Cистематизовано матеріал з вивчення як базових, так і оригінальних моделей біологічних процесів, що описуються точковими і розподіленими системами. Розкрито поняття «модель» та «моделювання», наведено класифікацію моделей і загальні принципи їх створення, основи математичного апарату (теорії диференціальних рівнянь), необхідного для побудови та аналізу динамічних моделей у біології. Можливості моделювання у біології проілюстровано вибраними прикладами, зокрема моделями еволюції й розвитку, кінетики ферментативних процесів, популяційними та самоорганізації. Описано стохастичні моделі біологічних процесів. Показано корисність методів емпіричного математичного аналізу складних графічних залежностей у біологічному дослідженні. Детально розглянуто деякі алгоритми прикладного пакета програми «Mathematica», які знадобляться для проведення комп’ютерного експерименту з дослідження моделей живих систем.

У міждисциплінарній монографії систематизовано, узагальнено й проаналізовано результати досліджень авторів та літературні дані у галузі біофізичної хімії вісцеральних гладеньких м’язів, закономірностей і механізмів дії нанорозмірних матеріалів на механо- кінетику процесу скорочення—розслаблення. Продемонстровано, що суспензії нанороз- мірного матеріалу діоксиду титану Ті О , трьох розмірних груп із різними співвідношення¬ми сумішей поліморфів рутилу й анатазу за умов некумулятивної та кумулятивної дії істотно впливають на спонтанну і викликану скорочувальну активності вісцеральних гладеньких м’язів. Досліджено кількісні закономірності цього впливу. Описано особли¬вості й механізми дії калікс[4]аренів — інгібіторів АТР-залежних систем первинного ак¬тивного іонного транспорту плазматичної мембрани (натрієва та кальцієва помпи) на скорочення—розслаблення вісцеральних м’язів. Запропоновано метод комплексного ба- гатопараметричного аналізу механокінетики скоротливої відповіді гладеньких м’язів. Проілюстровано використання цього аналізу для кількісної характеристики повної ізо¬метричної механокінетичної кривої скоротливого процесу з метою коректного дослі¬дження закономірностей та механізму дії фізико-хімічних, метаболічних і фармакологіч¬них чинників на гладенький м’яз.

Наведено результати, отримані авторами у сфері розбудови теоретичних основ обраних проблем ензиматичної кінетики. Описано методи кінетичного аналізу в ензимології. Обговорено низку теоретичних аспектів, які стосуються спеціальних проблем кінетики біохімічних реакцій. Увагу приділено ентропійному трактуванню константи Міхаеліса ензиматичних реакцій. Досліджено урахування внеску хімічного перетворення субстрату у процесі дослідження ензиматичних реакцій. Проаналізовано способи оцінювання впливу оборотних інгібіторів на ензиматичний процес і розрахунок кінетичних констант. Розглянуто кінетичні особливості механізмів із двома шляхами перебігу реакцій. Здійснено кінетичний аналіз процесу скорочення - розслаблення гладеньких м'язів.

Метаболізм вуглеводів - процес складний і багатоступеневий. До розшифрування цього процесу було залучено багато науковців і біохіміків, фізіологів, хіміків, але тільки деяких із них було удостоєно Нобелівської премії. Так, завдяки роботам А. Гардена і Г. Ейлер-Гельпіна із дріжджовими клітинами на початку XX ст. було встановлено, що перетворення вуглеводів (цукрів) в живих клітинах до кінцевих продуктів відбувається багатостадійно за участю ензимів і що для цього перетворення необхідна наявність залишку фосфорної кислоти. Ці дослідження стали початком вивчення хімічних реакцій, які лежать в основі життєдіяльності клітин, тобто реакцій проміжного метаболізму. Ганс Кребс в 1932 р. відкрив орнітиновий цикл - послідовність хімічних реакцій, завдяки яким в печінці тварин утворюється кінцевий продукт азотистого обміну - сечовина. Апогеєм його досліджень було встановлення циклу три- і дикарбонових кислот, який об'єднує окиснення фактично всіх органічних речовин в живих організмах. Доповненням до робіт Г. Кребса були роботи Фріца Ліпмана, який в 1945 р. відкрив коензим A і встановив його роль в активації органічних сполук. Тоді і стало зрозумілим, як неактивна оцтова кислота та інші органічні кислоти активуються в живому організмі, щоб окислитись в циклі трикарбонових кислот. Величезну роботу зробили подружжя Герті і Карл Корі та Бернардо Усай, а також їх учні та послідовники, зокрема Луїс Лелуар, для з'ясування механізму перетворення (синтезу і розщеплення) глікогену в печінці і м'язах. Вершиною в дослідженні цього напряму в обміні вуглеводів було встановлення Ерлом Сазерлендом у 1958 р. регуляції активності ензимів, які беруть участь у перетворенні хімічних сполук (на прикладі фосфорилази), за участю ензиму аденілатциклази і c-АМР. Відкриття c-АМР виявило один із фундаментальних принципів практично всіх процесів життєдіяльності. І завершенням досліджень метаболізму вуглеводів стали неперевершені роботи Пітера Мітчелла, наукові інтереси якого були пов'язані з вивченням спрямованості біохімічних реакцій у просторі відносно певних внутрішньоклітинних орієнтирів і створенням хеміосмотичної теорії окиснювального фосфорилування, яка є основою біоенергетики.

Йдеться про історію відкриття, бурхливий розвиток і подальші перспективи застосування нового потужного інструменту для редагування геному - CRISPR/Cas9. Взявши за основу один з елементів захисної системи бактерій, вчені-біологи створили досить простий, дешевий і швидкий метод внесення змін у ДНК рослин, тварин і людини. Ніколи раніше людство не мало настільки точного знаряддя для маніпуляції генами, і це відкриває широкі можливості для профілактики та лікування багатьох захворювань. Водночас у суспільстві точаться гострі дискусії: благо чи зло несе людству CRISPR/Cas9? Як і будь-яка нова технологія, генне редагування викликає побоювання і піднімає низку серйозних етичних проблем, особливо щодо можливості його використання на клітинах зародкової лінії і геномі ембріонів людини. Проте вже зараз очевидно, що CRISPR/Cas9 - це не чергова модна "іграшка" для вчених, а революційна технологія, яка змінить наше майбутнє.

У співдоповіді підбито підсумки виконання цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України "Молекулярні та клітинні біотехнології для потреб медицини, промисловості та сільського господарства", розрахованої на 2015 - 2019 рр., наведено основні результати, отримані в рамках зазначеної програми, підкреслено необхідність їх подальшого наукового доопрацювання та запропоновано започаткування нової цільової програми "Геномні, молекулярні та клітинні основи розвитку інноваційних біотехнологій".

У співдоповіді підбито підсумки виконання цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України "Молекулярні та клітинні біотехнології для потреб медицини, промисловості та сільського господарства", розрахованої на 2015 - 2019 рр., наведено основні результати, отримані в рамках зазначеної програми, підкреслено необхідність їх подальшого наукового доопрацювання та запропоновано започаткування нової цільової програми "Геномні, молекулярні та клітинні основи розвитку інноваційних біотехнологій".

Наведено широкий і грунтовний аналіз поточної ситуації щодо пандемії COVID-19. Розглянуто питання походження та будови вірусу SARS-CoV-2, шляхів інфікування, особливостей перебігу захворювання, діагностики COVID-19, застосування фармацевтичних препаратів для лікування хвороби, формування імунітету проти SARS-CoV-2, створення вакцин та ефективності протиепідемічних карантинних заходів. Обговорено використання математичних моделей епідемічного процесу та перспектив виходу з карантину.

Нобелівську премію з хімії у 2020 р. присуджено двом дослідницям у галузі молекулярної біології - француженці Еммануель Шарпантьє (Emmanuelle Charpentier), яка нині очолює Відділення наук про патогени при Товаристві Макса Планка в Берліні, та американці Дженніфер Дудні (Jennifer Doudna) з Каліфорнійського університету в Берклі - за "розвиток методу редагування геному". У пресрелізі Нобелівського комітету зазначено, що лауреатки відкрили один з найпотужніших інструментів генної технології - CRISPR/Cas9, або так звані "генетичні ножиці". Цей метод сприяв отриманню у фундаментальних дослідженнях багатьох важливих результатів. Зокрема, дослідники рослин змогли створити культури, стійкі до цвілі, шкідників та посухи. У медицині тривають клінічні випробування нових методів лікування раку, а мрія про те, щоб вилікувати спадкові захворювання, ось-ось стане реальністю. "Генетичні ножиці" вивели науки про життя на новий етап розвитку і дають людству величезну користь.

