Šiame straipsnyje panagrinėsime molekulinę sporto biologiją ir genetiką, atskleisdami jos esmę, svarbą ir perspektyvas. Jei domiesi biologijos mokslu, tikriausiai esi susidūręs ir su molekuline ir ląsteline biologija. Nors susigaudyti tarp daugybės biomokslų šakų ir specializacijų gali būti sunku, molekulinei biologijai tai negalioja. Ši sritis, nors ir palyginti jauna, turi nepaneigiamą reikšmę šiuolaikinei medicinai ir sporto mokslui.
Molekulinė biologija: Pagrindai ir raida
Ląstelių biologijos proveržio pradžia siekia tik XX a. 4-5 dešimtmečius. Šios disciplinos istorija ryškiai kontrastuoja su daug senesne bendrosios biologijos raida, kurios šaknys glūdi dar senovės civilizacijų mitybos ir medicinos įrašuose. Nors lyginant su visa biologijos istorija, molekulinės biologijos kelias trumpesnis, jis vis tiek yra nei kiek ne mažiau svarbus mūsų suvokimui apie šią sritį.
XIX a. daugybė mokslininkų - ypač struktūriniai chemikai, fizikai ir genetikai - siekė suprasti pagrindinius paveldimumo dėsnius. Iki to laiko genetikos sritis rėmėsi Gregoro Mendelio atliktais tyrimais apie požymių išskirtinumą ir paveldėjimą. Tačiau XX a. pradžioje mokslininkai vis labiau stengėsi išsiaiškinti, kokie konkretūs biologiniai mechanizmai lemia genų raišką ir dauginimąsi. Tai paskatino daugumos biologijos šakų asiradimą. Vienas ypač svarbus tyrimas, atliktas 1926 m. mokslininko Thomaso Hunt Morgano, lėmė pirmąjį šios disciplinos paradigmos pokytį. Šis vaisinės muselės tyrimas siekė išanalizuoti organizmo geną. Šis eksperimentas paskatino mokslininkų bendruomenę suvokti, kad trūksta disciplinos, galinčios aprėpti šiuos tyrimus.
Molekulinė biologija apibrėžiama kaip genetinių procesų molekulinių pagrindų tyrimas, genų identifikavimas tam tikruose chromosomose ir gyvybei būtinų makromolekulių žemėlapio sudarymas. Genetikai suprato, kad jų galimybės nagrinėti genomo struktūrą ir funkciją buvo ribotos dėl jų pačių disciplinos apibrėžimų. Todėl 4-5 dešimtmečiais pradėtos kurti integruotos komandos, jungiančios tris mokslo sritis: chemiją, fiziką ir biologiją. Tuo metu kvantinė fizika ir struktūrinė biologija, kartu su naujomis rentgeno technologijomis, paskatino tarptautinį mokslinį bendradarbiavimą ir tyrimų klestėjimą.
1953 m. Jameso Watsono ir Franciso Cricko atradimai amžiams pakeitė molekulinės biologijos ir ląstelių pažinimo sritį. Jų atrasta DNR dvigubos spiralės struktūra paskatino dar vieną lūžį - ši disciplina gavo naują apibrėžimą ir tikslą. Nuo tada molekuliniai biologai nukreipė dėmesį nuo bendro paveldimumo proceso analizės į DNR ir genų paveldimumo tyrimus. Watsono ir Cricko atradimai 6-7 dešimtmečiais paskatino dar daugiau klausimų, ypač tobulėjant technologijoms. 8-10 dešimtmečiais, kai sustiprėjo DNR sekos nustatymo reikšmė, disciplina ir vėl pasikeitė. Mokslininkai ėmė gilintis tiek į genomo kodavimą, tiek į tikslų molekulių aprašymą. XXI a. prioritetu tapo žmogaus nervų sistemos molekulinių procesų tyrimai, kartu siekiant nustatyti žmonių, augalų ir gyvūnų genomų sekas. Nors dažnai ši sritis asocijuojasi tik su nukleino rūgštimis ar mikroorganizmais, jos raida rodo, kad ji nuo pat pradžių rėmėsi tarpdisciplininiu bendradarbiavimu.
Taip pat skaitykite: Molekulinė biologija sporte
Pagrindinės sąvokos
Bestudijuojant biologiją, kad ir kuri sritis tai būtų, gali kilti daug klausimų. Tad verta apžvelgti pagrindines, dažniausiai sutinkamas sąvokas. Vienas būdų mokytis - susipažinti su pagrindinėmis disciplinos temomis. Štai keletas jų:
- Lipidai: organiniai junginiai, nereaguojantys su vandeniu - pvz., riebalai, aliejai, hormonai.
- Eukariotiniai organizmai: tai organizmai, kurių ląstelės turi branduolį. Jie pasižymi branduoline membrana, apibrėžtais chromosomų rinkiniais ir organelėmis, tokiomis kaip mitochondrijos, Goldžio kompleksas ir endoplazminis tinklas.
- Eukariotų transkripcija: gyvybiškai svarbus procesas, kurio metu DNR paverčiama į RNR - ši informacija toliau perduodama įvairioms organizmo dalims.
- Genų raiška: tai procesas, kurio metu DNR informacija paverčiama į veiklų produktą - dažniausiai baltymą.
- Genomika: tiria genetinės medžiagos - genomo - struktūrą, funkciją ir paveldimumą. Ši sritis glaudžiai susijusi su DNR sekoskaita.
- Nukleino rūgštys: cheminiai junginiai, perduodantys ląstelinę informaciją ir nulemiantys paveldimas savybes.
- Patogenai: ligas sukeliantys mikroorganizmai. Jie skirstomi į keturias pagrindines grupes - virusai, bakterijos, grybai, pirmuonys ir kirminai.
- Makromolekulės: labai didelės molekulės, kurių skersmuo paprastai siekia 10⁻⁵-10⁻³ mm. Pvz., guma ar sintetinės medžiagos.
Genetika: Paveldimumo mokslas
Genetika - biologijos mokslo šaka. Genetinės medžiagos koduojamos informacijos nulemtas paveldimumas yra labai svarbus. Labai svarbi žmogaus genetika.
Pagrindinės genetikos sritys:
- Klasikinė genetika: apima genetikos metodus.
- Molekulinė genetika: remiasi klasikinės genetikos pagrindais.
- Citogenetika: Pagrindinis citogenetikos tyrimo objektas - chromosomos.
Iš genetikos ir biochemijos disciplinų išaugo molekulinės biologijos mokslas. Genetikos pradininku laikomas Gregora Mendelis. Eksperimentinės genetika Lietuvoje pradėta plėtoti 1963 m.
Genetikos istorijos svarbiausi įvykiai:
- 1859 m. - Č. Darvinas išleidžia „Rūšių kilmę“ (The Origin of Species).
- 1956 m. - nustatoma, kad normalaus žmogaus chromosomų skaičius yra 46.
Molekulinė sporto biologija ir genetika
Molekulinė sporto biologija ir genetika tiria, kaip genetiniai ir molekuliniai veiksniai veikia žmogaus fizines savybes, sportinius rezultatus ir reakciją į fizinį krūvį. Tai apima genų, baltymų ir kitų molekulių vaidmens analizę raumenų augime, ištvermėje, jėgoje ir kituose svarbiuose sportinių savybių aspektuose.
Tyrimų kryptys
Ši mokslo kryptis išsiskiria savo tyrimų platumu. Joje telpa mokslinės grupės, tiriančios:
Taip pat skaitykite: Atsiliepimai apie Geležinius Žmones ir Ko
- Genetinius bei molekulinius mechanizmus.
- Širdies-kraujagyslių ir kvėpavimo sistemas.
- Integruotus sportininkų būsenos įvertinimo metodus.
- Sporto žaidimų problemas.
Molekulinių ir genetinių veiksnių tyrimų pokyčiai
Šiuo metu molekulinės biologijos ir genetikos srityje dirba daug mokslininkų, kurių kiekvienas, manau, turi savo nuomonę šiuo klausimu. Aiškinantis atskirų genų veikimo mechanizmus svarbų vaidmenį atliko genų įvedimo į ląsteles metodų tobulėjimas bei genetinės inžinerijos metodai, kurie leidžia keisti (modifikuoti) genus. Pažangą lėmė ir sparti pažanga tiriant kamienines ląsteles, tai yra tokias ląsteles, kurias galima paversti įvairių audinių ląstelėmis keičiant jas supančios terpės sudėtį arba jas genetiškai modifikuojant. Dėl sparčios pažangos šiose tyrimų srityse kalbama ir apie žmogui tinkamų audinių auginimą laboratorinėmis sąlygomis.
Taip pat atlikta nemažai didelio masto genomo asociacinių tyrimų (angl. genome-wide association studies, GWAS). Pavyko rasti ryšį tarp atskirų genetinių veiksnių bei rizikos susirgti plačiai paplitusiomis ligomis. Tai lemia didėjantį įvairių genetinių testų populiarumą. Vis daugiau kalbama apie ligų profilaktikos ir gydymo metodų pritaikymą žmonių genotipams. Kol kas lieka neišspręsta ląstelių senėjimo problema, o tai tiesiogiai siejasi su organizmo senėjimo procesais. Šiuo metu nėra efektyvių priemonių, kaip pristabdyti žmonių raumenų nykimą ir silpnėjimą bei nervų sistemos degeneraciją dėl amžiaus. Pagerėjus gyvenimo kokybei bei medicininiam aptarnavimui padidėjo ir žmonių, sulaukiančių garbingo amžiaus, skaičius. Tai lėmė vėžinių susirgimų išplitimą. Kovai su vėžiu metamos didelės mokslininkų pajėgos. Kita sritis, kur dar mažai pažengta į priekį - tai molekuliniai ir genetiniai psichinių susirgimų pagrindai.
Genetinių veiksnių įtaka raumenų masei ir jėgai
Atskirų genomo sričių, lemiančių vieną ar kitą požymį, identifikavimas - pradinis etapas ilgame kelyje ieškant genų, nuo kurių priklauso tiriamas požymis. Šiuo atveju kalbame apie raumenų masę ir jėgą. Šiuo metu Aberdyno universitete mes su dr. Arimantu Lioniku atliekame tokius tyrimus, pvz., tiriame kai kurių genų - kandidatų įtaką raumenų ląstelių augimo ir dauginimosi tempams. Jeigu kai kurie mūsų spėjimai pasitvirtins, bus galima siūlyti taikinius „vaistams“ nuo raumenų nykimo kurti. Kaip jau minėjau, vaistų nuo raumenų nykimo nėra. Yra hormoninių preparatų, kurie pasižymi visa eile šalutinių poveikių ir yra žalingi sveikatai.
Taikymas sporte
Teorinės ir iš dalies praktinės prielaidos „genetiškai modifikuotiems“ sportininkams atsirasti jau yra. Kaip minėjau, yra metodai, kuriuos naudojant galima genus įvesti į ląsteles. Pagrindinė problema - mažas šių metodų efektyvumas. Genus pasiseka įvesti tik į nedidelį skaičių tiriamų ląstelių. Genų įvedimo metodai gerai veikia, kai jie naudojami ląstelių kultūroms lėkštelėje, bet problemos padidėja, kai bandoma genus įvesti į ląsteles, esančias gyvuose organizmuose. Pavyzdžiui, per paskutiniuosius 10 metų padarytas milžiniškas šuolis gydant Duchenne raumenų distrofiją. Guillaume-Benjamin-Amand Duchenne - mokslininkas, kuris aprašė šią ligą dar XIX amžiuje, bet iki šiol ji laikoma nepagydoma. Šiai ligai būdingas ryškus raumenų nykimas dėl funkcionuojančio distrofino baltymo nepakankamumo ląstelėse. Čia nemažai pasidarbavo Oksfordo universitete dirbanti profesorė Key Davis, viena pirmųjų pasiūliusi taikyti vaistus, kurie keičia būdą, kaip nuskaitomas distrofiną koduojantis genas. Kaip rodo šis pavyzdys, vaistai kuriami ligoms gydyti. Manau, kad pateisinama kurti vaistus ir žmonių gyvenimo kokybei gerinti, jeigu tie vaistai neturi šalutinių poveikių, kurie neigiamai veikia sveikatą. Turiu mintyje vaistus nuo raumenų nykimo dėl amžiaus. Nenorėčiau, kad tokie vaistai butu naudojami sportininkų rezultatams gerinti, nes tai būtų nesąžininga. Jau dabar ne visi sportininkai turi vienodas sąlygas ruoštis varžyboms.
