Что такое молекулярная медицина?
«Молекулярная медицина призвана предсказать развитие болезней»
Молекулярная медицина, которую называют медициной будущего, это одновременно и кардинально иной подход к поиску причин болезни и ее предупреждению, и новый взгляд на старые методы лечения. О возможностях молекулярной медицины рассказал «МедНовостям» директор Института молекулярной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова профессор Андрей Замятнин.
Фото: пресс-служба Первого МГМУ
– Что такое молекулярная медицина?
– Молекулярная медицина – результат активного вовлечения новейших научных достижений в клиническую практику. Как известно, развитие медицины начиналось с наблюдения и описания болезней, применения первых «эмпирических» лекарств и изучение их пользы и вреда. То есть происходило накопление определенного опыта лечения. В XX веке этот процесс перешел в более научную стадию, когда начались попытки исследования дающих эффект применяемых методов и средств лечения. Уже можно было говорить о получении относительно статистически достоверных данных. Следующим этапом стали попытки поиска механизмов развития заболеваний.
Серьезный прорыв произошел в конце XX века, когда начали активно формироваться новые направления науки: биохимия и молекулярная биология. Организм человека стал рассматриваться как некий взаимосвязанный механизм именно на молекулярном уровне. Выяснилось, что при развитии того или иного заболевания молекулярные процессы, присущие здоровому организму, претерпевают значительные изменения именно на уровне межмолекулярного взаимодействия. Таким образом, появилась идея управлять молекулярными взаимодействиями при патологических изменениях, направленно изменяя эти взаимодействия, чем и занимается молекулярная медицина.
– Что понимается под термином «молекулярные маркеры» и какова их роль в диагностике и лечении?
– Патологические изменения в клетке, в конечном счете, всегда приводят к какому-либо заболеванию. Поэтому так важно определить, что же именно произошло на молекулярном уровне: какие молекулы и как изменились. Эти молекулы и определяются термином «молекулярные маркеры», которые идентифицируются на уровне геномной ДНК, РНК и белков, и, по сути, являются маркерами заболеваний. Поиск и изучение механизма действия этих молекулярных маркеров и является главной задачей молекулярной медицины.
На сегодняшний день известно, что во время развития какого-то заболевания может изменяться, например, количество определенного белка, могут появляться или пропадать определенные молекулы. Используя специальные методы, направленные на детекцию таких молекул, мы можем с высокой степенью вероятности говорить о типе развивающегося заболевания. При этом очень важно то, что изменения на молекулярном уровне зачастую происходят еще до проявления первых симптомов болезни. И это может быть использовано как для ранней, так и для превентивной (предупреждающей) диагностики. Например, еще при отсутствии жалоб у пациента уже можно определить риск появления определенного заболевания и степень опасности, а значит, предупредить его развитие.
В частности, наличие специфических опухолевых маркеров может свидетельствовать о процессе зарождающейся опухоли, то есть еще до сколько-нибудь значимых проявлений опасного заболевания. С помощью методов молекулярной медицины можно обнаруживать эти маркеры, прогнозировать риск и сроки развития онкозаболевания и, следовательно, предпринимать соответствующие меры.
– А как молекулярная медицина может помочь в этой «борьбе»?
– Если говорить про онкологию, то ее принципиальная проблема заключается в том, что опухолевые клетки могут возникать в организме под действием различных (и не всегда очевидных) факторов. На сегодняшний день традиционными методами лечения онкозаболеваний являются хирургия, химио- и лучевая терапия, основными недостатками которых являются серьезные побочные эффекты. Поэтому для того, чтобы эффективно бороться с раком, нужно изучить, чем конкретная опухолевая клетка отличается от здоровой клетки конкретного человека. Таким образом и выявляются молекулярные маркеры, которые служат своеобразными сигналами «свой – чужой» (здоровая клетка-опухолевая клетка).
А дальше подбираются соответствующие подходы к лечению. Например, существуют методы, которые как бы «заставляют» иммунную систему человека распознавать опухолевые клетки как чужеродные, а значит, настраивают организм на самостоятельную борьбу с ними. А так как каждая опухоль имеет определенное место локализации, и важно, чтобы лекарство оказывало свое действие непосредственно на пораженные клетки, молекулярные маркеры могут служить своеобразными мишенями при разработке лекарственных препаратов.
– Это то, что называется «таргетными» препаратами?
– Да. В переводе с английского языка «target» означает «цель», «мишень». С точки зрения современных подходов, любой препарат должен быть нацелен на воздействие на определенную молекулярную мишень. И такой мишенью во многих случаях могут быть молекулярные маркеры. Другой вопрос, что препараты, которые вроде бы нацелены на вполне конкретную мишень, могут воздействовать еще и на другие клетки со схожими мишенями, отчего возникают побочные эффекты. Поэтому важно находить наиболее специфические мишени и проводить тщательные исследования безопасности препаратов направленного действия («таргетных» препаратов).
