§ 54. Біологія і медицина

Що таке методи досліджень?

Які ви знаєте методи цитологічних, генетичних досліджень?

Медицина є одним із найважливіших напрямів діяльності людини. Її розвиток почався в давні часи, коли способи лікування хвороб були переважно інтуїтивними й ґрунтувалися на використанні лікарських рослин (іл. 215).

Іл. 215. Розвиток медицини в давні епохи

Поступово медицина сформувалася як наука - із власними методами та законами. Сучасна медицина є одним із чинників, що зумовлює подовження тривалості й поліпшення якості життя людини. Так, у XVIII ст. середня тривалість життя європейця становила близько 40 років, у другій половині ХХ ст. вона збільшилася до 66-76 років. Нині прогнозована тривалість життя в розвинених країнах - понад 80 років.

Розвиток медицини тісно пов’язаний з успіхами біологічної науки. Активна взаємодія між біологією та медициною почалася наприкінці ХІХ - на початку ХХ ст. Зібрані дані про будову (анатомія) і функціонування (фізіологія) організму дають змогу усвідомити закономірності життєдіяльності людини в нормі. Адже без розуміння цього неможливо виявляти причини та механізми формування хвороб.

Розвиток мікроскопічної техніки дав змогу вивчити будову організму людини на тканинному та клітинному рівнях, установити закономірності ембріонального розвитку людини тощо. Відкриття бактерій та дещо пізніше вірусів допомогли зрозуміти причини розвитку інфекційних захворювань, а відтак і започаткували науково обґрунтований пошук шляхів боротьби з ними. Поява генетики уможливила пояснення причин спадкових захворювань. Розвиток біохімії сприяв установленню основних шляхів перетворень речовин в організмі людини. Відкриття вітамінів відкрило шлях для лікування хвороб, пов’язаних з їхнім дефіцитом.

Одним з найважливіших для медицини біологічних відкриттів стало винайдення антибіотиків: було зменшено рівень смертності, спричиненої інфікуванням хвороботворними бактеріями. Успіхи сучасної молекулярної біології дають інформацію стосовно зв’язків генів та ознак організмів. Розшифрування на початку ХХІ ст. геному людини вказало шлях до детального вивчення ролі конкретних генів у нормальному функціонуванні організму та розвитку патологій. Використання в дослідженнях лабораторних тварин з моделями хвороб людини дає змогу глибше аналізувати молекулярні механізми їх розвитку, а також випробовувати перспективні способи лікування, що є необхідним етапом розроблення новітніх лікарських засобів (іл. 216). Біотехнологічні методи дають змогу виробляти потрібні для медицини сполуки - антибіотики, вітаміни, антитіла. Наприклад, мікробіологічний синтез забезпечує більшу частину потреби людства в інсуліні (оцінюється в 16 000 кг на рік). Значну частину інсуліну, що входить до складу медичних препаратів, синтезують за допомогою генетично модифікованих кишкової палички або дріжджів.

Іл. 216. Миша - один з основних об’єктів біомедичних досліджень

Використання біологічних методів під час діагностики захворювань. Біологія надала медицині широкий діагностичний арсенал. Деякі методи аналізу є давніми, класичними, проте дуже важливими. Так, біохімічний аналіз (наприклад, крові) дає змогу визначити наявність в організмі певних хімічних речовин, що можуть бути індикаторами патологій. Наприклад, наявність цукру в сечі сигналізує про дисфункцію нирок, підвищена концентрація глюкози в крові - про цукровий діабет, знижена кількість гемоглобіну - про анемію тощо. Гістологічний аналіз дає змогу виявити порушення в будові тканин організму внаслідок уроджених вад або ідентифікувати ракові пухлини (іл. 217).

Іл. 217. Сучасна медична лабораторія

Підготуйте повідомлення щодо використання методу культури клітин (тканин) в сучасних біологічних дослідженнях.

За допомогою цитологічних методів можна виявляти спадкові захворювання, пов’язані, наприклад, зі зміною кількості хромосом (синдром Дауна). Мікробіологічні методи дають можливість виділити з організму та ідентифікувати збудників деяких інфекційних хвороб. Розвиток молекулярної біології збагатив медицину низкою найсучасніших методик. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) забезпечує копіювання молекул ДНК лабораторного зразка, щоб можна було аналізувати їх іншими методами. За допомогою ПЛР можна точно (ідентифікуючи специфічні гени) визначити наявність вірусів або інших збудників під час прихованого періоду розвитку захворювання, тобто ще до появи симптомів (іл. 218). Секвенування молекул ДНК - це визначення їхньої нуклеотидної послідовності, що уможливлює виявлення певних мутацій. Імуноферментний аналіз дає змогу за допомогою реакції антиген-антитіло точно визначати наявність і кількість певних макромолекул, якими можуть бути, наприклад, білки збудників хвороб. Ці та інші методи суттєво підвищують точність діагностики.

Іл. 218. Прилад для проведення ПЛР

Підготуйте повідомлення щодо використання методу ПЛР в молекулярній біології, генетиці та медицині.

Цікаво, що відкриття, яке лежить в основі важливих для медицини методів, може відбутися в галузі біології, абсолютно не пов’язаній з людиною. Наприклад, розроблення ПЛР було б неможливим без відкриття ДНК-полімерази, що ефективно діє за підвищеної температури, коли звичайні білки денатурують (75 °C). Її виділено з бактерій, що існують у гарячих джерелах (іл. 219). Описаний раніше високоточний метод редагування ДНК заснований на роботі комплексу ферментів CRISPR-Cas9, також виявленого в прокаріотичних організмах. Це свідчить про значущість фундаментальних досліджень - адже не завжди можна передбачити практичне застосування того чи іншого відкриття.

Іл. 219. Неочікувані зв’язки в науці

Перспективи розвитку медицини. Попри суттєві успіхи в галузі медицини ми досі не уявляємо механізмів розвитку багатьох хвороб, отже, методик їх ефективного лікування. Одним із сучасних напрямів розвитку є створення персоналізованої медицини, яка добирає схему лікування з урахуванням індивідуальних генетичних та інших особливостей пацієнта або пацієнтки. У недалекому майбутньому кожна людина, звертаючись до лікаря або лікарки, матиме не лише історію хвороби, а й повну генетичну розкладку. Завдяки цьому вони задовго до появи перших симптомів знатимуть, до яких захворювань схильний пацієнт або пацієнтка. Сьогодні рак або інші серйозні захворювання іноді стають несподіванкою. Однак якщо людина буде поінформована щодо можливих загроз її здоров’ю, то уникнення хвороби стане справою особистої відповідальності. Батьки, будучи обізнаними з генетичною «історією» своїх дітей, матимуть змогу зберегти їхнє здоров’я.

Медики розробляють і випробовують методи генної терапії з метою лікування спадкових хвороб, подолання раку та ін. У 2013 р. вперше зі стовбурових клітин було вирощено цілі органи (нирку та печінку). Поки що це здійснили на лабораторних тваринах, але науковці і науковиці сподіваються, що в такий спосіб можна буде одержати необхідні для пересадки органи людини. Одним із глобальних напрямів біології та медицини є дослідження нервової системи для розуміння причин неврологічних розладів, їх профілактики, корекції та лікування.

Біомедичні дослідження є важливим складником сучасної науки. Можливо, наступні відкриття в цій царині чекають саме на вас!

Повторіть, поміркуйте

1. Що таке медицина? 2. Як дослідження в біологічній науці сприяють розвитку медицини? 3. Які методи біологічної науки використовують під час діагностики захворювань? Наведіть приклади. 4. Обґрунтуйте власний погляд щодо перспектив розвитку медицини.

Зміст