сохранения живых организмов, восстановления их популяций в естественной среде обитания решают биологи всего мира.
Решению таких важных проблем современности, как охрана окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов, помогает экология. Она предусматривает выявление и устранение отрицательных последствий воздействия человека на природу (загрязнение среды многочисленными вредными веществами), определение режимов рационального использования резервов биосферы. Актуальной задачей экологии является обеспечение сохранности биосферы и способности природы к самовоспроизведению
У. Гарвей (1578—1657) открыл механизм кровообращения; изготовил микроскоп;
1677 г. — АЛевенгук наблюдал под микроскопом (увеличивающим в 300 раз) простейших, бактерии,сперматозоиды;
1826 г. — К.Бэр наблюдал яйцеклетку млекопитающих;\
1828 г. — Р.Броун открыл клеточное ядро;
1735 г. — К. Линней создал систему классификации растений и животных;
XVIII в. — в России М.ВЛомоносов и Л.Эйлер создали современный по тем временам микроскоп, позволяющий вести наблюдения за разнообразными биологическими объектами;
1838, 1839 гг. — Т.Шванн, М.Шлейден независимо друг от друга сформулировали клеточную теорию, согласно которой клетки признавались элементарной единицей строения растений и животных;
1859 г. — Ч. Дарвин создал эволюционную теорию;
1865 г. — Г.Мендель открыл закон наследования признаков, что способствовало рождению генетики как науки;
1881 г. — Л.Пастер открыл принцип вакцин, заложил основы микробиологии и иммунологии;
1882 г. — И.Мечников сформулировал фагоцитарную теорию, был награжден Нобелевской премией;
1900 г. — К.Ландштейнер открыл группы крови человека, был награжден Нобелевской премией;
1953 г. — Дж. Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуры ДНК, были награждены Нобелевской премией.
Биология XX в. характеризуется определенными тенденциями и познании явлений жизни — это, во-первых, изучение живых объектов на различных уровнях организации: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном; во-вторых, стремление к изучению живой природы в целом, на всех уровнях - ее. организация (эволюция, систематика). Учение В.И.Вернадского о связях живых организмов с неживой природой (учение о биосфере) показывает масштабы деятельности человека и. предупреждает об опасности бездумного отношения к природе (биосфере).
Предметом исследования биологии является многообразие ныне существующих и вымерших организмов, их происхождение, эволюция, распространение, строение, функционирование и индивидуальное развитие, связи друг с другом и с окружающей их неживой природой. Биология рассматривает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах (обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, развитие, раздражимость, подвижность и т. д.).
Биология подразделяется на ряд самостоятельных наук и направлений в зависимости от изучаемых объектов, уровней организации живого, методов исследования, практического использования биологических знаний.
По структуре, свойствам и проявлениям жизни отдельных организмов следует различать: анатомию, морфологию (в узком смысле) — о внешнем строении, физиологию — о жизнедеятельности целостного организма и его частей, генетику — науку о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Отдельно выделяют науки о развитии живой материи: биологию индивидуального развития организмов; эволюционную теорию (комплекс знаний об историческом развитии живой природы); палеонтологию, изучающую историю жизни по остаткам живых организмов. — науку о внутреннем строении
Изучением коллективной жизни и сообществ живых организмов занимаются: этология — наука о поведении животных, экология (в общем смысле) — наука об отношениях различных организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Среди разделов экологии рассматривают биоценологию — науку о сообществах живых организмов, популяционную биологию — отрасль знаний, изучающую структуру и свойства популяций и др.
По методам исследований обычно выделяют биохимию, изучающую входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции; биофизику — науку о физических и физико-химических явлениях в живых организмах. Планированием количественных биологических экспериментов и обработкой результатов методами математической статистики занимается биометрия, являющаяся также одним из важнейших разделов биологии.
В зависимости от того, в какой области практической деятельности человека используются биологические знания, выделяют такие дисциплины, как биотехнология — совокупность промышленных методов, позволяющих с высокой эффективностью использовать живые организмы и отдельные их части для производства пенных продуктов (антибиотиков, витаминов, гормонов и др.), для защиты растений от вредителей и болезней, для борьбы с загрязнением окружающей среды, в очистных сооружениях; агробиология— комплекс знаний о возделывании сельскохозяйственных культур; селекция — наука о методах создания сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Выделяют также животноводство, ветеринарию, медицинскую биологию, фитопатологию, биологию охраны природы.
Биологические науки теснейшим образом связаны с физикой, химией, математикой, геологией, географией и принадлежат к единому комплексу естественных наук, т. е. наук о природе. Всех их объединяет не только предмет изучения — природа, но и методы, которыми пользуются исследователи для выяснения тех или иных закономерностей. Значение биологии как науки исключительно велико, так как познание исторического развития органического мира, закономерностей в строении и функционировании живых систем разных рангов, их взаимосвязей, устойчивости и динамичности играет важнейшую роль в формировании материалистического мировоззрения, составлении научной картины мира.
Кроме того, биология способствует решению жизненно важных практических задач.
