ПолесГУ Аналитическая биохимия и биоинформатика 23-БХ-1 / Vvedenie_v_spetsial'nost'

31

со временем накапливаются. Антагонистические признаки, являющиеся в принципе полезными, становятся вредными под влиянием основных признаков. Наконец, интегративные признаки проявляются, когда накопившиеся повреждения, вызванные основными и антагонистическими признаками, не могут быть компенсированы механизмами тканевого гомеостаза.

Так как при старении ключевые признаки проявляются совместно и тесно связаны, то понимание причинно-следственной связи между ними является важным вопросом для дальнейших исследований.

Определение ключевых признаков старения может помочь:

1)построить основные принципы будущих исследований молекулярных механизмов старения и

2)создать терапевтические методики, которые позволят увеличить продолжительность здоровой жизни человека (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2. – Меры, которые могут способствовать продлению жизни человека (Изображены все девять признаков старения, а также возможные

стратегии терапии, которые прошли экспериментальное подтверждение на мышах)

Однако впереди еще много не отвеченных вопросов в отношении понимания этого комплексного биологического процесса. Быстрое развитие технологий секвенирования нового поколения может оказать большое влияние на исследование старения, облегчая изучение генетических и эпигенетических изменений, специфично накапливающихся в клетках стареющего организма. Эти технологии уже используются для определения полногеномного сиквенса долгоживущих индивидуумов, чтобы провести сравнительные геномные исследования между коротко- и долгоживущими

32

линиями и видами животных, и чтобы проанализировать возрастзависимые эпигенетические изменения в мельчайших деталях.

Необходимы параллельные исследования in vivo с моделями мутантных животных с приобретением или потерей функции, которые позволят выйти за рамки коррелятивного анализа, и получить доказательства подкрепляющие роль ключевых факторов в процессе старения. Кроме того, чтобы понять причинно-следственную связь между процессами, которые сопровождают старение, и процессами, которые к нему ведут, требуется описание характера индивидуальных ключевых признаков с использованием подходов системной биологии.

В дополнение к вышесказанному, молекулярный анализ взаимодействия генома и среды поможет идентифицировать мишени для лекарств, увеличивающих продолжительность жизни. Более тщательно продуманные подходы помогут окончательно разрешить имеющиеся вопросы. Комбинирование этих подходов позволит детально понять механизмы, лежащие в основе ключевых признаков старения, и поможет разработать основные принципы терапии, направленной на увеличение продолжительности здоровой жизни и долголетия человека.

3.1.5 Борьба с развитием сердечно-сосудистых заболеваний

В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания являются основными причинами смертности населения в развитых странах мира. К сожалению, Республика Беларусь здесь не является исключением.

Патогенетической основой развития сердечно-сосудистых заболеваний являются артериальная гипертония, атеросклероз, тромбоз, поражение сосудистой системы, метаболические нарушения, которые, несмотря на определенные достигнутые успехи в диагностике и лечении, остаются фундаментальной проблемой в кардиологии. Основные усилия науки в области кардиологии будут направлены на дальнейшее изучение механизмов развития сердечно-сосудистых заболеваний и создание новых методов диагностики и лечения на основе современных технологических решений.

Для достижения этих целей в экспериментальных и клинических условиях будут проводиться геномные, протеомные и метаболомные исследования. Будут широко внедряться методы высокопроизводительного секвенирования и анализа активности генов, биоинформатики, массспектроскопии и биохимии.

Например, Подмосковные ученые провели исследования в составе международной группы ученых из Чжэцзянского университета (Китай), Индийского технологического института в Канпуре (Индия) и Университета Южной Калифорнии (США).

Специалисты разработали методику, благодаря которой теперь можно точно подбирать особые вещества-реагенты, связывающие рецепторы сердечно-сосудистой системы и участвующие в процессах старения. Подмосковные ученые изучили молекулярную структуру ангиотензиновых

33

рецепторов и проверили их реакцию на разные типы веществ. Выводы исследователей позволят разработать и создать лекарства нового поколения.

3.1.6 Борьба с неврологическими заболеваниями

Своеобразие неврологии заключается в сложности диагностирования заболевания. Нередко пациент не обращает внимания на первичные признаки болезни, попадает к врачам при высокой степени поражения. В большинстве случаев требуется лечение по нескольким направлениям, включая неврологию, нейрохирургию, травматологию и др. Все неврологические болезни можно разделить на следующие направления:

аутоиммунные заболевания: рассеянный склероз, волчанка, полимиозит и др.;

нарушения двигательной функции: тики, болезнь Паркинсона и др.;

эпилепсия, инсульты, дистрофия мышц, болезнь Альцгеймера как результаты сосудистых нарушений;

менингит, энцефалит как воспалительные заболевания;

параличи различной природы, в том числе ДЦП;

опухоли головного и спинного мозга различного патогенеза. Согласно ориентировочным оценкам, болезнью Альцгеймера и

болезнью Паркинсона сегодня в мире страдают, соответственно, около 20 млн. и 6 млн. человек, причем к 2040 г. прогнозируется удвоение этих цифр.

