Как фундаментальная наука меняет мир

Добрый день, дорогие читатели!

Я частенько сталкиваюсь с тем, что обывателям, далеким от науки, не совсем понятна роль фундаментальных исследований в нашем мире. Фундаментальную науку я здесь специально противопоставляю прикладной. Ну, вы поняли - когда ученые в лаборатории Danone ломают головы над тем, как продлить срок хранения йогурта - это прикладная наука. А фундаментальная - эта та, которая не имеет целью принести непосредственную ежеминутную пользу. Разделение фиговое и местами трещит по швам, но для этого поста подойдет. И речь сейчас не о каких-нибудь "крутых" исследованиях, типа чуваков в ЦЕРНе, которые вот-вот изобретут телепорт (шутка) или биологах, которые буквально у нас на глазах улучшают прогноз больных раком. Нет - речь о тех самых условных "Дуремарах", которые сидят себе в пыльном кабинете и изучают что-то только им одним интересное, типа строения ножки жука (да простят меня энтомологи). Казалось бы - ну сидит себе человек, занимается любимым делом - но миру он вряд ли этим как-то поможет...

Но реальность, как всегда, гораздо интереснее. Порой в самых неожиданных случаях из сугубо фундаментальных исследований выходит такая практическая польза, что даже сложно себе представить мир без этого изобретения. В этом посте я приведу три примера такого рода из родной мне биологии. Поехали!

Горячие источники и ПЦР

Как фундаментальная наука меняет мир Наука, Биология, ПЦР, Генная инженерия, Биохимия, Нобелевская премия, Длиннопост

Радужная лужица в Йеллоустоуне поменяла мир. Источник - Википедия

Еще в начале второй половины 20го века биологам стало понятно, что ДНК надо чертовски срочно исследовать, потому что это просто дохрена важная молекула. Одиозный гений Кэри Муллис придумал ПЦР - метод, позволяющий многократно копировать целевой участок цепи ДНК, увеличивая его концентрацию с виртуально даже пары копий до триллионов - количества, с которым можно нормально работать. Кто совсем не помнит, о чем речь - добро пожаловать в один из моих прошлых постов. Так вот, все круто, метод есть, но остался один нюанс - в ходе реакции образец многкратно (около 30 раз) нагревается почти до кипения, и при этом ключевой фермент, используемый в ПЦР - полимераза - тупо сваривается. После каждого такого нагрева несчастному лаборанту нужно было вручную добавлять полимеразу заново - а это мало того что куча времени, так еще и деньги, потому что фермент это дорогой (особенно в те времена). И вот тут пригодились те самые фундаментальщики, которые всю свою жизнь сидели на берегу горячих источников в Йеллоустоунском заповеднике и собирали там цветастую жижу... А в жиже этой живут термофильные (т.е. любящие высокие температуры) микроорганизмы, в том числе некая бактерия Thermus aquaticus. И ведь не лень было этим ученым копаться в вонючей грязи, потом выращивать культуры в лаборатории, разбивать на штаммы... Казалось бы - ну зачем? А некто Alice Chien взяла да и выделила из штамма YT-1 полимеразу, которая мало того что не варится при 95 градусах, так и работать может нормально только при 72х! Не будет преувеличением сказать, что этот последний кирпичик окончательно вознес ПЦР в короли молекулярной биологии, а оттуда и до диагностики в медицине недалеко. Готов поспорить, что большинство из вас хоть раз в жизни сдавали пробу на ПЦР - ну а с приходом нашего любомого друга SARS-CoV-2 это вообще стало актуально как никогда. ПЦР революционировала научный мир и как никакой другой метод способствовала стремительному накоплению знаний во всех биологических областях. Вот тебе и лужица с микробами в парке...

Мечехвосты и эндотоксины

Как фундаментальная наука меняет мир Наука, Биология, ПЦР, Генная инженерия, Биохимия, Нобелевская премия, Длиннопост