1. Связь биологии с медициной
2. Учение Л. Пастера
Исследования Л. Пастера (1822–1895 гг.), доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни в современных условиях, открытие того, что гниение и брожение вызываются микроорганизмами, произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии. В практику были введены сначала антисептика (предупреждение заражения раны посредством химических веществ), а затем асептика (предупреждение загрязнения путем стерилизации предметов, соприкасающихся с раной). Это же открытие послужило стимулом к поискам возбудителей заразных болезней, а с обнаружением их связаны разработка профилактики и рационального лечения инфекционных болезней. Открытие клетки и изучение микроскопического строения организмов позволили глубже понять причины возникновения болезненного процесса, способствовали разработке методов диагностики и лечения. То же самое следует сказать об изучении физиологических и биохимических закономерностей. Изучение И.И. Мечниковым процессов пищеварения у низших многоклеточных организмов способствовало объяснению явлений иммунитета. Его исследования по межвидовой борьбе у микроорганизмов привели к открытию антибиотиков, используемых для лечения многих болезней.
- Фармацевтическая биология — раздел фармации (или биологии), который рассматривает живую клетку организма как наименьшую единицу животного организма, а также влияние на неё природных соединений (биогенных лекарственных веществ) и синтезированных лекарственных соединений, их фармакологическое и токсикологическое воздействие.
Кроме известных используемых в медицине лекарственных растений, данный раздел фармации исследует также микроорганизмы и внеклеточные системы (например, ферменты). Основные части фармацевтической биологии:
* Химия природных соединений
* Анализ природных соединений
Связанные понятия
Биоорганическая химия — наука, которая изучает связь между строением органических веществ и их биологическими функциями. Объектами изучения являются биологически важные природные и синтетические соединения, такие как биополимеры, витамины, гормоны, антибиотики, феромоны, сигнальные вещества, биологически активные вещества растительного происхождения, а также синтетические регуляторы биологических процессов (лекарственные препараты, пестициды и др.). Как самостоятельная наука сформировалась во второй.
Бионеорганическая химия изучает комплексы биополимеров или низкомолекулярных природных веществ с ионами металлов, присутствующих в живых организмах (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+). Исследует роль этих ионов в выполнении биологических функций ферментов. Сформировалась в самостоятельную область в 50-х гг. XX века. Практическое применение связано с синтезом металлсодержащих лекарственных препаратов.
Биофармакология — раздел фармакологии, который изучает физиологические эффекты, производимые веществами биологического и биотехнологического происхождения.
Токсиколо́гия (от греч. τοξικος — яд и λογος — наука, то есть τοξικολογία — наука о ядах) — область медицины, изучающая ядовитые (токсичные) вещества, потенциальную опасность их воздействия на организмы и экосистемы, механизмы токсического действия, а также методы диагностики, профилактики и лечения развивающихся вследствие такого воздействия заболеваний.
Фармацевтическая химия (от др.-греч. φάρμακον — лекарственные средства), или химия лекарственных средств, — это наука о химических свойствах и превращениях лекарственных веществ, методах их разработки и получения, качественного и количественного анализа.
Биологические препараты — группа медицинских продуктов биологического происхождения, в том числе вакцины, препараты крови, аллергены, соматические клетки, ткани, рекомбинантные белки.
Клини́ческая фармаколо́гия изучает воздействие лекарственных средств на организм больного человека. Развитие клинической фармакологии началось с 60-х годов, когда во многих странах резко повысились требования к испытанию новых фармакологических средств. Появилась необходимость разработки принципов и методов всестороннего изучения действия фармакологических препаратов в клинических условиях.
Физиоло́гия расте́ний (от греч. φύσις — природа, греч. λόγος — учение) — это наука о функциональной активности растительных организмов.
Биологические пестициды (биопестициды) — несколько типов препаратов для биологической борьбы с вредителями, содержащихся в живых организмах и продуктах их жизнедеятельности.Термин имеет различные значения.
Экологическая токсикология (экотоксикология) — раздел токсикологии, изучающий эффекты воздействия токсичных веществ на экосистемы и их круговорот в биосфере, в особенности в пищевых цепях.
Радиационная биохимия (биохимия радиационных поражений) — одно из направлений радиобиологии, изучающее влияние излучений на входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции.
Иммунохимия — раздел иммунологии; изучает химические основы иммунитета. Основные проблемы — изучение строения и свойств иммунных белков — антител, природных и синтетических антигенов, а также выявление закономерностей взаимодействия между этими главными компонентами иммунологических реакций у разных организмов.
Биологически активные вещества (БАВ) — химические вещества, обладающие при небольших концентрациях высокой физиологической активностью по отношению к определённым группам живых организмов (в первую очередь — по отношению к человеку, а также по отношению к растениям, животным, грибам и пр.) или к отдельным группам их клеток. Физиологическая активность веществ может рассматриваться как с точки зрения возможности их медицинского применения, так и с точки зрения поддержания нормальной жизнедеятельности.