Нобелівську премію з фізіології та медицини у 2020 р. присуджено двом американським ученим - Гарві Джеймсу Альтеру (Harvey James Alter) з Національного інституту охорони здоров'я США та Чарльзу Райсу (Charles M. Rice) з Рокфеллерівського університету., а також британському досліднику Майклу Гоутену (Michael Houghton), який нині працює в Альбертському університеті в Канаді, за "відкриття вірусу гепатиту C". У пресрелізі Нобелівського комітету зазначено, що дослідження цьогорічних лауреатів, які й досі продовжують цю роботу, дали людству неоціненнукористь, дозволивши розробити ефективні методи діагностики та заходи з профілактики і лікування цієї інфекції.

Індекс рубрикатора НБУВ: Р281.771 г + Е0*752.32 п7

Рубрики:

Вітаміни

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж21341/а Пошук видання у каталогах НБУВ 

Обговорено щодо значення для розвитку хімії, біології і медицини таких аналітичних методів дослідження, як ультрацентрифугування, електрофорез та хроматографія. Наразі інноваційні високотехнологічні лабораторні ультрацентрифуги широко застосовуються в різних напрямах наукової і практичної діяльності, зокрема в колоїдній хімії, біохімічному аналізі, вірусології, клінічній діагностиці, фармації, нанотехнології та ін. Електрофорез із високою ймовірністю надає змогу вияви ти протеїнові аномалії, а тому широко використовується в багатьох медичних центрах різних країн для діагностики інфекційно-запальних захворювань, генетичних та імунних порушень, злоякісних пухлин тощо. Хроматографія широко застосовується для біохімічних досліджень, контролю лікарських препаратів, харчових продуктів. Але як виникли ці методи досліджень, які мали величезний вплив на розвиток не тільки різних галузей науки, але багатьох напрямів людської діяльності? Хто були ті особистості, роботи яких стали піонерськими і вплинули на дослідження наступних поколінь науковців? У даній роботі зроблено спробу відповісти на ці запитання.

Мета роботи - аналіз експериментальних досягнень в такій галузі біохімічної науки, як структура і метаболізм ліпідів. Від початку 60-х років минулого століття стався справжній прорив у дослідженні проміжного метаболізму ліпідів і його регуляції, який ознаменувався не лише присудженням низки нобелівських премій, але й формуванням клінічної ліпідології як розділу метабології. Відкриття, зроблені Феодором Ліненом і Карлом Блохом, сприяло з'ясуванню ключової ролі холестеролу в розвитку атеросклерозу та серцевих нападів. Відкриття Суне Бергстрема і Бенгта Самуельсона надали поштовх цілій низці досліджень біологічних функцій простагландинів. Людство має бути вдячним англійському фармакологу Джону Роберту Вейну за відкриття простацикліну та за ту важливу роль, яку він відіграв у розумінні здатності аспірину блокувати утворення простагландинів з арахідонової кислоти. Джозеф Голдстайн і Майкл Браун зробили фундаментальний внесок у розкриття механізму регуляції обміну холестеролу в організмі. Вони вивчали гіперхолестеролемію, зокрема форму спадкового захворювання, яка характеризується високим вмістом холестеролу і ліпопротеїнів низької щільності (ЛПНЩ) в крові, за якого в клітинах кровоносних судин утворюються атеросклеротичні відкладення. Саме завдяки фундаментальним дослідженням всіх вищеназваних нобеліантів на сьогодні загальновизнаними є досягнення в таких сферах, як генетика сімейної гіперхолестеролемії, регуляція функціонального стану артерій та мікросудин біологічно активними ліпідними молекулами, запобігання атеросклерозу, профілактика судинних ускладнень та у багатьох інших сферах.

Нобелівську премію з хімії у 2018 р. розділили між собою троє вчених. Половина премії дісталася американській дослідниці Френсіс Арнольд (Frances H. Arnold) "за спрямовану еволюцію ензимів", другу половину поділили між собою американець Джордж Сміт (George P. Smith) та британець Грег Вінтер (Sir Gregory P. Winter) "за фаговий дисплей пептидів і антитіл". Методи, розроблені нобелівськими лауреатами, сприятимуть розвитку більш екологічно чистого виробництва хімічної продукції, нових матеріалів, фармацевтичних засобів, біопалива тощо.

Дякуючи геніальним відкриттям нобелівських лауреатів першої половини XX ст. - Е. Бухнера, А. Косселя, Р. Вільштеттера, О. Мейєргофа, А. Хілла, О. Варбурга, А. Сент-Дьєрді, сьогодні ми маємо уявлення про механізм перетворення і окиснення органічних речовин в живих організмах. В статті представлено аналіз творчої діяльності цих геніїв експерименту і людської думки, які через розшифрування основних шляхів перетворення вуглеводів і енергії в живих організмах заклали основи динамічної біохімії та біоенергетики (одного з розділів біохімічної науки).

Нобелівську премію з фізіології та медицини у 2018 р. присуджено двом ученим-імунологам - Джеймсу Патрику Еллісону (James Patrick Allison) з Онкологічного центру ім. М. Д. Андерсона при Техаському університеті (США) та Тасуку Хондзьо (Tasuku Honjo) з Кіотського університету (Японія) за "відкриття терапії онкологічних захворювань шляхом пригнічення негативної імунної регуляції". Найпрестижнішою науковою нагородою 2018 року відзначено втілення в медичну практику результатів сучасних імунологічних досліджень, які останніми роками вже допомагають онкологам успішно боротися зі злоякісними пухлинами.

Перша половина XX ст. була плідною для досліджень таких біологічно активних речовин як гормони і вітаміни. Одними з перших дослідників гормонів були Ф. Бантинг і Д. Маклеод, які відкрили і виділили гормон острівкової частини підшлункової залози - інсулін, що надало поштовх для дослідження механізмів регуляції біохімічних процесів і нового напряму біологічної хімії. Наступним важливим етапом в розвитку досліджень біологічно активних речовин були роботи хіміків-органіків Г. Віланда, А. Віндауса, А. Бутенандта і Л. Ружички, які майже одночасно виділили і встановили хімічну будову жовчних кислот, вітамінів групи D і статевих гормонів (жіночих і чоловічих). Вони також встановили, що всі перераховані вище сполуки мають стероїдну природу і що вихідною речовиною для їх синтезу в організмі є холестерол. Продовженням досліджень високоактивних речовин стероїдної природи були роботи Е. Кендалла, Ф. Ш. Хенча і Т. Рейхштейна, які вперше синтезували і дослідили будову та біологічні ефекти гормонів кори надниркових залоз - кортикостероїдів. Вони також вперше розробили метод промислового випуску гормону кортизону, який широко використовується для лікування запальних процесів. Отже, у першій половині XX ст. хіміки-органіки надали в руки біохімікам знання щодо структури складних у хімічному відношенні, але надважливих для організму людини біологічно активних речовин - стероїдних сполук.

Нобелівську премію з фізіології та медицини у 2019 р. присуджено двом американським ученим - Вільяму Дж. Келіну-молодшому (William G. Kaelin, Jr.) з Гарвардського університету та Грегу Л. Семензі (Gregg L. Semenza) з Університету Джонса Хопкінса, а також британському досліднику Пітеру Дж. Реткліффу (Sir Peter J. Ratcliffe) з Оксфордського університету за "відкриття того, як клітини відчувають і пристосовуються до наявності кисню". Роботи цьогорічних нобелівських лауреатів заклали основу для розуміння того, як рівень кисню впливає на клітинний метаболізм та фізіологічні функції. Їх дослідження відкривають шлях до розроблення нових стратегій у боротьбі з анемією, раком та багатьма іншими хворобами.

11 листопада виповнилося 95 років видатному вченому-токсикологу, гігієністу, одному із засновників наукової школи з профілактичної токсикології, громадському діячеві і публіцисту, лауреату Державної премії України (2002), премії ім. О. О. Богомольця НАН України (2009), премій НАМН України з профілактичної медицини (1995, 2002, 2009, 2015), керівнику лабораторії промислової токсикології і гігієни праці при використанні хімічних речовин Інституту медицини праці ім. Ю. І. Кундієва НАМН України, доктору медичних наук, професору, члену-кореспонденту НАН України, академіку НАМН України Ісааку Михайловичу Трахтенбергу.

Про Альфреда Нобеля та його премію написано величезну кількість сторінок різними мовами, але у даній роботі висвітлено 2 питання: яким був Альфред Нобель - цей феномен експериментальної хімії, доктор філософії, академік без вищої освіти, засновник фонду для нагородження премією свого імені і що собою являє Нобелівська премія, як її присуджують та який вплив має присудження премії на розвиток саме того напряму науки, який відзначено цією нагородою. На запитання, чому Нобелівські премії є унікальними і найбільш престижними, можна відповісти так: їх було введено своєчасно і вони визначають принципові історичні зміни в суспільстві. Робота Нобелівського комітету фактично протягом усього року орієнтує вчених, письменників і громадських діячів працювати заради розвитку суспільства, заради загальнолюдського прогресу.