Еще одной проблемой при разработке препаратов направленного действия является наличие в организме человека защитных «перегородок». Это и клеточные мембраны, и гематоэнцефалический барьер, и иммуно-привилегированные зоны (мозг, нервная система, железы половой системы, глаза). В таких случаях важно, чтобы действующее вещество лекарства с помощью специальных молекул-«транспортировщиков» преодолевало такие барьеры и могло воздействовать на клетки-мишени.
– А существуют «нераковые» молекулярные препараты?
– Конечно, существуют. Абсолютно любая болезнь ведет к изменениям на молекулярном уровне, а, следовательно, для каждого заболевания можно выявить молекулярные маркеры, которые многое «расскажут» о заболевании, о степени и прогнозе его развития. Также можно выявить молекулярные мишени, воздействие на которые поможет скорректировать патологии, то есть встать на путь излечения. Это и есть основные предметы исследований для молекулярной медицины.
Кроме того, молекулярная медицина – это, во многом, новый взгляд на ранее применяемые методы лечения. Например, в Китае сейчас активно проводятся программы идентификации действующих веществ из растений, которые тысячелетиями используются в рамках традиционной китайской медицины. То есть, если ранее просто использовали травяные экстракты, то сейчас состав этих же трав разбирается на молекулы для выявления действующего вещества, определяется его механизм действия и область применения. И в этом примере травы рассматриваются не как лекарство, а как источник лекарственных веществ в соответствии с принципами молекулярной медицины.
Источник
Уровни организации жизни
Все живые организмы в природе состоят из одинаковых уровней организации, это общая для всех живых организмов характерная биологическая закономерность.
Выделяют следующие уровни организации живых организмов — молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический, биосферный.
Рис. 1. Молекулярно-генетический уровень
1. Молекулярно-генетический уровень. Это наиболее элементарный характерный для жизни уровень (рис. 1). Как бы сложно или просто ни было строение любого живого организма, они все состоят из одинаковых молекулярных соединений. Примером этого являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и другие сложные молекулярные комплексы органических и неорганических веществ. Их называют иногда биологическими макро- молекулярными веществами. На молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды и происходят другие процессы.
Рис. 2. Клеточный уровень
2. Клеточныйуровенъ. Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов на Земле (рис. 2). Отдельные органоиды в составе клетки имеют характерное строение и выполняют определенную функцию. Функции отдельных органоидов в клетке взаимосвязаны и выполняют единые процессы жизнедеятельности. У одноклеточных организмов (одноклеточные водоросли и простейшие) все жизненные процессы проходят в одной клетке, и одна клетка существует как отдельный организм. Вспомните одноклеточные водоросли, хламидомонады, хлореллу и простейших животных — амебу, инфузорию и др. У многоклеточных организмов одна клетка не может существовать как отдельный организм, но она является элементарной структурной единицей организма.
Рис. 3. Тканевый уровень
3. Тканевый уровень. Совокупность сходных по происхождению, строению и функциям клеток и межклеточных веществ образует ткань. Тканевый уровень характерен только для многоклеточных организмов. Также отдельные ткани не являются самостоятельным целостным организмом (рис. 3). Например, тела животных и человека состоят из четырех различных тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная). Растительные ткани называются: образовательная, покровная, опорная, проводящая и выделительная. Вспомните строение и функции отдельных тканей.
Рис. 4. Органный уровень
4. Органный уровень. У многоклеточных организмов объединение нескольких одинаковых тканей, сходных по строению, происхождению и функциям, образует органный уровень (рис. 4). В составе каждого органа встречается несколько тканей, но среди них одна наиболее значительная. Отдельный орган не может существовать как целостный организм. Несколько органов, сходных по строению и функциям, объединяясь, составляют систему органов, например пищеварения, дыхания, кровообращения и т. д.
Рис. 5. Организменный уровень
5. Организменный уровень. Растения (хламидомонада, хлорелла) и животные (амеба, инфузория и т. д.), тела которых состоят из одной клетки, представляют собой самостоятельный организм (рис. 5). А отдельная особь многоклеточных организмов считается как отдельный организм. В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, — питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать в тесной взаимосвязи с окружающей средой.
Рис. 6. Популяционно-видовой уровень
6. Популяционно-видовой уровень. Совокупность особей одного вида или группы, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида, составляет популяцию. На популяционном уровне осуществляются простейшие эволюционные преобразования, что способствует постепенному появлению нового вида (рис. 6).
Рис. 7 Биогеоценотический уровень
7. Биогеоценотический уровень. Совокупность организмов разных видов и различной сложности организации, приспособленных к одинаковым условиям природной среды, называется биогеоценозом, или природным сообществом. В состав биогеоценоза входят многочисленные виды живых организмов и условия природной среды. В природных биогеоценозах накапливается энергия и передается от одного организма к другому. Биогеоценоз включает неорганические, органические соединения и живые организмы (рис. 7).