Хи́мия приро́дных соедине́ний (ХПС) — раздел органической химии, изучающий химические соединения, входящие в состав живых организмов, природные пути их превращений и методы искусственного получения. Как наука, химия природных соединений возникла одновременно с органической химией. Необходимость выделить самостоятельную дисциплину, отделить её от классической органической химии, возникла после накопления большого количества данных, выделения и изучения структуры и свойств химических веществ, обнаруженных.
Химия полимеров — раздел химии, в котором изучаются химические свойства полимеров. Делится на разделы: физическая химия полимеров, структурная и т. д.
Органи́ческий си́нтез — раздел органической химии и технологии, изучающий различные аспекты (способы, методики, идентификация, аппаратура и др.) получения органических соединений, материалов и изделий, а также сам процесс получения веществ.
Алкало́иды (от позднелат. alkali — щелочь или араб. al-qali — растительная зола и др.-греч. εἶδος — вид, облик) — группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения (чаще всего растительного), преимущественно гетероциклических, большинство из которых обладает свойствами слабого основания; к ним также причисляются некоторые биогенетически связанные с основными алкалоидами нейтральные и даже слабокислотные соединения. Аминокислоты, нуклеотиды, аминосахара и их полимеры к алкалоидам.
Клиническая химия (также известна как клиническая биохимия или медицинская биохимия) - область клинической лабораторной диагностики, использующая методы аналитической химии для исследования биологических объектов на предмет содержания определенных химических веществ с целью диагностики заболеваний или патологических состояний организма.
Вторичные метаболиты — органические вещества, синтезируемые организмом, но не участвующие в росте, развитии или репродукции.
Гистохимия, раздел гистологии, изучающий локализацию различных химических веществ и продуктов их метаболизма в тканях. Некоторые методы окрашивания позволяют выявлять в клетках те или иные химические вещества. Возможно дифференциальное окрашивание жиров, гликогена, нуклеиновых кислот, нуклеопротеинов, определенных ферментов и других химических компонентов клетки. Вклад гистохимии в изучение химического состава тканей постоянно возрастает. Подобраны красители, флуорохромы и ферменты, которые можно.
Молекуля́рная биоло́гия — комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции сложных высокомолекулярных соединений, составляющих клетку: нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот).
Иммунофармакология — дисциплина, область биологии и медицины, изучающий влияние фармакологических препаратов (лекарственных средств) на иммунную систему, иммунотропные эффекты фармакологических средств, объединяет фармакологию, иммунологию, иммунотоксикологию и общую патологию.
Исто́рия бота́ники — раздел истории науки, изучающий и рассматривающий развитие знаний человечества в области ботаники.
Молекулярная иммунология — научная дисциплина, изучающая химические, биохимические и молекулярно-биологические основы реакций иммунитета. Основана на химии белка, общей биохимии и молекулярной биологии. Её методы применяются при изучении структуры и функции белков, в молекулярной генетике. Рассматривает на молекулярном уровне строение и функции антител, химию комплемента.
Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.
Военная токсикология и радиология — область военной медицины, изучающая физические, химические свойства ядов (вредных и отравляющих веществ) и различных видов излучений, механизмы их действия на организм человека и разрабатывающая методы диагностики, лечения и профилактики отравлений и облучений.
Индо́льные алкало́иды — класс алкалоидов, содержащих в своей структуре ядро индола или его производных. Один из наиболее многочисленных классов алкалоидов (наряду с изохинолиновыми). Известно более 4100 индольных алкалоидов. Значительная часть индольных алкалоидов содержит также изопреноидные структурные элементы. Многие индольные алкалоиды обладают физиологической активностью, некоторые из них находят применение в медицине. Биогенетическим предшественником индольных алкалоидов является аминокислота.
Сельскохозяйственная радиобиология - одно из направлений радиобиологии в виде радиационно-биологической технологии (РБТ) в животноводстве, ветеринарии и других отраслях сельского хозяйства : стимуляции хозяйственно полезных качеств у сельскохозяйственных животных и птиц под действием малых доз внешнего облучения, стерилизации ветеринарных биологических и лекарственных препаратов , биологических тканей, полимерных изделий, шовных и перевязочных материалов, консервирования пищевых продуктов и обеззараживания.
Биологически активные добавки (БАД) к пище — биологически активные вещества и их композиции, предназначенные для непосредственного приёма с пищей или введения в состав пищевых продуктов. Они используются как дополнительный источник пищевых и биологически активных веществ, для оптимизации различных видов обмена веществ, нормализации и/или улучшения функционального состояния органов и систем, снижения риска заболеваний, нормализации микрофлоры желудочно-кишечного тракта и в качестве энтеросорбентов.
Токсикометрия — теоретический раздел токсикологии, который ведёт изыскания в области создания и усовершенствования методов количественной оценки токсичности различных химических веществ и соединений. Его практический раздел (практическая токсикометрия) представляет собой повседневную работу токсикологов по определению токсичности различных лабораторных образцов.
Лигногуматы — полусинтетические вещества на основе солей гуминовых и фульвовых кислот, полученных в результате окислительно-гидролитической деструкции лигносодержащего сырья. В низких концентрациях обладает полифункциональными действиями, схожими по эффекту с природными фитогормонами. Лигногуматы находят применение в растениеводстве, в качестве биологически активных кормовых добавок в животноводстве, в ремедиации почв, а также в биотехнологиях при производстве меристемных культур.
Нанобиотехнология (англ. nanobiotechnology) — область науки на стыке биологии и нанотехнологии, которая охватывает широкий круг технологических подходов, включая: применение нанотехнологических устройств и наноматериалов в биотехнологии; использование биологических молекул для нанотехнологических целей; создание биотехнологических продуктов, свойства которых определяются размерными характеристиками (для объектов, размер которых лежит в дипазоне 1–100 нм); использование биотехнологических подходов.
Медицинское применение грибов — традиционная форма лекарственной терапии, часть народной медицины. В настоящее время — одно из направлений фармакотерапии.
Гуми́новые вещества́ — системы органических молекул высокой молекулярной массы, образующихся, трансформирующихся и разлагающихся на промежуточных стадиях процесса минерализации органического вещества отмирающих организмов.
Противоопухолевые антибиотики — фармакологическая группа, объединяющая противоопухолевые препараты-антибиотики с противоопухолевым действием. АТХ группа — L01DВ настоящее время из противоопухолевых антибиотиков наибольшее практическое применение имеют антрациклины (антрахиноновые соединения), блеомицин, относящийся к флеомицинам, дактиномицин, являющийся актиномицином, и митомицин — своеобразный антибиотик с алкилирующим механизмом действия.
Структурная биология — раздел молекулярной биологии, биохимии и биофизики, занимающийся изучением структуры биологических макромолекул, в частности белков и нуклеиновых кислот.
Контаминанты обладают высокой подвижностью и скоростью миграции и, тем самым довольно легко проникают в организм человека.
Формирование роли биологии как теоретической основы медицины в современном понимании. Роль создания клеточной теории в связи биологии и медицины. Развитие терапии и хирургии на основе анатомии, физиологии и биохимии. Развитие методов генной инженерии.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.11.2016 |
| Размер файла | 26,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Владимирский государственный университет
Кафедра Биологии и экологии
Выполнила: Студентка гр. Бмб-216 Молоткова Е.Б.
Проверила: Доцент Кулагина Е. Ю.
Важность изучения биологии для медика определяется тем, что биология -- это теоретическая основа медицины. Успехи медицины связаны с биологическими исследованиями, поэтому врач постоянно должен быть осведомлен о новейших достижениях биологии. Следует помнить, что ни сам патологический процесс, ни пути распространения болезней не могут быть поняты без знания природы человека. Возбудителями многих болезней человека являются живые организмы, поэтому для понимания патогенеза (возникновения и развития болезни) и закономерностей эпидемиологического процесса (т. е. распространения заразных болезней) необходимо знание биологии болезнетворных организмов.
Биология как теоретическая основа медицины
На основе анатомии, физиологии, биохимии и других медикобиологических наук развиваются терапия и хирургия. На основе микробиологии, иммунологии и паразитологии разрабатываются диагностика и профилактика инфекционных и паразитарных болезней, развивается эпидемиология. Учение об антибиозе лежит в основе производства антибиотиков, являющихся важнейшей частью современного арсенала химиотерапевтических средств. Данные общей и молекулярной генетики, анатомии, физиологии и биохимии составляют теоретические основы диагностики, лечения и профилактики наследственных болезней.
Биология всегда была тесно связана с медициной. Все важные биологические теории являлись не только крупными шагами в постижении фундаментальных законов живой природы, но также оказывали влияние на состояние медицины, на принципы ее организации, методов диагностики и лечения. Биология - это теоретическая основа медицины. "Медицина, взятая в плане теории, - это прежде всего общая биология", - писал один из крупнейших теоретиков медицины И.В. Давыдовский. Успехи медицины связаны с биологическими исследованиями, поэтому врач постоянно должен быть осведомлен о новейших достижениях биологии. Достаточно привести несколько примеров из истории науки, чтобы убедиться в тесной связи успехов медицины с открытиями, сделанными, в чисто теоретических областях биологии.
Исследования Л. Пастера (1822-1895 гг.), доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни в современных условиях, открытие того, что гниение и брожение вызываются микроорганизмами, произвели переворот в медицине и обеспечили развитие хирургии.
В практику были введены сначала антисептика (предупреждение заражения раны посредством химических веществ), а затем асептика (предупреждение загрязнения путем стерилизации предметов, соприкасающихся с раной). Это же открытие послужило стимулом к поискам возбудителей заразных болезней, а с обнаружением их связаны разработка профилактики и рационального лечения инфекционных болезней.
Открытие клетки и изучение микроскопического строения организмов позволили глубже понять причины возникновения болезненного процесса, способствовали разработке методов диагностики и лечения.
То же самое следует сказать об изучении физиологических и биохимических закономерностей. Изучение И.И. Мечниковым процессов пищеварения у низших многоклеточных организмов способствовало объяснению явлений иммунитета. Его исследования по межвидовой борьбе у микроорганизмов привели к открытию антибиотиков, используемых для лечения многих болезней.
Следует помнить, что человек выделился из животного мира. Структура и функции человеческого организма, в том числе защитные механизмы, - результат длительных эволюционных преобразований предшествующих форм. В основе патологических процессов также лежат общебиологические закономерности. Необходимой предпосылкой для понимания сущности патологического процесса является знание биологии.
Филогенетический принцип, учитывающий эволюцию органического мира, может подсказать правильный подход к созданию живых моделей для изучения заразных и незаразных болезней и для испытания новых лекарственных препаратов. Этот же метод помогает найти правильное решение при выборе тканей для заместительной трансплантации, понять происхождение аномалий и уродств, найти наиболее рациональные пути реконструкции органа и т. д.
Большое число болезней имеет наследственную природу. Профилактика и лечение их требуют знания генетики. Ненаследственные болезни протекают неодинаково, а их лечение проводится в зависимости от генетической конституции человека, чего не может не учитывать врач.
Многие врожденные аномалии возникают вследствие воздействия неблагоприятных условий среды. Предупредить их - задача врача, вооруженного знаниями биологии развития организмов. Здоровье людей в большой мере зависит от среды, в частности от той, которую создает человечество.
Знание биологических закономерностей необходимо для научно обоснованного отношения к природе, охране и использованию ее ресурсов, в том числе с целью лечения и профилактики заболеваний. Как уже говорилось, причиной многих болезней человека являются живые организмы, поэтому для понимания патогенеза (механизма возникновения и развития болезни) и закономерностей эпидемического процесса (т. е. распространения заразных болезней) необходимо изучение болезнетворных организмов.
Например, в 1858 году Р.Вирхов, руководствуясь только появившейся клеточной теорией, создал концепцию клеточной патологии. Эта концепция на долгое время определила главные пути развития медицины. Она считала особо важными структурно-химические изменения на клеточном уровне. Благодаря ей была организована патолого-анатомическая и прозекторская служба.
Другой пример. В 1908 году А. Гаррод заложил основы молекулярной патологии, осветив с точки зрения молекулярной биологии такие важные для практической медицины явления, как различная восприимчивость людей к болезням, а также индивидуальный характер реакции на вводимые лекарства.
В 1920-1930-х годы успехи в чисто научной области биологии, общей и экспериментальной генетике, подтолкнули вперед исследования по генетике человека. И снова возник новый раздел патологии - патология наследственных заболеваний. Как результат, появилась особая служба практического здравоохранения -медико-генетические консультации.
С помощью современной клеточной биологии медицина получила ранее не известные возможности предупреждения и лечения болезней, определяемых вредными мутациями, с применением методов генетической инженерии. Достижения в названной области науки привели к появлению целой отрасли производства, медицинской биотехнологии, работающей на здравоохранение.
А уж о том, что состояние здоровья людей напрямую зависит от качества среды и образа жизни можно даже не говорить. У практикующих врачей и у организаторов здравоохранения по этому поводу нет ни разногласий, ни сомнений. И, как следствие, мы наблюдаем в настоящее время экологизацию медицины.
В нынешнем XXI веке биология заняла в жизни человечества очень важное место. Важнейшие результаты получены в области изучения наследственности, фотосинтеза, фиксации растениями атмосферного азота, синтеза гормонов и других регуляторов жизненных процессов. Биология уже в ближайшем будущем сможет решить всемирную продовольственную проблему, а медицину и сельское хозяйство она обеспечит необходимыми биологически активными веществами. Исследования, ведущиеся в области биологии клетки и генной инженерии позволят лечить наследственные болезни, замещая у больных людей дефектные гены. В обозримом будущем медицина получит методы стимуляции восстановительных процессов и контроль за клеточным размножением. Это позволит эффективно бороться с ростом злокачественных опухолей и спасет множества больных раком.
Биология относится к ведущим отраслям естествознания. Высокий уровень ее развития служит необходимым условием прогресса медицины.
Значение биологической науки очень велико. Ведь познание исторического развития органического мира на всех уровнях, от молекулярного до биогеоценотического, формирует материалистическое мировоззрение. Но биология помогает решению практических задач, жизненно важных для всех областей человеческой деятельности. Например, одна из глобальных проблем современности - производство продовольствия. Ведь население планеты растет быстрыми темпами, а площадь территорий, отведенных под производство сельскохозяйственной продукции, постоянно уменьшается. Эта проблема успешно решается растениеводством и животноводством, которые базируются на достижениях генетики и селекции. Опираясь на знание законов наследственности и изменчивости эти пограничные с биологией отрасли знаний уже сейчас позволяют создавать чрезвычайно высокопродуктивные сорта культурных растений и пород домашних животных. Таким образом, сельскохозяйственное производство становится интенсивным и удовлетворяет потребности населения планеты в пищевых ресурсах. биология медицина клеточный генный
Биологические знания помогают сельскому хозяйству и в борьбе с вредителями и болезнями, поражающими культурные растения, а также с паразитами животных. Биология позволяет усовершенствовать лесное и рыбное хозяйство и звероводство.