Важнейшими факторами, определяющими высокое социальное бремя заболеваний нервной системы, являются неуклонное старение населения, а также высокие показатели инвалидизации больных с поражением нервной системы.

Перспективы:

разработка методов нейропротекции (в том числе превентивной) при острой ишемии мозга и хронических прогрессирующих заболеваниях центральной нервной системы;

разработка научных основ клеточных технологий, ориентированных на решение проблемы нейротрансплантации;

изучение функциональной геномики и протеомики моногенных и мультифакториальных заболеваний нервной системы, управление экспрессией генов и генная терапия;

решение проблемы адресной доставки лекарственных препаратов через гематоэнцефалический барьер с использованием наноструктурных носителей;

создание новых технологий восстановления утраченных функций нервной системы на основе разнообразных интерфейсов: мозг -– компьютер, роботизированных устройств;

внедрение принципов фармакогенетики при заболеваниях нервной системы;

34

разработка новых экспериментальных моделей заболеваний нервной системы (в том числе на трансгенных животных и культурах клеток и тканей);

дальнейшее развитие прижизненных методов визуализации структуры, метаболизма, кровотока и картирования функций мозга;

разработка новых технологий диагностики и лечения в нейрохирургии.

3.1.7 Борьба с нарушением обмена веществ

В нашем организме происходит большое количество химических реакций, в результате которых происходит превращение элементов.

Нарушение обмена веществ в организме проявляется на всех функциях жизнедеятельности.

Существует несколько классификаций нарушения обмена веществ,

выделяют четыре основных группы:

1.Заболевания нарушений белкового, углеводного и жирового обмена.

2.Причиной может являться нарушение минерального обмена, вызванное неправильным питанием или частые «диетами»

3.Болезни из-за нехватки или избытка кальция, марганца, фтора, и прочих микроэлементов.

4.Гиповитаминоз.

Что является причинами нарушения обмена веществ? Основными причинами нарушения обменных процессов в организме являются:

Снижение двигательной активности;

Отравление организма токсинами;

Стрессы;

Неправильное питание;

Частые неправильные диеты;

Иногда причинами может быть приём медикаментов. Симптомы нарушения обмена веществ:

Нездоровый цвет лица;

Диспепсия;

Нарушение процессов пищеварения

Изменение веса;

Отеки;

Повышенная потливость;

Ломкость волос;

Неправильное питание.

Нарушения обмена веществ при отсутствии своевременного обращения к специалистам могут привести к серьезным последствиям.

Особенности лечения: лечение всегда комплексное, так как нарушение обменных процессов влияет на состояние всего организма и чаще возникает на фоне хронических заболеваний; любая терапия состоит из

35

диагностического поиска причин заболевания и последующего их устранения

Песпективы: разработка новых технологий диагностики и лечения.

3.2 Биохимия в медицине и сельском хозяйстве 3.2.1 Создание средств защиты сельскохозяйственных растений

Ежегодные потери урожая сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей составляют 30% потенциального урожая, что в мировом масштабе оценивается в 75 млрд.$ (по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН).

Способы борьбы с возбудителями заболеваний растений и вредителями сельскохозяйственных культур:

использование химических средств защиты;

использование биологических средств защиты.

Экономическая составляющая негативных последствий применения пестицидов:

проведение интенсивной обработки почв пестицидами вследствие развития устойчивых видов вредных организмов – около 3,30 млрд. долл./год;

организация службы охраны окружающей среды при интенсивном применении пестицидов – 3,29 млрд. долл./год;

потери трудоспособности при отравлениях приносят убыток в 1,42 млрд. долл./год.

Использование химических препаратов в защищенном грунте в Республике Беларусь ограничено законодательством Постановление Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 29.12.2005 N 280 "Об утверждении санитарных правил и норм 2.2.3.13-58- 2005 "Гигиенические требования к устройству и эксплуатации теплиц и тепличных комбинатов.