Ateities perspektyvos
Mūsų darbas yra skirtas naujiems būdams, kaip stiprinti žmonių sveikatą, kurti. Kita problema, kuria mes dabar domimės - tai genetiniai veiksniai, lemiantys polinkį į nutukimą. Mes čia mokomės iš gyvūnų. Manome, kad viena iš pelių linijų yra atspari nutukimui dėl specifinio polimorfizmo gene, koduojančiame citrato sintazę. Tai fermentas, atsakingas už citrato gamybą mitochondrijose. Šiuo metu Aberdyne su doktorantu Brendanu Gabrielu atliekame tyrimus mūsų hipotezei patikrinti.
Taip pat skaitykite: Klientų atsiliepimai apie Graičiūno sporto klubą
Karjeros galimybės
Molekulinė ir ląstelinė biologija yra tarpdisciplininė sritis, todėl ji turi daug skirtingų karjeros krypčių: nuo genetikos ir medicinos iki biotechnologijų. Ląstelių biologija taip pat vaidina svarbų vaidmenį augalų biologijoje. Pasirinktas studijų kelias priklausys nuo tavo pasirinktos specializacijos. Vis dėlto yra keletas bendrinių reikalavimų:
- Norint pradėti bet kokią karjerą šioje srityje, būtina turėti bent jau biologijos ar susijusios srities bakalauro diplomą.
- Jei sieki dėstytojo karjeros arba darbo laboratoriniuose tyrimuose, reikės magistro, o kartais ir doktorantūros laipsnio.
Galimos karjeros pozicijos:
- Laboratorijos technikas: Šie specialistai padeda mokslininkams laboratorijoje. Pavyzdžiui, jie gali tirti, kaip ląstelės reaguoja į rūgštį, pasitelkdami mikrobiologiją. Šis darbas laikomas kaip pradinio lygio pozicija ir paprastai reikalauja tik bakalauro diplomo. Galimos studijų kryptys: Ląstelių biologija, Bendroji biologija.
- Biologijos mokytojas: Jei nori įkvėpti jaunus žmones pažinti pasaulį, verta pagalvoti apie pedagogo profesiją. Daugumoje mokyklų pakanka bakalauro laipsnio, bet dėstant universitete, reikės magistro ar net daktaro laipsnio. Galimos studijų sritys: Gamtos mokslai, Vystymosi biologija, Biofizika, Fiziologija.
- Molekuliniai ir ląsteliniai biologai: Molekulinių biologų dėmesys nukreiptas į molekules ir jų procesus, o ląstelinių biologų - į viską, kas susiję su ląstelių vystymusi ir funkcijomis. Karjeros galimybių daug - nuo tyrimų, ląstelių atvaizdavimo iki ekosistemų kūrimo. Ši sritis glaudžiai susijusi ir su medicina. Nors bendroji biologija gali padėti įgyti pagrindus medicinos karjerai, yra daug alternatyvių kelių - priklausomai nuo tavo interesų. Jei nori tapti chirurgu, svarbu iš anksto žinoti, kokios specializacijos sieki - tai padės pasirinkti tinkamas studijų kryptis. Studijų sritys: Genomika, Mikrobiologija, Bioinformatika, Imunologija, Neuromokslai, Kompiuterinė biologija.
Atlyginimai
Atlyginimai šioje srityje priklauso nuo patirties, išsilavinimo ir darbo vietos. Štai keletas pavyzdžių:
- Biologijos technikų ir biotechnologų atlyginimai Lietuvoje:
- Pradedantysis biologijos technikas: vidutinis bruto atlyginimas svyruoja nuo 1 092 iki 1 636 EUR per mėnesį, priklausomai nuo įmonės ir pareigų lygio.
- Vyresnysis technikas: atlyginimas gali siekti 1 292-1 942 EUR bruto per mėnesį, ypač tokiose įmonėse kaip „Thermo Fisher Scientific“.
- Biotechnologai: priklausomai nuo patirties, bruto atlyginimai gali būti:
- Pradedantysis: apie 1 500 EUR
- Vidutinės patirties specialistas: apie 2 500 EUR
- Patyręs specialistas: 3 500 EUR ir daugiau
- Tyrimų vadovas: 4 500 EUR ir daugiau.
- Bendras gydytojų atlyginimų diapazonas Lietuvoje svyruoja nuo 1 319 iki 6 960 EUR neto per mėnesį, priklausomai nuo specializacijos, patirties ir darbo vietos.
Genetika Lietuvoje
Eksperimentinės genetika Lietuvoje pradėta plėtoti 1963 m. Genetika galima studijuoti Vilniaus universitete. Negalima sakyti, kad Lietuvoje nieko nedaroma genetikos srityje. Neseniai VU profesorius Vaidutis Kučinskas buvo apdovanotas valstybine premija už darbą Lietuvos populiacijos genetikai tirti. Mūsų doktorantai studijuoja genetiką pas VU profesorių Vytautą Rančelį. Molekulinė biologija ir genetika yra plačios tyrimų sritys. Daugelyje JAV universitetų yra atskiri fakultetai, kurie dirba būtent šioje srityje.
Lietuva prie EMBL prisijungė 2019 m., o 2020 m. VU įkurtas vienas iš septynių EMBL Partnerystės institutų. Nuo 2019 m., kai pradėjau eiti generalinės direktorės pareigas, labai greitai pamačiau, kokia svarbi EMBL yra Lietuvai ir kokia svarbi Lietuva yra EMBL. Todėl labai, labai džiaugiuosi ir didžiuojuosi, kad esu čia, nes švenčiame penktąsias [EMBL] partnerystės su Gyvybės mokslų centru metines. Mane tikrai džiugina Lietuvoje tai, kad mokslo progresas yra kuriamas tinkamų žmonių. Lietuviai yra žmonės, kurie supranta, kad svarbu daryti mokslą, juos tai jaudina. Jie nori atradimų, nori sėkmės. Jauni žmonės bendradarbiauja. Yra gera visuma procesų, užtikrinančių, kad gerai veiktume. Gera pagrindinė infrastruktūra, geriausių žmonių samdymas ir pagalba jiems atliekant geriausią darbą. Būtent taip buvo įsteigtas Gyvybės mokslų centras, gavus finansavimą iš Lietuvos Vyriausybės ir iš Europos Sąjungos. Ir dabar, praėjus vos penkeriems metams, tai yra neįtikėtina sėkmės istorija. Žinote, turite grupių vadovų, kurie jau yra gavę Europos mokslinių tyrimų tarybos dotacijas. Spausdinate nuostabius straipsnius ir plėtojate partnerystes. Be to, mane tikrai džiugina Lietuvoje tai, kad mokslo progresas yra kuriamas tinkamų žmonių. Prisimenu, kai pirmą kartą čia lankiausi 2021 metais, susipažinau su žmonėmis iš universiteto. Susipažinau su žmonėmis iš Gyvybės mokslų centro, susipažinau su tuometiniu ministru ir tiesiog pajutau, kad lietuviai yra žmonės, kurie supranta, kad svarbu daryti mokslą, juos tai jaudina. Jie nori atradimų, nori sėkmės. Jie nori žinoti, kaip viskas veikia. Ir tai yra labai svarbu.
Moterų vaidmuo moksle
Prof. Edith Heard, Europos molekulinės biologijos laboratorijos generalinė direktorė, pabrėžia, kad ypač mokslo srityje mes visi turime tą pačią misiją - mes norime daryti puikų mokslą. Taigi mano žinutė kitoms moterims - reikia tiesiog nepamiršti, kad svarbiausia yra daryti teisingus dalykus. Tad jei nori būti sėkminga moteris, turi padėti kitoms moterims būti sėkmingoms. Skirtingose šalyse yra skirtinga situacija. Tačiau, manau, kad Lietuvai sekasi neblogai. Man didelį įspūdį daro tai, kiek daug moterų užima vadovaujančias pareigas. Ji pataria jaunoms moterims, kurios dar tik žengia į mokslo pasaulį, bet jau turi nemažai baimių: "Tiesiog darykite tai. Mums reikia moterų. Žinote, mes sudarome 50 proc. gyventojų ir esame labai svarbios, kad pasaulis taptų geresnis. Žvelgdama atgal supratau, kad niekada nekeisčiau savo pasirinkimo būti mokslininke. Tai fantastiška karjera, nors ji labai sudėtinga. Mokslas išlaisvina, nes bandai suprasti, kaip veikia pasaulis. Ir aš tikrai skatinu jaunas moteris rinktis mokslą, nes, mano nuomone, tai viena lengviausių karjerų, kurioje gali būti sėkminga. Jei norite, galite turėti šeimą. Galite tobulėti įvairiomis kryptimis. Yra lankstumas, kūrybiškumas."
tags: #molekuline #sporto #biologija #ir #genetika