Благодаря достижениям современной биологической науки в промышленности начался биологический синтез аминокислот, кормовых белков, витаминов, ферментов, биостимуляторов, которые ускоряют рост растений и животных, а также средств защиты растений. Биологическая промышленность занята также производством органических кислот и других веществ.
С помощью методов генной инженерии биологи создали живые организмы с новыми комбинациями наследственных признаков и с новыми, неизвестными раннее, свойствами. Например, выведены растения, чрезвычайно устойчивые к заболеваниям, растения, которые могут расти на засоленых почвах, растения со способностью фиксировать атмосферный азот. На основе генной инженерии развивается биотехнология, занятая производством биологически активных веществ, таких как инсулин, антибиотики, интерферон. На основе последнего созданы новые вакцины для профилактики инфекционных заболеваний человека и животных.
Успехи и открытия биологической науки определили высокий современный уровень медицины. В частности, методы ранней диагностики, лечения и профилактики многих наследственных болезней человека базируются на фундаментальных генетических исследованиях. Именно с генетическими исследованиями во многом связаны надежды на дальнейший прогресс медицины. Только биологические исследования позволят решить такие важные проблемы современности, как рациональное использование природных ресурсов, а также повышение продуктивности сельского хозяйства. Биологические исследования помогут обнаружить и устранить отрицательные последствия влияния человека на окружающую среду, например, ее загрязнение отходами производства. Биоэкологические исследования помогут рационально использовать резервы биосферы. Помимо этого, задача экологической биологии состоит и в том, чтобы сохранить биосферу и обеспечить способность природы к самовоспроизведению.
1. Энциклопедический словарь юного биолога. М.: Педагогика, 2002.
2. Биология для поступающих в ВУЗЫ / Под ред. В.Н. Ярыгина. М.: Высшая школа, 2007.
3. Биология: В 2-х т / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2007.
4. Популярная медицинская энциклопедия. Гл. ред. В. И. Покровский - М.: "Советская энциклопедия", 2009.
Биотехнология — одна из важнейших современных научных дисциплин, необходимых фармацевту, работающему как в лабораториях и цехах предприятий, выпускающих лекарственные средства, так и в аптеках и контрольных учреждениях. В каждом случае помимо знания общих основ этой науки (и сферы производства) обязательно также глубокое знакомство с теми ее разделами, которые будут наиболее близки профилю работы специалиста. Знакомство с биотехнологией необходимо всем выпускникам медицинских вузов независимо от их специализации: биотехнологические методы все более интенсивно проникают в практику диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний, современные же концепции биотехнологии способствуют формированию мировоззрения человека, адекватного стремительному течению научно-технического прогресса в современном мире.
В общем смысле технология, как правило, связана с производством, целью которого является удовлетворение потребностей человеческого общества. Иногда высказывается мнение, что биотехнология — это осуществление природного процесса в искусственных, созданных человеком условиях. Однако в последнее десятилетие на основе биотехнологических методов в биореакторах (техногенных нишах) воспроизводятся не только природные, но и не протекающие в природе процессы с использованием ферментов (биокатализаторов — бесклеточных ферментных комплексов), одноклеточных и многоклеточных организмов.
Из этого и предыдущих определений следует, что биотехнология — и наука, и сфера производства. Она включает разделы энзимологии, промышленной микробиологии, прикладной биохимии, медицинской микробиологии и биохимии, а также разделы, связанные с конструированием заводского оборудования и созданием специализированных поточных линий.
2. Этапы развития биотехнологии
В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:
Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологи уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.
1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен — приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.
2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 — 1895).
Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.
Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина - как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины.
3) Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на практическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Л.Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты, что отражается как на производственном процессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.
В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус.
В настоящее время интенсивно растет количество таких успешно применяемых в медицине биотехнологических продуктов, как рекомбинантные белки, вторичные метаболиты микроорганизмов и растений, а также полусинтетических лекарственных агентов, являющихся продуктами одновременно био- и оргсинтеза.
В последние годы родилась новая отрасль генетики - геномика, изучающая не отдельные гены, а целые геномы. Достижения молекулярной биологии и генной инженерии дали человеку возможность читать генетические тексты вначале вирусов, бактерий, дрожжевых грибков, многоклеточных животных. Например, знание геномной структуры патогенных бактерий очень важно при создании рационально сконструированных вакцин, для диагностики и других медицинских целей.