Преимущества биологических средств защиты растений:

абсолютно экологически безвредны (бактерии-антагонисты, входящие в состав препаратов, являются естественными обитателями ризосферы и филосферы растений, не изменяют состав агробиоценозов);

не патогенны и не токсичны для человека и животных;

не загрязняют окружающую среду;

обладают длительным действием: микроорганизмы, входящие в состав биопрепаратов, способны заселять ризо- и филосферу растений;

не патогенны для растений;

не обладают мутагенной и онкогенной активностями;

переводят атмосферный азот и нерастворимые фосфаты в усваиваемую для растений форму;

обладают способностью осуществлять биодеградацию ксенобиотиков (чужеродные для растений соединения);

36

образуют витамины и ростостимуляторы растений – фитогормоны гиббереллин, ауксин, цитокинин, этилен и пр.;

не имеют срока ожидания (урожай можно убрать непосредственно после обработки растений биопрепаратом).

Перспективы:

Создание новых методов фитосанитарного мониторинга;

Создание устойчивых сортов, агроценозов и экосистем;

Создание условий для активизации и повышения эффективности естественной биоценотической регуляции;

Разработка ассортимента высокоэффективных биологических средств и пестицидов небиоцидной пироды;

Разработка эффективных, безопасных для окружающей среды зональных технологий и систем защиты растений.

3.2.2 Основные проблемы и направления научных исследований в молочной промышленности

Молоко и молочные продукты в питании населения нашей страны имеют исключительно большое медико-биологическое значение, являются важным фактором здоровья нации. Поэтому проблемы, связанные с производством и потреблением молочных продуктов, в перспективе не теряют актуальности. Анализ будущего развития молочной промышленности осложнен все более неожиданными прорывами в науке, возрастающими успехами генетики и компьютерной техники.

Разрабатываемые новые технологии пищевых продуктов в основном направлены на повышение качества и безопасности, конкурентоспособности продуктов; придание продуктам дополнительных свойств (функциональных, диетических, новых потребительских); снижение затрат на производство и потерь (комплексное использование всех составных частей молока).

Важнейшей задачей остается увеличение сроков годности молока и молочных продуктов. Главное в решении этой проблемы – повышение качества молока-сырья за счет разработки и внедрения более совершенных технологий и оборудования, повышения культуры производства. Возможным направлением исследований по увеличению сроков годности молока, как сырого, так и пастеризованного, является обогащение его природными антибактериальными факторами вместо синтетических консервантов. Таким антибактериальным фактором, например, может быть лактоферрин – железосвязывающий белок, инактивирующий железо (служащий сильным окислителем), делая его недоступным для микроорганизмов.

В настоящее время существует множество способов консервирования пищевых продуктов, основанных на трех основных биологических принципах – биоз, анабиоз и абиоз или их различных сочетаний. Разработанные по этим принципам традиционные продукты недостаточно учитывают важные для процесса консервирования функциональнотехнологические свойства сырья.

37

В зарубежной литературе в последние годы все чаще стало встречаться понятие «барьерных технологий» консервирования. Суть данных технологий заключена в том, что технологический процесс консервирования представляется как ряд взаимосвязанных тормозящих факторов (барьеров), замедляющих процессы порчи при условии их наличия в достаточном количестве и на необходимом уровне.

Создание новых видов пищи и пищевых добавок, а также принципиальное улучшение качества традиционных видов питания становятся основными направлениями биотехнологии пищевой промышленности.

Необходимы дальнейшие исследования, направленные на производство функциональных ингредиентов с использованием нанотехнологий, в частности, на основе глубокого фракционирования минорных составляющих белков; по подбору новых нетрадиционных источников пищевого сырья, содержащего природные антиоксиданты (флавоноиды), в том числе речь идет о такой культуре, как амарант. Обогащение продуктов природными антиоксидантами позволит также увеличить сроки годности продуктов и улучшить экономические показатели их производства.

Одно из важных направлений – дальнейшее развитие исследований в области геродиетического питания. К сожалению, выпуск таких продуктов сдерживается рядом факторов, в числе которых можно выделить недостаточное внимание государства к проблемам питания людей пожилого возрасти, фактическое отсутствие индустрии геродиетического питания, более высокая себестоимость данных продуктов.

Перспективное направление исследований – совершенствование состава молочных продуктов, предназначенных для всех групп населения, в том числе для детского питания. Молоко и молочные продукты, являясь полноценными продуктами питания, могут стать причиной непереносимости, связанной с аллергическими реакциями на их компоненты – белки, жиры, углеводы и др. Чаще всего расстройство пищеварения связано с нарушением в переваривании и резорбции лактозы. Специально для категории потребителей с лактозной недостаточностью необходимо разрабатывать безлактозные и низколактозные молочные продукты.

Научные исследования в сыроделии становятся все более ориентированными на создание технологий новых видов продуктов, обогащенных физиологически полезными пищевыми ингредиентами, улучшающими здоровье человека.