Несчастные мечехвосты спасают миллионы жизней. Источник

Определение бактерий в производстве продуктов питания и особенно в лекарствах - очень важный этап производственного процесса. Нам, обывателям, это не заметно - пришел в аптеку и купил. Но за каждым (нормальным) лекарством стоят тысячи часов тестов на чистоту. Бактерии имеют нахальное свойство вырабатывать т.н. эндотоксины - вещества, от которых всем вокруг, кроме этих бактерий, становится очень плохо. А учитывая, что большинство рекомбинантных лекарств (инсулин, например) производят бактерии - очень важно убедиться, что в финальном продукте нет коварных примесей, от которых пациенту станет отнюдь не лучше! Да и в еде или напитке желательно без них обойтись. Как проверять? Берешь кролика, колешь ему исследуемый препарат, а потом смотришь не сдох ли измеряешь ему температуру и делаешь выводы. Долго, дорого и неточно... Фундаментальщики, спасайте! Пока одни ученые самозабвенно копались в термальных источниках, других тянуло в морские пучины. Вы вот слышали о мечехвостах? Это такие безобидные членистоногие, называемые Limulus polyphemus, пережитки прошлой эпохи, мирно себе плавающие в прибрежных водах. Я до сих пор не могу понять, что заставило Фреда Бэнга в 1953м проверить, как голубая кровь мечехвостов реагирует на наличие бактерий. Может, его необычный цвет крови привлек... так или иначе, выяснилось, что их кровь при наличии даже мельчайших бактериальных примесей (даже кусков мертвых бактерий) превращается в гель, что позволяет быстро и легко определять наличие микробов или их производных в чем угодно - даже на стенках МКС. В итоге в 1977м FDA (такой очень важный американский контролирующий орган) предписала проверять с помощью экстракта из крови мечехвостов вообще все препараты, а также продукты, контактирующие с кровью человека. Тест этот называется LAL (Limulus amebocyte lysate) и применяется и по сей день, в том числе при разработке вакцин от коронавируса. Крабов жалко, многие гибнут в процессе сборки крови, поэтому тест пытаются где возможно заменить на более этичные (и более дорогие) альтернативы.

Медузы и молекулярная биология

Как фундаментальная наука меняет мир Наука, Биология, ПЦР, Генная инженерия, Биохимия, Нобелевская премия, Длиннопост

Медуза даже представить себе не может, что у нее внутри. Источник

Некоторые биологи очень любят смотреть в микроскоп. С появлением более крутых методов микроскопии, а также развитием клеточной биологии ученым открылись удивительные процессы, происходящие на микроуровне наших тел. Но в у любого метода есть свой предел возможностей. Например, я хочу увидеть, как какой-нибудь конкретный белок двигается по клетке. А там этих белков тысячи... Это как искать одного человека в толпе на стадионе. Надо было что-то придумывать... Помните, как зубы девушки, белая футболка и ваша перхоть светятся под ультрафиолетовой лампой в клубе? Вот бы также с нашим белком сделать, подумали ученые и придумали флуоресцентную микроскопию. Берем флуорофор - это такая молекула, которая светится при определенных условиях - и пришпиливаем его к нашему белку, прям как отражатель к велику. Или к клетке - да и вообще к чему угодно, что надо увидеть. И вуаля - наш объект изучения светится как семафор в ночи. Но вот загвоздка: поиск хороших флуорофоров - еще та задачка. То они жутко дорогие, то для их свечения нужны безумные танцы с бубном, то само наличие флуорофора в клетке мигом убивает ее нахрен. И тут нам на помощь приходят плавающие в океане желешки под названием Aequorea victoria. Троица ученых - Мартин Чалфи, Осаму Шимомура и Роджер Тсиен - решили докопаться до ответа на вопрос, почему эти медузы так приколько мигают зеленым, и в семидесятых выделили из них - потребовалось около 10000 особей - белок GFP (Green Fluorescent Protein). Этот дешевый и очень эффективный способ окраски полсужил мощным толчком в развитии техники флуоресцентной микроскопии, без которой сегодня сложно представить обычную цитологическую лабораторию. Без преувеличения можно сказать, что с помощью этой технологии сегодня проводится подавляющее большинство исследований в области клеточной физиологии. Кстати, не обошла эта волна и фармакологию - все разрабатываемые препараты и вещества, являющиеся кандидатами в лекарства, тестируются на клеточных культурах - и визуализируются, как правило, все той же флуоресцентной микроскопией. Более того, обнаруженный в медузе механизм передачи флуоресцентной энергии с одного белка на другой (FRET) удалось перенести в лабораторию, и сейчас он активно применяется в диагностической ПЦР - об этом в моем прошлом посте. Ну а трём ребятам дали Нобелевку в 2008 - спасибо, медузки!

Меня тянет рассказать еще про много чего - креветок и генную инженерию, пищеварительные ферменты и стиральный порошок... Но, надеюсь, посыл ясен: без фундаментальных исследований у пирамиды человеческих знаний просто нет основания. Причем мы не можем заранее предугадать, в какой области надо копать - важно может быть все. И пускай только малая толика из исследованного когда-то понадобится - пренебрегать нельзя ничем. Учитесь и исследуйте, друзья!

Как фундаментальная наука меняет мир Наука, Биология, ПЦР, Генная инженерия, Биохимия, Нобелевская премия, Длиннопост

Мутантная GFP-свинка не понимает, почему ты не светишься от счастья

Лига биологов

7.7K постов15.3K подписчиков

Добавить пост

Правила сообщества

Правила сайта никем не отменялись.

Будьте вежливы и сдержаны.

Не разводите политоту, не тащите спам.