Апрель 2003 года ознаменовался сенсацией в биологии и медицине: Международный консорциум по составлению генетической карты человека (Центр геномного секвенирования: Вашингтонский университет и Сенгеровский центр в Кембридже) опубликовал заявление, что удалось полностью расшифровать геном человека. Титанический труд сотен исследователей из США, Великобритании, Германии, Франции, Японии и Китая занял более 10 лет и обошелся почти в 3 млрд долларов. При этом были разработаны высокоэффективные технологии и инструменты картирования, такие как коллекции клеток, в которых есть небольшие фрагменты каждой из хромосом или искусственные дрожжевые хромосомы, содержащие крупные фрагменты хромосом человека, бактериальные и фаговые векторы, позволяющие размножить (клонировать) фрагменты ДНК человека. Быстро прогрессировала техника секвенирования (например, многоканальный капиллярный электрофорез ускорил и удешевил расшифровку первичной структуры ДНК). Созданы компьютерные программы, позволяющие находить гены в расшифрованных участках ДНК.
3. История развития биотехнологии (даты, события).
1917 - введен термин биотехнология;
- произведен в промышленном масштабе пенициллин;
- показано, что генетический материал представляет собой ДНК;
1953 - установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;
1961-1966 - расшифрован генетический код, оказавшийся универсальным для всех организмов;
1953 - 1976 - расшифрована структура ДНК, ее функции в сохранении и передаче организмом наследственной информации, способность ДНК организовываться в гены;
1963 - осуществлён синтез биополимеров по установленной структуре;
1970 - выделена первая рестрикционная эндонуклеаза;
- осуществлён синтез ДНК;
1972 - синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;
1975 - получены моноклональные антитела;
1976 - разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК;
- синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;
- разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;
1983 - гибридные Ti - плазмиды применены для трансформации растений;
1994 - 1995 - опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека;
1996 - ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд долларов;
1997 - клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;
4. Новые технологии в биоформацевтике
Сегодня человечество совершенно справедливо полагает, что биотехнологические науки занимают приоритет в области современных высоких технологий. Сиквенирование геномов и валидация новых мишеней для действия лекарственных соединений является одним из перспективных направлений современной фармакологии. Учитывая, что появились новые принципиальные возможности для сиквенирования, встает вопрос о генетической паспортизации населения, когда каждому будет выдан его генетический паспорт, и человек будет решать проблемы своего здоровья. Важнейшим достижением прошлого века являются стволовые клетки, что стало возможным благодаря развитию всей эмбриологии и цитологии. Это позволило подойти к разработке путей создания искусственных органов, получать новые вещества, специфически влияющие на органы-мишени.
На современном этапе развития биотехнологии большое внимание уделяется разработке подходов к созданию новых процессов в медицинской биотехнологии. Это различные методы модификации микроорганизмов, растений и животных, в т.ч. культивирование растительных клеток как источника получения новых веществ; конструирование молекул, нанотехнологии, компьютерное моделирование, биокаталитическая трансформация веществ и т.д.
Так, например, существуют многочисленные разработки лекарственных препаратов, созданных на основе морских организмов. Использование морских природных соединений в качестве основы лекарств - весьма перспективный путь создания новых фармацевтических препаратов, особенно методами биотехнологии. Коллекция морских микроорганизмов ТИБОХ, из которых можно продуцировать биологически-активные соединения, содержит 800 штаммов бактерий, актиномицетов и грибов. Эти штаммы можно культивировать, что важно для решения проблемы сохранения биологического равновесия.
Таким образом, в получении лекарственных препаратов, производимых биотехнологическим способом, можно выделить как бы два пула — новые соединения, получаемые с помощью биотехнологических процессов, комбинаторной химии, и новые мишени, которые идентифицируются в процессе изучения геномов. Это дает возможность отбирать молекулы, обладающие новыми биологическими и физиологическими свойствами, которые и будут выполнять роль лекарств.
Прежде всего, обратимся к медицинской ветви биотехнологии. Рассматривая различные классы соединений, используемые в клинической практике, и получаемые методами биотехнологии, в первую очередь, необходимо назвать антибиотики - самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками. К этому же классу относятся противогрибковые агенты, противоопухолевые лекарства и алкалоиды. Производство антибиотиков исчисляется тысячами тонн. Пенициллины, как известно, были выделены при выращивании грибов рода Penicillium. В 1945 г. из пробы морской воды была выделена плесень Cephalosporium acremonium, синтезирующую несколько антибиотиков; один из них, цефалоспорин С, оказался особенно эффективен против устойчивых к пенициллину грамположительных бактерий.
Из нескольких тысяч открытых антибиотиков львиная доля принадлежит актиномицетам. Среди актиномицетов наибольший вклад вносит род Streptomyces, один только вид Streptomyces griseus синтезирует более пятидесяти антибиотиков. Начиная с середины 1960-х гг. в связи с возросшей сложностью выделения эффективных антибиотиков и распространением устойчивости к наиболее широко применяемым соединениям у большого числа патогенных бактерий исследователи перешли от поиска новых антибиотиков к модификации структуры уже имеющихся. Они стремились повысить эффективность антибиотиков, найти защиту от инактивации ферментами устойчивых бактерий и улучшить фармакологические свойства препаратов. Антибиотики вырабатываются в результате совместного действия продуктов 10—30 генов, поэтому практически невозможно обнаружить отдельные спонтанные мутации, которые могли бы повысить выход антибиотика с нескольких миллиграммов на литр в штамме дикого типа до 20 г/л и более. Такие высокопродуктивные штаммы Penicillium chrysogenum или Streptomyces auerofaclens (продуценты пенициллина или тетрациклина) были получены в результате последовательных циклов мутагенеза и селекции. Определенные мутанты, так называемые идиотрофы, способны синтезировать только половину молекулы антибиотика, а среда должна быть обогащена другой ее половиной. Такая форма мутационного биосинтеза привела к открытию новых производных антибиотиков.