Перспективны исследования в следующих направлениях: разработка технологий сырных паст на основе биологически ценных сывороточных белков, в том числе обогащенных функциональными ингредиентами; создание технологий лечебно-профилактических сыров, обогащенных лакто- и бифидобактериями с добавлением микро- и макроэлементов; изучение проблемы замены животного жира растительным с целью разработки технологии натуральных сыров со сбалансированной жировой фазой;

38

исследование возможности использования растительных белков в составе сырных продуктов.

Сливочное масло благодаря своему составу и свойствам – один из самых привлекательных продуктов массового потребления. Недостаток молока-сырья в первую очередь сказывается на производстве ресурсозатратных молочных продуктов, к которым относится сливочное масло.

Анализ достаточно сложной ситуации в маслодельной отрасли указывает на ряд проблем и ставит перед учеными отрасли ряд сложных задач. Основные из них:

проведение прикладных и фундаментальных исследований в области разработки прогрессивных технологий и создания новых разновидностей сливочного масла и его аналогов, соответствующих современной концепции обоснованного питания и развития маслодельной отрасли в целом;

проведение исследований по повышению биологической ценности и качества масла, включая обеспечение безопасности и улучшение потребительских показателей за счет технологической обработки сырья, привлечения нетрадиционных для маслоделия сырьевых ресурсов, таких, как высококачественные растительные жиры, молочно-белковые добавки, вкусовые ингредиенты различной направленности, биологически активные пищевые добавки;

научное обоснование принципов планирования ассортимента продуктов маслоделия.

Главная экологическая проблема в молочной промышленности – сточные воды. Теоретический аспект решения проблемы заключается в развитии концепции мало- и безотходных технологий, экологизации молочного производства и разработке ресурсоэнерго сберегающих технологий.

39

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

1.Биохимия в современном мире, ее значение.

2.Биохимические технологии как фактор устойчивого развития цивилизации.

3.Современная биохимическая лаборатория (на примере отраслевой лаборатории «Лонгитудинальные исследования»). Методы и методология биохимического исследования.

4.Использование лабораторных животных в биохимическом эксперименте.

5.Исторические этапы развития биохимии.

6.История становления биохимии в Республике Беларусь: основные вехи и персоналии.

7.Перспективные направления биохимии в 21 веке.

8.Биохимический эксперимент: планирование, подготовка и проведение.

40

Литература

1.Азимов, А. Краткая история биологии. От алхимии до генетики / А. Азимов. – М.: Высшая школа, 2002.

2.Артемук Е.Г. Структурная биохимия : допущено Министерством образования

3.Горбатова, К.К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов / К.К. Горбатова. – Спб.: Гиорд, 2003.

4.Граник, В.Г. Лекарства. Фармакологический, биохимический и химический аспекты / В.Г. Граник. – М.: Вузовская книга, 2001.

5.Ершов, Ю.А. Общая биохимия и спорт / Ю.А. Ершов. – М.: Изд-во МГУ, 2010.

6.Замай, Т.Н., Титова, Н.М., Елсукова Е.И. Спортивная биохимия / Т.Н. Замай, Н.М. Титова, Е.И. Елсукова, А.В. Еремеев. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008.

7.Кретович, В.Л. Очерки по истории биохимии в СССР / В.Л. Кретович. – М.: Наука, 1984.

8.Кузьмичева, В.Н.,Кушнир, И.Ю. Биохимия в животноводстве / В.Н. Кузьмичева, И.Ю. Кушнир. – Воронеж: Изд-во Ворон. ун-та, 2004.

9.Лелевич С. В. Клиническая микробиология : допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов медико-диагностического факультета (специальность 1-79 01 04 «Медико-диагностическое дело») / С. В. Лелевич, О. М. Волчкевич, Е. А. Сидорович. - Гродно : ГрГМУ, 2019. - 320 c.

10.Остерман, Л.А. Исследование биологических макромолекул электрофокусированием, иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами / Л.А. Остерман. – М.: Наука, 1983.

11.Павлович, С.А., Павлович, Н.В. История биологии и медицины в лицах / С.А. Павлович, Н.В. Павлович. – Минск.: Высш. школа, 2010.

12.Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Биоэкология», «Биология (по направлениям)» / Е. Г. Артемук, Н. Ю. Колбас, О. В. Корзюк.

-Брест : БрГУ, 2020. – 300 с.

13.Современные проблемы биохимии. Методы исследований / Е.В. Барковский [и др.] : под ред. А. А. Чиркина. – Минск : Вышэйшая школа,

2013.

14.Таганович, А. Д. Фармацевтическая биохимия : допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия / А. Д. Таганович, Е. О. Девина ; под общ. ред. А. Д. Тагановича. — Минск : Новое знание, 2019. — 663 с.

Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебника для