С чего начать изучать биологию
Подготовка к экзамену: как выучить биологию самостоятельно дома с нуля
Существует специальная методика, как выучить биологию самостоятельно дома с нуля. Для ее выполнения нужно просто не волноваться, запастись терпением, хорошими учебниками и наглядными пособиями. Немалую роль в успехе играют самоорганизация и большое количество времени для подготовки.
Порядок самостоятельной работы
Если нужно сдавать экзамен по биологии, а средств на репетитора нет, то можно и самому изучить эту естественную науку. Для начала следует оценить уровень своих знаний. Если таковой равен нулю, то на самостоятельное изучение биологии нужно отвести достаточно времени, чтобы хорошо проштудировать все темы и разобраться в них. Для этого следует ознакомиться с программой ЕГЭ и составить подробный план работы. Надо посчитать, сколько тем включает в себя программа и сколько времени займет обработка каждой.
Готовиться необходимо по каждой теме отдельно, а не по всем сразу. Разделы биологии логически связаны между собой. Приобретенные знания наращиваются пошагово. Поэтому сначала изучаются основные термины и понятия, а потом и более серьезные темы. Лишь когда одна тематика выучена хорошо, можно переходить к следующей. Главное условие самостоятельного обучения — это четкое следование графику. Отлынивая и оставляя все на самый последний день, можно так ничему и не научиться. Если биология дается сравнительно легко, то на ее изучение можно отвести, как минимум, всего одну неделю. Если естественная наука очень сложна для восприятия, этот срок необходимо увеличить.
Следует обзавестись учебниками по всем курсам биологии, раздобыть разъясняющие пособия и поднять из собственных архивов тетради по биологии за все годы учебы. Читать нужно небольшими параграфами. После каждого прочтения нужно хорошо осознать материал и написать по нему небольшой конспект по памяти. Так можно будет выделить для себя основные и важные моменты. При изучении предмета основополагающим источником знаний следует считать школьный учебник. Другие источники информации лучше использовать в качестве понятных разъяснений или как полезное дополнение к учебнику, но не как основной материал.
При написании конспекта рекомендуется делать от руки различные рисунки, схемы, графики и таблицы, вкратце передающие суть читаемого. Такие пометки хорошо запоминаются и ассоциируются с нужным разделом. Поля тетради надо сохранять пустыми, оставляя место для будущих пометок и уточнений. Нужно выучить свою рукопись и проверить полученные знания по таблице терминов. Если в таблице встретятся незнакомые названия, то их необходимо внести в конспект в тот раздел, к которому они относятся.
По каждой теме следует прорешать половину заданий и проверить уровень самоподготовки. Если задания не получаются, то сложную тему необходимо лучше выучить. Если задания даются легко и правильно, то можно решать вторую часть заданий, тем самым вырабатывая навыки. После выполнения всех заданий нужно провести работу над ошибками: выделить все каверзные вопросы и прочитать их еще раз.
Необходимая программа курса
Чтобы знать, какие темы по биологии нужно вообще выучить к экзамену, необходимо ознакомиться с полной программой курса. Школьное обучение биологии включает в себя такие разделы:
Чтобы было легче изучать материал, темы нужно выстроить в логическом порядке. Сначала изучаются основы всего живого, например, клетки. Потом более обобщенные предметы, такие как ткани. Далее уже изученные ткани складываются в органы или изучается процесс эволюции от простейших к многоклеточным. Нужно просто понять, что биология — это не набор различных разделов, а взаимосвязанные темы, вытекающие друг из друга.
Как проще самостоятельно понять предмет?
Без репетитора самому, конечно, сложнее разобраться в биологии. Но ничего страшного в этой науке нет. Просто ее нужно воспринимать легко, как нечто познавательное и интересное, тогда ее запоминание пройдет проще — через осознание каждой темы.
Готовиться к экзамену всегда рекомендуется по специальным учебникам. Они содержат в себе всю необходимую информацию. Но также они перенасыщены сложными терминами, затрудняющими восприятие и понимание написанного. Поэтому желательно кроме учебников использовать различные пособия, написанные простым обывательским языком. Они помогут растолковать и уяснить изложенное в учебнике. Читать лучше молча, потому что при проговаривании слов вслух внимание рассеивается и информация хуже запоминается.
Как дополнительный вспомогательный учебный материал можно использовать научные фильмы. Они подробно и наглядно раскроют темы, сложные для понимания. К тому же при просмотре учебных фильмов работает зрительная и слуховая память, что дает более высокий уровень запоминаемости.
Нельзя бросать прочитанную тему недоученной. Если после многократного прочтения тема так и осталась неосвоенной, ее необходимо разобрать более детально. Нельзя переходить к изучению следующего материала, если не выучен предыдущий. Изучать необходимо маленькими порциями. После прочтения странички нужно кратко для себя проговорить, о чем шла речь. Если все понятно, следует продолжить чтение. Если нет — прочитать еще раз. Постоянный самоконтроль знаний позволит выявить пробелы в памяти и равномерно выучить весь материал.
7 сайтов, которые помогут разобраться в биологии
Подборка преподавателя «Фоксфорда» для тех, кто хочет углубить знания по биологии и медицине
Medbiol.ru
База знаний, в которой собраны глубокие и серьёзные материалы практически по всем темам биологии и медицины.
Биомолекула
Научно-популярный сайт с новостями о достижениях в современной биологии и медицине и материалами из самых крутых научных журналов.
Антропогенез
Портал, посвящённый эволюции человека. На нём выложены новые исследования, находки с подробными описаниями и фотографиями, гипотезы и наглядные 3D-модели. Портал организовывает научно-просветительские форумы, выставки и проекты по реконструкции древнего человека и технологий.
Элементы
Проект о науке, в том числе о биологии. На сайте публикуют всё самое интересное о естественных науках: новости, полезные статьи, книги, журналы, плакаты, подборки задач, а также ответы на детские (и не только) вопросы.
ПостНаука
На сайте собраны мини-лекции специалистов во всех областях науки, материал подан в доступной широкой публике форме. Небольшие ролики можно смотреть за завтраком или готовить с их помощью доклады и презентации. Есть отдельные разделы о биологии и медицине.
Alleng.org
Библиотека материалов, книг и учебников по всем предметам для школьников и студентов. Сервис поможет подготовиться к ОГЭ, ЕГЭ или написать контрольную.
База знаний по биологии человека
Ещё одна полезная база знаний по биологии: всё для будущих врачей и школьников, увлекающихся анатомией человека и медициной.
Хотите получать новые статьи во «ВКонтакте»? Подпишитесь на рассылку полезных статей
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
Лучший способ начать изучать современную генетику, молекулярную биологию, генную инженерию и геномику
Если вы когда-либо хотели разобраться в фундаментальных основах современных биотехнологий, генной инженерии, биоинформатики и молекулярной биологии, детально понимать, что творится на передних рубежах этой удивительной и революционной в настоящий момент науки, быть сознательным свидетелем тех потрясающих научных открытий, современниками которых мы являемся, но не знали с чего начать — этот пост должен быть вам интересен.
В первую очередь я считаю своим долгом поделиться своей находкой — без сомнения лучшим курсом лекций в области естественных наук, который мне когда-либо доводилось слушать, а учился я немало. Этот курс просто невозможно слушать иначе, чем открыв рот от непрерывного удивления и восхищения как его концентрированным содержанием, полным захватывающих фактов, так ясностью и выразительностью с которой лектору удается очень просто, увлекательно и одновременно глубоко объяснять весьма сложные вещи.
Также я кратко отмечу информацию о иных курсах по этой теме, которые мне удалось найти. Надеюсь в комментариях увидеть рекомендации других членов нашего сообщества о том, с чего по их мнению лучше начать и чем продолжить образование в этой области.
Мое невежество в этой области давно не давало мне покоя. Я, в принципе, очень некомфортно себя чувствую, когда чего-то не понимаю. Но тут, прямо сейчас в он-лайн режиме происходит научная революция, СМИ ежедневно пестрят заголовками об ошеломляющих достижениях ученых, о которых вчера еще невозможно было помыслить, а я в понимании биологии не выхожу за рамки советской школьной программы, которую по большей части пропустил мимо ушей и успел забыть за долгие годы.
И вот недавно, я начал поиски образовательных материалов на эту тему. Искать долго не пришлось, я открыл Youtube и очень быстро наткнулся на курс генетики от MIT, который читал замечательный профессор Eric Lander. С первых же лекций я влюбился как в этого харизматичного человека, так и в тот предмет, которому он учит. Позже я узнал, что мало кто из его студентов мог устоять перед его чарами, руководство MIT особо отмечало его заслуги как в создании выдающихся курсов, так и в его уникальной способности заражать студентов своей очевидной любовью к биологии и генетике.
Эрик Лэндер — очень заслуженный человек. Математик по своему основному образованию, который позже переквалифицировался в генетика. Член национальной академии наук США с 1997 года. Лауреат многих престижных премий. Труды в основном посвящены биоинформатике, геномике и генетике. Со второй половины 1980-х годов занимается дешифровкой генома человека и применением её результатов в медицине. Один из руководителей проекта «Геном человека». Его группа секвенсировала треть генома человека.
Моему разочарованию не было предела, я был как перед разбитым зеркалом, которое представляет величайшую драгоценность, когда в нем можно увидеть целую картину, но в моих руках были лишь осколки, которые никак не хотели стыковаться вместе — многие из них были просто утеряны.
Потом каким-то чудом мне удалось найти этот курс целиком, с правильной нумерацией лекций, но картинка была ужасного качества. Но там, внизу, среди последних лекций были лекции како-то другого, очевидно, более нового курса. И тоже случайные куски без начала и без конца…
Однако, все, что нужно было сделать, это начать в поисковой строке Гугла набирать имя этого замечательного человека. В ответ на это всплывала подсказка: eric lander edx. И на второй строке поисковой выдачи лежит та самая “жемчужина”, которой я мечтаю с вами поделиться: Introduction to Biology — The Secret of Life
Это полный бесплатный курс со всеми необходимыми сопроводительными материалами, тестами и возможностью получить сертификат о его прохождении от MIT. Не просто информация, а настоящие знания, выложенные в открытый доступ.
Теперь, найдя, наконец, этот курс, я бесконечно счастлив, и могу наслаждаться интеллектуальным кайфом высшего качества. Профессор Лэндер рассказывает одну из самых интересных историй в мире, которая по напряженности превосходит современные сериалы типа WW, каждая новая лекция буквально взрывает голову. Он настоящий драматург. На первых лекциях казалось, что он просто знакомит нас с какими-то интересными фактами, но впоследствие это «ружье стреляет» — они вновь всплывают и становятся чрезвычайно важными в ином контексте.
Эрик Лэндер не просто знакомит своих студентов с научной фактологией, он в красках и лицах рассказывает захватывающие сюжеты из истории науки, которые приводили к великим открытиям в биологии. Учит их философии и методологии науки, интригуя, задавая вопросы, которые стояли перед учеными, заставляя студентов думать как те ученые, и придумывать самостоятельно те эксперименты, благодаря которым стало возможно знать то, что мы знаем сейчас. Или, например, придумывать эксперименты проверяемого предсказания, которые могут развеять наши сомнения в состоятельности тех или иных моделей, которые мы строим для объяснения экспериментальных данных.
Для понимания курса не требуется никаких предварительных знаний, хотя они и желательны в области биологии и химии.
Следует, конечно, сказать, что курс на английском языке. Я искренне сочувствую людям не знающим английского. Этот язык стоило бы выучить хотя бы ради того, чтобы познакомиться с этим курсом. Хотя и сам курс можно использовать как замечательный способ изучения английского языка. Для себя я давно пришел к выводу, что прослушивание лекций на изучаемом языке — лучший способ тренировки слухового восприятия языка. У Эрика Лэндера прекрасная артикуляция и очень ясное произношение. Множество вещей понятно из контекста.
На самом сайте edX есть только английские и китайские субтитры, но есть способ добраться до русских субтитров.
Конечно, есть курсы по биотехнологии и на русском языке:
А о такой замечательной платформе, как www.edx.org, к своему стыду и счастью, я узнал исключительно благодаря той истории, которую только что вам поведал.
Спасибо за внимание, и желаю прекрасного путешествия в мир молекулярной биологии!
StudyInFocus
Высшее образование в Германии
News Articles
Возможно вы ищите.
Blog Posts
Учим биологию: для чего это нужно
Биология — один из обязательных школьных предметов.
Школьники не всегда понимают, для чего им приходится тратить свое время на изучение того или иного предмета, к примеру, для чего нужно учить биологию. В этом возрасте еще нет понимания того, что образованный человек должен иметь широкий кругозор и цельное представление о мире.
Однако изучение биологии нужно не только для этого.
Для чего же учат биологию
Наука биология включает в себя несколько разделов, из которых в школе изучают ботанику, зоологию, анатомию и экологию.
Школьный курс биологии позволяет ознакомиться с основами строения и жизнедеятельности растений, животных и человека.
Даже для тех, кто не планирует связывать свою жизнь с биологией как профессией, вопросы, которые изучают в рамках предмета, приносят немало пользы:
На чисто бытовом уровне, благодаря знаниям, полученным на биологии, мы можем отличить полезные растения от ядовитых, знаем, как оказать первую помощь при небольших травмах, чем вывести пятна с одежды, в зависимости от происхождения этих пятен и можем примерно понять, что написано в инструкциях к лекарственным препаратам.
Таким образом, полученные на уроках биологии знания помогают нам понимать, в каком мире мы живем, и как нужно вести себя, чтобы обеспечить свое здоровье и безопасность. И, что немаловажно, эти знания подаются нам в виде стройной и логичной системы, построенной по принципу «от простого к сложному».
Безусловно, в отсутствие уроков биологии мы тоже немало узнаем о мире из личного опыта или благодаря тому, что говорят нам родители. Даже маленький ребенок знает, что не стоит обмакивать пальцы в чашку с горячим чаем или играть с острым ножом. Но такой способ получения знаний не оптимален: он занимает много времени, не всегда эффективен и часто связан с риском (когда мы пробуем все на себе). И, конечно, системного взгляда на мир в этом случае не получить, ведь все знания будут ограничиваться лишь личным опытом, а весь пласт исследований, проведенных тысячами людей до нас, будет от нас скрыт.
С чего начать учить биологию
Изучать азы биологии начинают с 1-го класса школы в рамках курса «окружающий мир». Затем, в средних и старших классах, проходят все основные разделы биологии. Сначала изучают ботанику (науку о растениях), затем — зоологию (науку о животных), а в старших классах — анатомию (науку о человеке).
Такой порядок изучения логичен. В биологии работает принцип «что в малом, то и в большом». Поняв особенности жизнедеятельности растений, проще изучать строение и функционирование животных.
Поэтому при самостоятельном изучении предмета целесообразно использовать эту же схему.
Для изучения биологи пригодятся учебники. Однако не менее важно (а иногда и более, особенно, если речь идет о подростках) использовать в образовательном процессе научно-популярную литературу, написанную живым и ярким языком. Такое чтение позволяет по-настоящему увлечься предметом и дает стимул изучать его дальше.
Вот несколько примеров таких книг:
Как учить биологию самостоятельно
В случае с биологией сама жизнь помогает нам постигать эту науку. Нас окружают живые организмы, за которыми мы можем постоянно наблюдать. Достаточно наличия интереса, чтобы начать изучение. Благо, литературы в жанре нон-фикшн сейчас предостаточно.
Вам также может быть интересно:
Важно отметить, что биология достаточно сильно пересекается с химией и это еще одна из причин зачем учить химию.
Топ-6 способов быстро выучить биологию:
В любом случае, как по биологии нужно готовиться правильно, как и нужно готовиться к поступлению в вуз в целом.
Для каких профессий нужна биология
И все-таки биологию прицельно учат, чтобы освоить соответствующую профессию. Причем ситуация может развиваться разными путями:
Всем известно, что без знания биологии не обойтись врачам, психологам, биологам, экологам, агрономам, лаборантам, фармацевтам, но есть и другие профессии, требующие биологии в сочетании с другими дисциплинами, например:
На самом деле, профессий, связанных с биологией, сейчас настолько много, и они настолько разнообразны, что лучше проконсультироваться со специалистом по карьерному ориентированию, который поможет сделать правильный выбор перспективной профессии в соответствии с вашими способностями и интересами.
Наиболее перспективны на сегодняшний день именно междисциплинарные специальности. Важно осваивать их сейчас, чтобы быть в авангарде профессии. Но в вузах СНГ новые программы вводятся не так оперативно, как хотелось бы; наши учебные заведения предпочитают придерживаться проверенных путей.
За новой перспективной профессией лучше отправляться за рубеж, тем более, там не нужны ЕГЭ при поступлении, а, к примеру, в ФРГ можно учиться в вузе бесплатно.
Что требуется от абитуриента:
Советы начинающему
Всем привет! Хотелось бы получить советов и рекомендации с чего начать изучение биологии. Более конкретно, очень интересны молекулярная биология и генетика. Может быть есть какие-то книги, являющиеся де факто стандартом для начинающих? Сам я ну ооочень новичок в этом (кроме слов молекулярная биология и генетика особо ничего и не знаю). Так как второй пост в сообществе, не судите строго 😀
Лига биологов
4.6K поста 11.9K подписчиков
Правила сообщества
‣ Будьте вежливы и сдержаны.
‣ Не разводите политоту, не тащите спам.
‣ Удаляются 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, имейте в виду.
‣ При желании ТС, можно перенести в сообщество недавно созданные посты подходящей тематики.
‣ Если в пост закралась 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 – не обижайтесь.
Хочешь нормальных знаний, а не «по верхам» советую вот эти:
«Генетика с основами селекции» Инге-Вечтомов
Жимулев «общая и молекулярная генетика»
Можно поискать видеозаписи курса лекций «генетика» А.И. Кима для студентов биофака (там все просто, понятно, с картиночками).
Рекомендую: Как добраться до сути во всей этой мути. Химия. (Ведет Борис Бояршинов) (Курс большой, но тебе нужны лишь основы).
2) Также рекомендую Биолекторий МММФ(Находится на рутрекере).
Присоединюсь к комментариям выше, что не спецу лучше начать с науч-попа. Однако, науч-поп тем и отличается от художественной литературы, что там используются базовые термины по теме и их не всегда толково объясняют, или даже объясняют с ошибкой, так, что при чтении именно учебников может слегка надорваться шаблон. Если Вы не знаете эти дисциплины от слова совсем, лучше начать прямо таки с самых азов, ибо без этого даже лайтовый Мэтт Ридли будет тормозиться. Помимо этого, далее по мере углубления в тему и чтения уже серьёзной литературы будет всё больше терминов и понятий из смежных дисциплин. Тонна понятий, к этому надо быть готовым 🙂
Но если всё же школьная генетика не совсем прошла мимо, то можно начинать скуривать науч-поп.
Я бы рекомендовал А.Марков. «Рождение сложности».
Там научно-популярным языком рассказывается об эволюции, в том числе много последних данных по генетики, молекулярной биологии и эволюции. Все непонятные вопросы автор старается разобрать и объяснить.
Есть на торрентах, можно и купить на озоне вместе со второй книгой автора про антропогенез.
По эволюции я не видел ничего лучше «Логики случая» Кунина.
Вот неплохой курс видеолекций для совсем начинающих, но я не уверен, что он сейчас активен, проверьте. https://stepic.org/course/%D0%92%D0%B2%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%.
Что касается книг, возможно стоит начать с научно-популярной литературы (того же Маркова), а потом уже переходить к более глубокому изучению.
Болезнь, важная для медицинского образования в Америке
Есть такая болезнь синдром ломкой X-хромосомы*. Это частая причина наследственной умственной отсталости, но я не буду здесь писать о умственной отсталости, о проявлении и о детях — вообще (бездушный сухарь, я, и вообще, не хочу о грустном). Я буду писать о генетике и молекулярной биологии.
Американские экзамены для врачей очень часто вставляют кучу вопросов о синдроме ломкой X-хромосомы. Связано это с тем, что для понимания того как возникает это заболевание нужно знать несколько центральных, просто, вот, самых ключевых понятий из совершенно разных разделов генетики и клеточной биологии. Вот скорее про эти ключевые понятия и пойдёт речь.
Хорошо, а почему хрупкая?
Наша ДНК очень плотно и красиво упакована. Иначе она бы была в длину 2 метра по 4 cм на хромосому.
*в России называется синдро́мом Ма́ртина — Белла
**с двумя нуклеотидами (microsattelite instability) большую роль играет дефект «проверяющих белков», у здорового в этом отношении человека 2 нуклеотидные повторы не будут расширяться
Аграрная «гонка вооружений»: от ДДТ до ГМО
Продолжаю вспоминать некоторые эпизоды развития генетики и биотехнологий. Предыдущие тексты на эту тему
Борьба аграриев с вредителями и болезнями, поражающими их посевы – это один из примеров «войны брони и снаряда». На каждую защитную меру природа регулярно отвечает появлением устойчивых к ней форм бактерий, грибков, насекомых и т.п. Да и сами защитные средства порой оказываются довольно опасными для человека.
В 1940-е годы в Мексике началось то, что позже назвали «зеленой революцией»: комплекс изменений в сельском хозяйстве, вызвавший кратное увеличение валовых сборов пшеницы в странах третьего мира. Обычно выделяют три признака «зеленой революции» в селекции: снижение чувствительности новых сортов к длине светового дня, короткий стебель и продуктивность, обусловленная отзывчивостью на высокие дозы минеральных удобрений. Но многие добавляют четвертый – повсеместное распространение синтетических пестицидов для борьбы с вредителями и заболеваниями растений.
Наиболее известный из них – ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан), за открытие инсектицидных свойств которого швейцарский химик Пауль Мюллер получил в 1948 году Нобелевскую премию. Во время Второй мировой войны ДДТ хорошо зарекомендовал себя в борьбе со вшами, которые переносили сыпной тиф. Позже пестицид широко применяли для уничтожения малярийных комаров и других насекомых, включая колорадского жука.
На протяжении пары десятилетий человечество радостно опрыскивало ДДТ и его производными все, что можно. Но в июне 1962 года журнал New Yorker опубликовал цикл статей морского биолога Рейчел Карсон, которые в том же году вышли в виде книги «Безмолвная весна» и вызвали огромный общественный резонанс.
Автор утверждала, что ДДТ его метаболиты негативно влияют на окружающую среду, особенно на птиц. А еще, вместе с пищей, пестициды попадают в человеческий организм, нанося вред и нашему здоровью. В заключение Карсон обвинила химическую промышленность в дезинформации общественности, а представителей власти — в необоснованном принятии на веру заявлений производителей агрохимикатов.
Производители не остались в долгу: гигант пестицидной индустрии, компания Monsanto издала и распространила большим тиражом книгу «Бесплодный год», в которой работа Карсон подверглась жестокой критике.
А вот общество отнеслось к Карсон с большим вниманием. Правда, тут сыграло свою роль одно совпадение: буквально за пару месяцев до выхода ее книги в Америке прогремел скандал с талидомидом – лекарственным препаратом, который поначалу считался безопасным седативным средством для беременных женщин, но привёл к рождению детей с врождёнными уродствами. Так что тема вреда здоровью от пестицидов легла на подготовленную почву. А Monsanto своей критикой только заработала репутацию беспринципной и безответственной организации, что позже сыграло свою роль в распространении ГМО-фобии.
И, начиная с 1970-х годов, пошла волна ограничений, а затем – и полных запретов на применение ДДТ. В наше время этот пестицид используют преимущественно в Африке, в странах с высоким уровнем распространения малярии: там польза от опрыскивания (уничтожающего переносчиков заразы) перевешивает вред, которое оно наносит окружающей среде и здоровью людей.
Но мало просто ограничить применение пестицидов, надо было найти им равноценную замену. В качестве альтернативы ДДТ на рынке появилась группа фосфорорганических пестицидов, в частности тиофос. Плюсом этих веществ стал их быстрый распад после применения – они не задерживаются в экосистеме. Но при этом, они токсичнее, чем ДДТ; газ зарин, примененный в террористической атаке в токийском метро в 1995 году, относится как раз к фосфорорганическим соединениям.
Он быстро поражал насекомых, но оставался безвредным для человека. В 1949 году был синтезирован первый его аналог – аллетрин. За последующие десятилетия химическая промышленность синтезировала более 8000 пиретроидов, хотя лишь немногие из них выпускаются в промышленных масштабах. Но из-за широкого применения этих химикатов возникли резистентные к пиретрину популяции насекомых. Кроме того, со временем выяснилось, что пиретрин возможно не безвреден для человека. Когда его испытывали на крысах, у животных развивались симптомы, напоминающие болезнь Паркинсона, и в настоящее время эпидемиологи США отмечают, что этот недуг чаще встречается в сельской местности, где применяют пиретрин-содержащие соединения.
Еще одним вариантом «природной защиты» стало применение бактерий (или токсинов, которые они вырабатывают) для защиты растений от насекомых-вредителей. Эта история началась еще до синтетических пестицидов.
Этих бактерий широко используют до сих пор, правда, пару лет назад выяснилось, что спустя некоторое время выжившие насекомые приобретают наследственную устойчивость к Bacillus thuringiensis. Кстати, в группу исследователей, установивших этот печальный для аграриев факт, входили и российские биологи.
Но еще в конце прошлого века развитие биотехнологий навело ученых на мысль – а что, если, вместо опрыскивания посевов бактерией, внедрить в геном злаков ген токсина Bt, вырабатываемого бактерией. Да-да, так и мы добрались до создания трансгенных организмов, как нового рубежа защиты посевов от вредителей.
Преимущества идеи с внедрением гена были очевидны: во-первых, это избавляло от необходимости регулярно обрабатывать посевы (что, между прочим, стоит денег), и при этом не страдали бы насекомые, которые не наносят вред посевам. Для человека и млекопитающих этот токсин тоже был безвреден, поскольку активируется в сильнощелочной среде (с высоким значением pH), а в наших кишечниках она кислотная. В результате, начиная с середины 1990-х годов в Индии, Китае и США получили распространение сорта Bt-модифицированного хлопка. Но, как сказано выше, хлопководам рано успокаиваться, на подходе устойчивые к заражению поколения вредителей.
А мы вернемся назад на пару десятилетий и посмотрим, как методы генной инженерии вошли в область борьбы с вредителями. Тогда в поле зрения ученых попало заболевание растений – корончатый галл.
Точнее, механизм его развития. Сначала в организм растения попадает почвенный микроб Agrobacterium tumefaciens. Для этого достаточно, чтобы это растение немного поело любое насекомое или другого механического повреждения. Но микроб не просто размножается внутри, он вводит в клетки организма-хозяина «пакеты» с фрагментами своей ДНК. А затем, этот участок внедряется в ДНК клетки и стимулирует продукцию гормонов роста. Эти гормоны с одной стороны служат питанием для микроба, а с другой – стимулируют деление пораженных клеток, которые так же начинают производить «еду» для микроба. В итоге, в месте поражения, в результате бурного процесса деления клеток образуется шишка-галл, которая становится столовой для размножающихся бактерий. Проще говоря, микроб не просто внедряется в растение, а перестраивает (генетически) его часть под свои нужды.
Стоит ли удивляться, что этот механизм вызвал огромный интерес у ученых: «Если может какой-то микроб, то сможем и мы». Примерно так рассуждали Мэри-Делл Чилтон из Университета штата Вашингтон в Сиэтле. Параллельно такую же работу вели Марк ван Монтегю и Джефф Шелл в Гентском университете в Бельгии. А к началу 1980-х этой темой заинтересовалась та самая компания Monsanto: ее боссы выделили некоторые гранты ученым и параллельно запустили свои собственные исследования в этом же направлении.
Идея казалась довольно простой: при помощи имеющегося арсенала молекулярной биологии добавить в «пакет», который бактерия внедряет растению нужные гены. Кстати, метод CRISP-Cas, который нынче на слуху тоже основан на свойствах определенного вида бактерий.
Просто, конечно, это на словах, на деле – на работу ушло несколько лет. Но к финишу все три группы пришли почти одновременно, что вызвало судебные баталии по вопросу, кому достанется патент на технологию. Победили биологи из Сиетла, за которыми к тому времени стояла компания Syngenta. Monsanto несколько раз пробовала купить эту компанию (понятно, что их интересовало право на патент, а не само юрлицо), но безуспешно. А не так давно их самих приобрел концерн Bayer – гигант фарминдустрии с еще более «мутной» репутацией. Но это уже совсем не относится к нашей теме.
А что касается науки, то за прошедшие годы ученые не только научились всаживать нужные гены в ДНК растения с помощью Agrobacterium tumefaciens, но и значительно расширили спектр поражаемых ею видов. То есть, «природная версия» микроба не вредит главным сельскохозяйственным культурам – рису, зерновым и кукурузе. А вот доработанная в лаборатории атакует их за милую душу. Конечно, исключительно в научно-технологических целях.
Итак, подведем краткий промежуточный итог. На сегодня наука дала аграриям довольно большую «линейку» защитных средств от насекомых и других вредителей. Но все они имеют очевидные «слабые места». Одни вредны для окружающей среды и человека, к другим вредители сумели приспособиться. Наиболее перспективными выглядят ГМО-методы, чье главная слабость – фобии общественного мнения. Но это пока. Оппоненты аграриев не стоят на месте, и вполне возможно, что завтра растения с модифицированным геномом подвергнутся новым угрозам. А значит, аграрная «гонка вооружений» будет продолжаться, обеспечивая задачами новые поколения амбициозных и талантливых исследователей.
Инсулин, деньги, два стартапа: биотехнологии становятся бизнесом
Путь от фундаментальной науки до рыночного продукта обычно довольно долгий. Концепция вынужденного излучения (на которой основана работа лазеров) была описана Эйнштейном в 1917 году. Первый лазер был сконструирован Теодором Мейманом сорок лет спустя (советские ученые пятью годами ранее разработали свой квантовый генератор, но, по независящим от них причинам, это достижение надолго осталось, по сути, невостребованным). Но потребовалось еще несколько десятилетий, чтобы лазерные технологии получили широкое внедрение.
Биотехнологии прошли этот путь намного быстрее. В середине 1950-х ученые доказали, что генетическая информация содержится в ДНК, за последующие двадцать лет была не только описана ее структура (и механизм реализации этой информации), но и придуманы первые технологии манипуляций с ней. А в середине 1970-х уже появились первые бизнес-проекты в области биотехнологий. Как сказал один из авторов открытия ДНК Джеймс Уотсон: «Молекула ДНК вышла из академических кулуаров, населенных людьми в белых халатах, в большой мир, где обитают в основном носители шелковых галстуков и строгих костюмов».
Этот пост является продолжением небольшого цикла, посвященного истории развития генетики и биотехнологий. Предыдущие тексты
А сегодня поговорим о пионерах биотехнологического бизнеса. Ну а поскольку среди них хватало ученых, да и сам бизнес был тесно завязан на самые передовые исследования, то и здесь речь пойдет больше о науке, чем об инвестициях.
В 1976 году в Сан-Франциско встретились известный (в относительно узких окологенетических кругах) ученый-биолог Герб Бойер и пока малоизвестный даже среди финансистов специалист по венчурным фондам Боб Соунсон. Их встреча, проходившая в теплой атмосфере пивного бара (учитесь правильно проводить переговоры!) вылилась в идею основания первой в мире биотехнологической компании. С названием решили не заморачиваться и окрестили фирму Genentech.
Выбор первого продукта для продажи тоже был недолгим. Технология рекомбинантной ДНК (одним из авторов которой и был Бойер) позволяла внедрить в бактерию ген, ответственный за производство определенного белка. Значит, надо выпускать модифицированные штаммы бактерий, производящие белок, имеющий рыночную стоимость. Такой, как инсулин.
Этот белок сыграл в медицине роль ненамного уступающую пенициллину, не зря за его открытие и изучение вручили в разное время целых три Нобелевских премии. Веками слово «диабет» звучало как приговор. Жизнь заболевшего обычно ограничивалась семью-восьмью годами. После чего он умирал – от различных осложнений и от истощения, вызванного безуглеводной диетой, которую тогда было принято прописывать больным диабетом.
Ситуация изменилась 1921 году, когда шотландский врач Джон Маклеод и канадские биохимики Фредерик Бантинг и Джеймс Коллип получили первую порцию специального белка – инсулина и доказали, что это он регулирует уровень сахара в крови. 11 января 1922 года им предоставили первого настоящего пациента, четырнадцатилетнего Леонарда Томпсона. После курса инъекций инсулина, диабет перестал прогрессировать, мальчик начал прибавлять в весе. В 1923 году авторы исследования получили свою Нобелевскую премию. В том же году фармацевтическая фирма Eli Lilly and Company приступает к промышленному производству инсулина под торговой маркой «Илетин». С тех пор производство инсулина для диабетиков превратилось в серьезную индустрию.
Поскольку уровень сахара в крови практически одинаково регулируется у всех млекопитающих, человеку подошел инсулин от домашних животных – в основном от коров и свиней. Но не все было гладко: белковая цепочка человеческого инсулина состоит из 51 аминокислоты, свиной отличается от человеческого на одну аминокислоту, а коровий инсулин – на три. Иногда эти отличия провоцировали страшные аллергии, кожа в месте укола начинала гноиться, появлялись болезненные утолщения.
Теперь же, с помощью биотехнологий появлялась возможность обеспечить нуждающихся человеческим инсулином. Тем более к тому времени английский биохимик Дороти Мэри Кроуфут-Ходжкин сумела описать пространственное строение молекулы инсулина, за что также получила Нобелевскую премию. То есть, наука знала, как устроена молекула инсулина, как он образуется в организмах, предстояло понять, какие гены управляют процессом и внедрить их в бактерии.
А только в США тогда было 8 миллионов диабетиков и всем им требовались регулярные инъекции инсулина. Рынок был очень заманчивый и это сумели понять не только основатели Genentech.
В Гарварде примерно такие же мысли посещали профессора биохимии Уолтера Гилберта. И в 1978 году в Женеве он вместе с коллегами из Эдинбургского и Цюрихского университетов провели переговоры с банкирами, результатом которых стало появление компании Biogen, которая также в качестве первого проекта сделала ставку на производство инсулина. Теперь стоял вопрос о том, кто первый выдаст на рынок готовый продукт.
В Genentech попробовали химически синтезировать нужные участки гена, иначе говоря сделать его искусственную копию, но уже без интронов. А уже затем клонировать ее. Это был неудобный метод, но зато он соответствовал жестким ограничениям, которые в свое время приняли из-за работ с вирусами (о которых я рассказывал).
Гилберт, который, кстати, первым предположил существование интронов в своей статье в Nature, пошел другим путем, взяв за основу другое замечательное достижение в молекулярной биологии – ретровирусы.
Это такая группа вирусов, у которых РНК есть, а ДНК нет. Но так длится только пока вирус не проникает в клетку организма-хозяина. Там он запускает процесс превращения своей РНК в вирусный ДНК-геном, который дает ему возможность размножаться. Удается этот «фокус» благодаря особому белку, который открыли Говард Темин и Дэвид Балтимор. Они назвали его обратная транскриптаза. А самый известный в народе ретровирус – ВИЧ.
Но ученые не были бы учеными, если бы не придумали, как применять эту особенность некоторых вирусов в своей работе на благо человечества (ну, или не только на благо). Компания Biogen построила на ней свою технологию получения человеческого инсулина без интронов, который можно было внедрять в бактерии. Сначала выделяют матричную РНК, синтезируемую геном инсулина. Интронов в ней нет, но для клонирования в бактериях она не подходит. Воздействуя обратной транскриптазой, из нее делают фрагмент ДНК, который (следим за руками) тоже не содержит интронов, зато в нем есть вся необходимая бактерии для синтеза человеческого инсулина информация. Вся эта схема была традиционно для биологов опробована на лабораторных крысах. В итоге в лаборатории были получены бактерии, сутками напролет синтезирующие крысиный инсулин.
Чисто технологически, путь Гилберта и коллег был более выигрышным, но Соунсон (из Genentech) лучше разбирался в том, как работают институты современного общества. Гилберт и коллеги были остановлены теми самыми ограничениями. Сначала от них потребовали для работы с человеческим инсулином заполучить помещение с высшим уровнем защиты (таких в мире единицы и в них работают с особо опасными вирусами). А потом написали еще кучу правил. Вот как описывал типичную процедуру входа и выхода из лаборатории один из сотрудников Гилберта: «Ученые полностью раздевались, после чего натягивали казенные белые длинные трусы, черные резиновые ботинки, голубую униформу вроде пижамы, бежевый больничный халат, застегивающийся сзади, две пары перчаток и голубую пластиковую шапочку, напоминающую шапочку для душа. Затем всё быстро промывалось в формальдегиде. Всё. Все приборы, все бутылочки, вся лабораторная посуда, всё оборудование. Все научные рецепты, написанные на бумаге, также проходили такую мойку; так что ученые складывали бумагу по листику в пластиковые пакеты Ziploc и надеялись, что формальдегид туда не просочится и не превратит бумагу в бурую рассыпчатую массу вроде пергамента».
Что характерно, вирусы как таковые в работе не были задействованы вообще, речь шла лишь о клонировании фрагмента человеческой ДНК.
Но и Сноусону было непросто. Обойдя большую часть бюрократических процедур за счет того, что они работали с искусственной копией ДНК, они столкнулись с акулами из Eli Lilly and Company. Эта корпорация, как я писал, первой начала производить инсулин, используя свиней и коров, и к концу 1970-х контролировала большую часть западного рынка. Люди ворочали миллиардами, и компания умников со своим человеческим инсулином их своим появлением не порадовала. Сноусен понимал, что войну им не выиграть. И пока его коллеги-ученые вели инсулиновую гонку с Гилбертом, он изо всех сил стремился договориться с руководством Eli Lilly о партнерстве на взаимовыгодных условиях.
Соглашение было подписано в августе 1978 года, на следующий день после первого успешного эксперимента по синтезу инсулина из бактерий. А через два года Genentech вышла на рынок как успешный партнер фармацевтического «монстра» с миллиардными оборотами. Биология становилась не просто наукой, но динамично развивающимся рынком. И сегодня уже никого не удивляет, что практически половина финансирования мировой науки приходится на исследования в области биологии и медицины.
Впрочем, для Гилберта 1980 год тоже был удачным – в этом году он, вместе с Фредериком Сенгером и Полом Бергом получил Нобелевскую премию по химии за метод секвенирования ДНК.