Число противоопухолевых веществ микробного происхождения довольно ограниченно. Блеомицин, выделенный из культур Streptomyces verticilliis, представляет собой гликопептид, который действует, разрывая ДНК опухолевых клеток и нарушая репликацию ДНК и РНК. Другая группа противоопухолевых агентов создана на основе комбинации аминогликозидной единицы и молекулы антрациклина. Недостатком обоих соединений является их потенциальная опасность для сердца.
Антибиотики используются грибами и актиномицетами в конкурентной борьбе в естественной среде обитания. Человек применил эти соединения для терапии инфекционных и онкологических заболеваний. Это явилось своеобразным толчком эволюционных преобразований в микробной среде, стали возникать устойчивые штаммы бактерий. В связи с этим вновь возникла проблема создания нового поколения более эффективных антибиотиков. В настоящее время протокол лечения инфекционной и хирургической патологии обязательно включает антибиотики. Но, имея неоспоримые преимущества, антибиотики оказывают на организм человека и негативное влияние: нарушается микрофлора желудочно-кишечного тракта, возможны осложнения в функционировании почек и печени, подавляется работа иммунной системы. Поэтому современные схемы лечения являются комплексными и направлены на поддержание адаптационных возможностей человека.
Другим важным классом лекарственных соединений являются генно инженерные ферменты, соответствующие ферментам человека. По сравнению с ферментами, которые получают из природного сырья, они обладают рядом преимуществ: низкой антигенностью, высокой специфичностью фармакологического действия, отсутствием контаминирующих инфекционных агентов. Генно-инженерные технологии позволяют легко увеличивать промышленное производство ферментов. Ферменты находят все более широкое применение как биокатализаторы в фармацевтическом производстве.
Направленная модификация с помощью методов генной инженерии открывает возможности трансформации структуры ферментов таким образом, что они приобретают качественно новые свойства. Так, особый интерес в мире сейчас представляет возможность перехода от пенициллинов к цефалоспоринам с помощью генно-инженерного фермента экспандазы, благодаря чему унифицируется биотехнологическая часть получения антибиотиков. Далее с помощью других биокаталитических процессов и совмещения их с химическими можно производить класс новых антибиотиков для борьбы с инфекциями.
Биокаталитические подходы открывают большое поле для различных вариантов построения новых фармацевтических процессов. В частности, использование генно-инженерных ферментов позволяет получить оптически активные изомеры соединений, которые составляют более 70% всех лекарств. При этом период окупаемости биокаталитических процессов значительно короче по сравнению с химическим синтезом, а по энергозатратам и капиталовложениям они тоже имеют большие перспективы. Техноинженерные ферменты широко используются для создания диагностических тест-систем в биохимическом, иммуноферментном и ДНК-анализах.
Биотехнология - это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления процессов различного назначения. В целом, биотехнология представляет собой систему приемов, позволяющих получать промышленным способом ценные продукты за счет использования процессов жизнедеятельности живых организмов.
В фармацевтической промышленности биотехнологии применяются для производства антибиотиков, иммунобиологических препаратов, генно-инженерных лечебно-профилактических препаратов, для производства энзимов, биологически активных веществ и других медицинских препаратов. Важным направлением биотехнологий в медицине является использование биотехнологий для реконструкции тканей и органов человека с использованием стволовых клеток.
Одним из перспективных направлений является использование нанотехнологий в медицинских целях, создание новых носителей и средств целевой доставки лекарственных препаратов.
Новые биологические технологии используются в диагностике и лечении сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических и эндокринных заболеваниях.
Ежегодный прирост мирового рынка биотехнологической продукции составляет 7-10%. Уже сегодня использование биотехнологических разработок позволяет решать многие проблемы диагностики и лечения особо опасных заболеваний, недостаточного или несбалансированного питания, повышения качества питьевой воды, обеззараживания опасных для человека и окружающей среды отходов.
Характерен рост числа специализированных периодических изданий по биотехнологии, выпускаемых в разных странах, международных и региональных биотехнологических конгрессов и конференций.
3. Албертс Б., Брэй Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994 г., 444 с.
4. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. В 2-х томах. М.: Мир, 1989 г.
5. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова.- М.: Высшая школа, 1987.
6. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. М.: Элевар, 2000 г., 512 с.
7. Манаков М.Н., Победимский Д.Г. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990 г., 272 с.
8. Матвеев В.Е. Научные основы микробиологической технологии. М.: Агропромиздат, 1985 г., 224 с.
9. Основы фармацевтической биотехнологии: Учебное пособие / Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева. – Ростов-на-Дону.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006.
Читайте также: