Moderne vitenskapelige trender er en stor og bred satsing, der tusenvis av laboratorier rundt om i verden studerer sitt eget høyspesialiserte felt fra en mye større helhet. Det er et logisk skjæringspunkt mellom vitenskapelig arv og århundrer med teknologiske fremskritt for å fremme forståelsen av verden rundt oss.
Spesiell oppmerksomhet må rettes mot stadig mer spesifikke disipliner, fra retinal nevrale databehandling til romplasmafysikk. Hvilke vitenskapelige områder finnes og hvilke er de mest relevante?
Biomedisinsk ingeniørvitenskap og biofysikk
Det kan virke rart, men noen problemer innen medisin kan bare løses ved hjelp av teknologi. Biomedisinsk ingeniørfag er en voksende disiplin som spenner over områder så forskjellige som proteinteknikk, målesystemer og høyoppløselig optisk avbildning av atomer og hele organismer. Dette ønsket omintegrering av fysisk kunnskap med biovitenskap – fremskritt innen menneskers helse.
Nåværende forskningsområder
Inkluderer forskningsområder som:
- Biofotonikk - utvikling av metoder for visualisering av celler og vev med fluorescens. Optiske metoder brukes for å studere biologiske molekyler.
- Kardiovaskulær bildediagnostikk - utvikle metoder for å oppdage og kvantifisere hjerte- og karsykdommer.
- Komplekse biologiske systemer - utvikling av nye verktøy og matematiske modeller for å forstå komplekse biologiske systemer.
- Makromolekylær montering. Studiet av makromolekyler, inkludert sammenstilling av flerkomponentkomplekser og molekylære maskiner.
- Immunokjemisk diagnostikk - etablering av nye teknologier for identifisering av sykdommer, for eksempel "laboratoriestudier".
- Non-Invasive Optical Imaging - Utvikling av sanntidsdiagnostiske metoder for å vurdere og overvåke vev og organer.
Nylige fremskritt inkluderer utviklingen av flere høyoppløselige optiske bildeverktøy utviklet for å utforske de mikroskopiske og makroskopiske verdenene til celler og organismer.
Cellebiologi
Et annet viktig og stadig utviklende vitenskapelig område er cellebiologi. Alle levende vesener er laget av strukturelle og funksjonelle enheter. Altså mobilnettetMangel spiller en kritisk rolle i mange sykdommer, fra kreft forårsaket av unormal cellevekst til nevrodegenerative lidelser som skyldes død av nervevev. Det er seks nøkkelområder som spenner over flere biologiske systemer:
- apoptose. I enhver sunn organisme dør celler gjennom en nøye regulert prosess med programmert celledød kjent som apoptose. Det er felles for mange biologiske systemer som er grunnleggende for nevrovitenskap, immunologi, aldring og utvikling, og patologier som kreft, autoimmune og degenerative sykdommer.
- The Cell Cycle - Fungerende ministrukturer fortsetter å vokse og dele seg på en nøye kontrollert måte gjennom livet. De molekylære og cellulære hendelsene som regulerer denne syklusen er kritiske for mange sykdommer der normal vekstregulering blir forstyrret.
- Glykobiologi. Glykaner er en biologisk viktig klasse av karbohydrater. Glykanbindende proteiner (lektiner) binder seg til spesifikke strukturelle glykaner og spiller en kritisk rolle i cellegjenkjenning, motilitet og retur til spesifikt vev, signalering, differensiering, celleadhesjon, mikrobiell patogenese og immunologisk gjenkjennelse.
- Mitokondrier. Kjent som "krafthuset"-byggesteinene, gir mitokondrier energien cellene må bruke for å overleve, og unngår sykdom fra diabetes til Parkinsons.
- Mobilitet - En mikroskopisk nervecelle som har sitt utspring i hjernen og utvider prosessene til bunnen av ryggmargen, må flytte molekyler over store avstander sammenlignet med størrelsen. Forskere bruker en rekke metoder og tilnærminger for å studere hvordan celler og deres indre molekyler og organeller beveger seg.
- Transport av proteiner. Proteiner lages i kjernen, og deretter må de være riktig plassert for å kunne oppfylle sine cellulære roller. Proteintransport er derfor sentral i alle cellulære systemer, og dens funksjonssvikt er assosiert med sykdommer som spenner fra cystisk fibrose til Alzheimers sykdom.