Пост-определялка. Если хотите определить представителя флоры или фауны, можете спросить там, я обязательно постараюсь помочь.


Выносятся посты содержащие антинаучные и другие сомнительные идеи. Их авторы караются на месте.

Так как в сообществе отключена премодерация, могут проходить посты по тем или иным причинам не подходящие под формат сообщества. Такие посты переносятся в общую ленту.

Администратор иногда переносит в сообщество посты подходящей тематики, которые ей особенно понравились, не серчайте, считайте комплиментом.


Если в пост закралась грубая ошибка, не удивляйтесь, если администратор попросит её исправить.


Вбросы антинаучных идей и попросту различная глупость в комментариях расцениваются как развлечение для публики. Такие сообщения отдаются на растерзание толпе, как и их авторы, будь то тролли, адепты всех мастей или просто недальновидные личности.

Политика сообщества не предусматривает раздачу банов направо и налево, однако, если вы нарушаете покой пользователей, и на вас пожаловались – не обижайтесь.

33
Автор поста оценил этот комментарий

А зачем противопоставлять?
Прикладная наука как раз и имеет в себе цель применить на практике знания, полученные от науки фундаментальной.
Они цепочкой идут. Сама по себе прикладная наука исследованиями теорий не занимается, она занимается именно нахождением применения найденных и доказанных фактов.

раскрыть ветку (1)
46
Автор поста оценил этот комментарий

Разумеется. Собственно, противопоставления как такового в тексте и нет, скорее, надуманное разделение. Но для удобства донесения мысли позволительно, я считаю.

показать ответы
2
Автор поста оценил этот комментарий
Как крепится флуорофор к конкретному белку, что является "клеем"?
раскрыть ветку (1)
6
Автор поста оценил этот комментарий

Хороший вопрос! Вариантов несколько. Если у нас обычная клетка или животное - то можно воспользоваться мечеными антителами. Это антитела, несущие какой-либо репортер - например, флуорофор. Антитело присоединяется к целевому белку (и только к нему) и таким образом метит его. Это аффинная связь.

Второй вариант - дать клетке изначально команду производить меченый белок - то есть, в ген белка вшита инструкция по синтезу флуорофора. В этом случае флуорофор связан с белком обычной ковалентной связью, и как и все аминокислоты друг с другом. Тогда тупо все копии белка в организме могут быть мечеными - вот так и появляются светящиеся свинки))

показать ответы
2
Автор поста оценил этот комментарий

Извините, после слова "ньюанс" чтение прекратил.

раскрыть ветку (1)
17
Автор поста оценил этот комментарий

Извиняю. Спасибо, исправил. У вас отбой на чтение до первой опечатки? Тогда вам широкая масса текстов на пикабу должна тяжко даваться...

показать ответы
7
Автор поста оценил этот комментарий
Я извиняюсь что не в тему, но у меня вопрос. Может вы поможете. Вот в вашем последнем примере учёные выделили белок в 70-ых, а нобелевку получили в 2008 году. И постоянно ведь так происходит. Вот в прошлом году Пенроуз получил тоже за то, чем занимается всю жизнь. Очень часто слышу, что премию получают за исследования давних лет. Почему так? Неужели настолько много времени прошло, конкретно в вашем примере, пока поняли как это использовать и что это прорыв или там просто такая большая очередь, что выдают премии с задержкой в 40 лет ;)
раскрыть ветку (1)
10
Автор поста оценил этот комментарий

Фиг знает, если честно... Я бы вообще с осторожностью подходил к вопросу того, как и за что выдают Нобелевку. Начиная хотя бы с того, что премии по биологии вовсе нет - есть по физиологии и медицине...

74
Автор поста оценил этот комментарий

О, а знаете в РФ какое отношение к фундаментальной науке? Закрывают Фонд фундаментальных исследований. ЗЫ термоисточники золотая жила для опытного микробиолога, американцы в 90-ых организовывали при попустительстве правительства (время такое было) научные рейды практически на все термальные источники в России, на этом компания Diversa поднялась. ЗЗЫ пишите про креветок, интересно что с их генетикой, у меня много разных в аквариумах + на работе коллега фагов из них выделяет

раскрыть ветку (1)
9
Автор поста оценил этот комментарий

У меня была задумка написать про креветочную Shrimp Alkali Phosphatase, с которой имеет дело почти каждый биохимик или молеулярщик. Ну или хитозан там. Но потом я подумал, что слишком длинный текст плохо заходит.

показать ответы
Автор поста оценил этот комментарий
А этот пцр это имеет отношение к пцр тесту при ковиде?
раскрыть ветку (1)
8
Автор поста оценил этот комментарий

самое что ни на есть имеет :-) Это она и есть.

10
Автор поста оценил этот комментарий

Обозванным крабами мечехвостам обидно было.