Рис. 8. Биосферный уровень
8. Биосферный уровень. Совокупность всех живых организмов на нашей планете и общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень (рис. 8). На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанные с деятельностью человека. Главную роль в биосферном уровне выполняют «живые вещества», т. е. совокупность живых организмов, населяющих Землю. Также в биосферном уровне имеют значение «биокосные вещества», образовавшиеся в результате жизнедеятельности живых организмов и «косных» веществ (т. е. условий окружающей среды). На биосферном уровне происходит круговорот веществ и энергии на Земле с участием всех живых организмов биосферы.
Уровни организации жизни. Популяция. Биогеоценоз. Биосфера.
- В настоящее время выделяют несколько уровней организации живых организмов: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.
- На популяционно-видовом уровне осуществляются элементарные эволюционные преобразования.
- Клетка — самая элементарная структурная и функциональная единица всех живых организмов.
- Совокупность сходных по происхождению, строению и функциям клеток и межклеточных веществ образует ткань.
- Совокупность всех живых организмов на планете и общей природной среды их обитания составляет биосферный уровень.
- Назовите по порядку уровни организации жизни.
- Что такое ткань?
- Из каких основных частей состоит клетка?
- Для каких организмов характерен тканевый уровень?
- Дайте характеристику органного уровня.
- Что такое популяция?
- Дайте характеристику организменному уровню.
- Назовите особенности биогеоценотического уровня.
- Приведите примеры взаимосвязанности уровней организованности жизни.
Заполните таблицу, показывающую структурные особенности каждого уровня организации:
Источник
Уровни организации живой природы.
В живой природе каждый процесс происходит не просто так. Все события взаимосвязаны друг с другом. А осуществление биологических функций возможно на различных иерархических уровнях. Обычно их рассматривают по мере увеличения сложности организации, и мы с вами сделаем так же.
1. Молекулярный (молекулярно-генетический) уровень.
Этот уровень является начальным. Его изучает молекулярная биология. Существуют четыре класса соединений, которые выполняют очень важные биологические функции. К ним относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Все эти соединения обязательно должны присутствовать в любой живой клетке, это важно понимать. Без них существование жизни равняется нулю. Каждый класс соединений выполняет специфические функции, которые не может заменить вещество другого строения. Нуклеиновые кислоты осуществляют хранение и передачу наследственной информации, белки управляют всеми биохимическими процессами в организме, липиды( жиры) выполняют строительную функцию, а углеводы являются основным источником энергии.
Но почему же невозможно рассмотреть жизнь на более низких уровнях организации? Все просто. Все органические молекулы состоят из обычных атомов из периодической системы, которые так же находятся в неорганике. Они уже ничем не будут отличаться, и свойства живого на таких уровнях не будут проявляться.
Представляет собой самостоятельную систему — живую клетку. Каждой клетке присущи свойства живых организмов. Если мы говорим о простейшем одноклеточном существе, то в таком случае клеточный уровень тождествен организменному. У многоклеточных организмов тело состоит из большого количество клеток, которые соединяются в единую систему и позволяют организму существовать.
Иногда тканевый и органный уровни объединяют. Но на мой взгляд, они разные. Тканевый уровень рассматривает клеточные ансамбли — ткани. В таких случаях мы говорим о мышечной, нервной, костной тканях и так далее.
Он рассматривает уже целостные органы. К примеру, сердце, почки или печень. Несмотря на то, что каждый орган состоит из нескольких тканей, обычно только одна из них является рабочей, поэтому этот уровень выделяют отдельно.
Некоторые ученые выделяют системный уровень организации. Он изучает системы органов. В систему входят органы, выполняющие много разных мелких функций, но общую одну. Например, кровеносная система. В нее входит сердце, которое перекачивает кровь, кровеносные сосуды, которые снабжают органы кровью с кислородом и питательными веществами. Но все эти органы выполняют функцию насыщения организма необходимыми веществами.
6. Организменный уровень.
Если говорить кратко, то он изучает совокупность всех систем органов.
7. Популяционно-видовой уровень.
Так же, как и все последующие является надорганизменным, поскольку охватывает группу особей. Только популяция способна обеспечить размножение и преемственность видовых особенностей. Видовой же уровень охватывает популяции того или иного вида, которые заселяют всю территорию ареала.
8. Биоценотический уровень.
Он изучает взаимоотношения между организмами разных видов, которые обитают на одной территории.
Является самым крупным. Он включает в себя взаимоотношения между всеми организмами, обитающими на Земле. Пусть биоценозы отличаются друг от друга, но они со временем переходят в другие, поэтому неминуемо подвергаются взаимодействию.
На этом всё, надеюсь вам была интересна и полезна данная статья, до скорых встреч!
Источник: «Биология для поступающих в вузы»/ Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский.
Источник