Det cellulære livsgrunnlaget
Det cellulære livsgrunnlaget kan virke åpenbart i den moderne biologiens tidsalder, men frem til utviklingen av de første mikroskopene på begynnelsen av det nittende århundre, kunne dette bare være et spørsmål om spekulasjoner. Størrelsen på en typisk menneskelig celle er omtrent fem ganger mindre enn noe vi kan se med det blotte øye. Derfor går fremskritt i vår forståelse av den indre funksjonen til strukturelle enheter, inkludert cellulær patofysiologi, hånd i hånd med fremskritt innen teknologiene i dette vitenskapelige feltet, tilgjengelig for avbildning og studier av dem.
Biology of chromosomes
Med dagens spenning rundt feltet av genomikk, er det lett å glemme at gener bare er korte strekninger av DNA og en del av mye større strukturer k alt kromosomer. De sistnevnte består av kromatin-intrikate tråder av DNA pakket rundt proteiner k alt histoner, oger nå kjent for å spille en like viktig rolle i å bestemme hvordan organismer utvikler seg, fungerer og holder seg friske.
Epigenetikk, bokstavelig t alt "over genetikk," er vitenskapen som studerer miljøendringer i genomet utover de som kan oppstå på nivået av vårt DNA. Disse svingningene i genaktivitet inkluderer modifikasjoner av elementer som omgir dem, for eksempel histonproteiner, eller modifikasjoner av transkripsjonelle elementer som kontrollerer genuttrykk. I motsetning til DNA-endringer er epigenetiske fluktuasjoner vanligvis generasjonsspesifikke.
Med andre ord, epigenetiske endringer overføres vanligvis ikke fra forelder til barn. Denne relativt nye forskningslinjen har endret vår forståelse av både normal utvikling og sykdom, og påvirker nå fremdriften til neste generasjons behandlinger. En rekke områder studeres, inkludert:
- Fedme. Epigenetiske endringer i genomet vårt har lenge vært mistenkt for å spille en rolle i komplekse menneskelige sykdommer som fettavsetning. En ny vitenskapelig retning undersøker hvordan miljøfaktorer kan påvirke utviklingen av sykdommen.
- Kliniske studier og legemiddelutvikling. Rollen til epigenetiske kreftterapier i ulike svulster utforskes, i håp om at de kan målrette og "omprogrammere" unormale celler i stedet for å drepe både kreft og normale byggesteiner som i standard kjemoterapi.
- Helsehjelp. Kosthold og eksponering for kjemikalier på alle stadier av utviklingen kan forårsake epigenetiske endringer som kan slå visse gener på eller av. Forskere undersøker hvordan disse elementene påvirker befolkningen generelt negativt.
- Atferdsvitenskap. Epigenetiske endringer er assosiert med mange sykdommer, inkludert narkotika- og alkoholavhengighet. Å forstå hvordan miljøfaktorer endrer genomet kan kaste lys over nye veier for behandling av psykologiske lidelser.
kvantebiologi
Fysikere har visst om slike kvanteeffekter i mer enn hundre år, når partikler trosser sansene våre, forsvinner fra ett sted og dukker opp igjen et annet, eller er på to steder samtidig. Men disse effektene tilskrives ikke hemmelige laboratorieeksperimenter. Ettersom forskere i økende grad mistenker at kvantemekanikk også kan gjelde for biologiske prosesser.
Det kanskje beste eksemplet er fotosyntese, et fantastisk effektivt system der planter (og noen bakterier) bygger molekylene de trenger ved å bruke energi fra sollys. Det viser seg at denne prosessen faktisk kan stole på fenomenet "superposisjon", der små pakker med energi utforsker alle mulige veier og deretter slår seg ned på den mest effektive. Det er også mulig at fuglenavigasjon, DNA-mutasjoner (via kvantetunnelering) og til og med luktesansen vår er avhengig av kvanteeffekter.
Selv om dette er et svært spekulativt og kontroversielt område, kan de somUtøvere venter på dagen da informasjon hentet fra forskning kan føre til nye medikamenter og biomimetiske systemer (biometri er et annet fremvoksende vitenskapsfelt der biologiske systemer og strukturer brukes til å lage nye materialer og maskiner).
Sosial- og atferdsvitenskap
Utover det molekylære og cellulære nivået er det viktig å forstå hvordan atferdsmessige og sosiale faktorer påvirker sykdom og helse for å forstå, behandle og forebygge sykdom. Forskning innen slike vitenskaper er et stort mangefasettert felt, som dekker et bredt spekter av disipliner og tilnærminger.
Konseptet med et intraprofesjonelt analyseprogram samler biomedisinsk, atferds- og samfunnsvitenskap for å jobbe sammen for å løse komplekse og presserende helseproblemer. Fokuset er på utvikling av vitenskapelige områder som utforsker atferdsprosesser, biopsykologiske og anvendte felt gjennom følgende metoder:
- Forskning om virkningen av sykdom eller fysisk tilstand på atferd og sosial funksjon.
- Identifisering og forståelse av atferdsfaktorer knyttet til sykdomsutbruddet og sykdomsforløpet.
- Studie av behandlingsresultater.
- Helsefremmende og sykdomsforebyggende forskning.
- Analyse av institusjonelle og organisatoriske konsekvenser for helse.
Exometeorology
Eksometeorologer likerEkso-oseanografer og eksogeologer er interessert i å studere de naturlige prosessene som skjer på andre planeter enn Jorden. Nå som astronomer kan se nærmere på den indre funksjonen til objekter i nærheten, er de i økende grad i stand til å spore atmosfæriske og værmønstre. Jupiter og Saturn, med sine utrolig store potensielle systemer, er hovedkandidater for studier.
For eksempel forekommer det regelmessig støvstormer på Mars. I denne vitenskapelige og tekniske retningen studerer eksometeorologer til og med planeter utenfor solsystemet vårt. Og interessant nok kan de etter hvert finne tegn på utenomjordisk liv på en eksoplanet ved å oppdage organiske signaturer i atmosfæren eller forhøyede nivåer av karbondioksid – mulige tegn på en sivilisasjon i en industriell tidsalder.
Nutrigenomics
Nutrigenomics, også kjent som matgenomikk, er et prioritert vitenskapsfelt. Dette er en studie av det komplekse samspillet mellom mat og DNA-respons. Faktisk har mat en dyp effekt på menneskers helse - og den starter bokstavelig t alt på molekylært nivå. Forskere som jobber på dette feltet streber etter å forstå rollen til genetisk variasjon, diettrespons og måtene næringsstoffer påvirker strukturene våre på.
Nutrigenomics fungerer begge veier - genene våre påvirker kostholdet vårt og omvendt. Nøkkelmålet for dette området av vitenskapelig aktivitet er å lage personlig ernæring - en sammenligning av hvahva vi spiser, med våre egne unike genetiske konstitusjoner.
Kognitiv økonomi
Økonomi handler vanligvis ikke om dyp kunnskap, men dette kan endre seg ettersom feltet integreres med tradisjonelle forskningsdisipliner. For ikke å forveksle med atferdsøkonomi (studiet av vår måte å gjøre ting på - hva vi gjør - i sammenheng med økonomisk beslutningstaking), handler kognitiv økonomi om hvordan vi tenker. Lee Caldwell, som blogger om området, definerer det som følger:
"Kognitiv økonomi (eller finans) … ser på hva som faktisk foregår i en persons sinn når de tar det valget. Hva er den interne strukturen i beslutningstaking, hvordan informasjon kommer inn i bevisstheten og hvordan den behandles, og deretter, til syvende og sist, hvordan kommer alle disse prosessene til uttrykk i oppførselen vår?"
På en annen måte er kognitiv økonomi fysikk hvis atferdsøkonomi er ingeniørkunst. For dette formål starter forskere som jobber på dette feltet sin analyse på et lavere nivå og danner de underliggende mikromønstrene for menneskelig beslutningstaking for å utvikle en modell for storskala økonomisk atferd. For å hjelpe dem med dette ser kognitive økonomer på de beslektede feltene innen disiplinen og beregningsøkonomi, samt hovedlinjene for vitenskapelig og teknologisk forskning innen rasjonalitet og beslutningsteori.