раскрыть ветку (1)
8
Автор поста оценил этот комментарий

Блин, ну да. Меня из-за английского horseshoe crab не туда потянуло...

показать ответы
5
Автор поста оценил этот комментарий

А в вашем случае тяжело добыть стандартный грант для "немаленьких" групп?

При мне в РНФ такие заявки подавались 2 раза, оба раза были положительные рецензии и оба раза заявки были отвергнуты без разъяснения причины. Направление работ строго фундаментальное, прикладного значения у наших амёб нет.

Полагаю, топовые вузы сейчас такое могут себе позволить, но очевидно, что пока не будет грантов под экспериментальную часть, то не будет и нормального эксперимента во многих областях...

В СПбГУ, да, есть ресурсник под все нужды сотрудников и их студентов, в некоторых случаях даже бесплатный. А вот в МГУ, как оказалось, ничем таким и не пахнет. Если условный альголог захочет выделить ДНК и поставить ПЦР, то ему нужно напрашиваться к конкретным людям в конкретных лабораториях, где есть ПЦР-машина, приобретённая с денег конкретного грантодержателя.

ДВФУ, например, это третий тип ВУЗов. Университет отгрохал огромный лабораторный комплекс, но никого туда не пускают, т.е. боятся поломки оборудования.
раскрыть ветку (1)
5
Автор поста оценил этот комментарий

И это вы берете крупные вузы... А в мелких с грантов копят годами на секвенатор, потом каждый год все скидываются на расходку. У нас было внегласное правило - треть гранта идёт в общак на химию. Тоже, кстати, ПЦРил и секвенировал, и тоже амёб, как понятно из моего ника) Но это в прошлом, правда, теперь я а той самой компании, которая впаривает вам эту самую расходку))

показать ответы
Автор поста оценил этот комментарий
Одна поправка: семафор в ночи не светится. Более того, вы вряд ли найдёте работающий семафор на железных дорогах РФ. Их век прошёл.
раскрыть ветку (1)
5
Автор поста оценил этот комментарий

Я так и знал, что накосячу с этой метафорой XD

3
Автор поста оценил этот комментарий

Одиозный гений Кэри Муллис придумал ПЦР


Что ты имеешь в виду под одиозным? Одиозный – ненавистный, известный своими отрицательными сторонами или нехорошими деяниями, вызывающий неприязнь. Чем Кэри Мулис насолил миру, что его ненавидят?

А ещё Кэри Мулис, оказывается, мужик, а ты использовал его фамилию в женском роде. Работа чья? Кэри Мулиса – мужика. Работа чья? Мэри Мулис – женщины.

Роман Стивена Кинга (а не роман Стивен Кинг).

Иллюстрация к комментарию
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (1)
7
Автор поста оценил этот комментарий

Хм, я вкладываю в это слово немного другое значение - что-то вроде неоднозначности. Муллис был, во-первых, любителем ЛСД, что снискало ему определенную дурную славу. А под конец жизни вообще стал фриком, отрицая связь между ВИЧ и СПИД и т.д. В приципе, найденное тобой определение не так уж и мажет. С другой стороны, нобелевский лауреат все-таки...

показать ответы
13
Автор поста оценил этот комментарий
Вот представьте какие знания накопило человечество, а воспользоваться ими полноценно способен лишь небольшой процент людей. И если вдруг какой глобальный пиздец - очень резкий и очень сильный технологический откат обеспечен. Хрупкий мир..
раскрыть ветку (1)
3
Автор поста оценил этот комментарий

Я как раз прохожу the last of us))

1
Автор поста оценил этот комментарий

Михаил, спасибо за рецензию моей магистерской.

раскрыть ветку (1)
2
Автор поста оценил этот комментарий

Да я уж догадался ;-)

показать ответы
Автор поста оценил этот комментарий

Ну фотография свиньи просто из фотобанка https://www.dreamstime.com/stock-photo-young-pig-1-month-ima...

Ей изменили цвета, а затем инвертировали в негатив

Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий

Признаюсь - это возможно. Я гуглил по фразе "GFP Pig", и ссылка на картинке была на статью с реально модифицированными животными, но там было видео с ними, а не это фото.

1
Автор поста оценил этот комментарий

Подождите, про свинок это не прикол, что ли?


Holy crap! Оно реально существует!!!

https://www.dailymail.co.uk/video/news/video-1078410/Scienti...

раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий

А как же! А также кролики, котята и прочая живность

4
Автор поста оценил этот комментарий

Блиин, теперь хочу пост про креветок и генную инженерию :( И вообще, оказалось, молекулярная биология – это очень интересно, спасибо автору!

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Рад стараться!

1
Автор поста оценил этот комментарий
Тебе запретили что либо говорить о телепорте?
раскрыть ветку (1)
1
Автор поста оценил этот комментарий

🙄😏