Tren ilmiah modern adalah upaya besar dan luas, di mana ribuan laboratorium di seluruh dunia mempelajari bidang mereka sendiri yang sangat terspesialisasi dari keseluruhan yang jauh lebih besar. Ini adalah persimpangan logis dari warisan ilmiah dan kemajuan teknologi selama berabad-abad untuk memajukan pemahaman tentang dunia di sekitar kita.
Perhatian khusus harus diberikan pada disiplin ilmu yang semakin spesifik, mulai dari komputasi saraf retina hingga fisika plasma ruang angkasa. Bidang ilmiah apa yang ada dan mana yang paling relevan?
Teknik Biomedis dan Biofisika
Ini mungkin tampak aneh, tetapi beberapa masalah dalam kedokteran hanya dapat diselesaikan dengan bantuan teknologi. Rekayasa biomedis adalah disiplin ilmu yang muncul yang mencakup berbagai bidang seperti rekayasa protein, sistem pengukuran, dan pencitraan optik resolusi tinggi dari atom dan seluruh organisme. keinginan ini untukintegrasi pengetahuan fisik dengan ilmu kehidupan - kemajuan dalam kesehatan manusia.
Area penelitian saat ini
Termasuk bidang penelitian seperti:
- Biophotonics - pengembangan metode untuk visualisasi sel dan jaringan dengan fluoresensi. Metode optik digunakan untuk mempelajari molekul biologis.
- Pencitraan kardiovaskular - mengembangkan metode untuk mendeteksi dan mengukur penyakit kardiovaskular.
- Sistem biologis yang kompleks - pengembangan alat baru dan model matematika untuk memahami sistem biologis yang kompleks.
- Perakitan makromolekul. Studi tentang makromolekul, termasuk perakitan kompleks multikomponen dan mesin molekuler.
- Diagnostik imunokimia - penciptaan teknologi baru untuk identifikasi penyakit, seperti "studi laboratorium".
- Pencitraan Optik Non-Invasif - Pengembangan metode diagnostik waktu nyata untuk menilai dan memantau jaringan dan organ.
Kemajuan terbaru mencakup pengembangan beberapa alat pencitraan optik resolusi tinggi yang dirancang untuk menjelajahi dunia mikroskopis dan makroskopik sel dan organisme.
Biologi Sel
Area ilmiah lain yang penting dan terus berkembang adalah biologi sel. Semua makhluk hidup terbuat dari unit struktural dan fungsional. Jadi, selulerKekurangan memainkan peran penting dalam banyak penyakit, mulai dari kanker yang disebabkan oleh pertumbuhan sel yang tidak normal hingga gangguan neurodegeneratif yang diakibatkan oleh kematian jaringan saraf. Ada enam bidang utama yang mencakup berbagai sistem biologis:
- Apoptosis. Dalam setiap organisme yang sehat, sel mati melalui proses kematian sel terprogram yang diatur dengan hati-hati yang dikenal sebagai apoptosis. Ini umum terjadi pada banyak sistem biologis yang mendasar bagi ilmu saraf, imunologi, penuaan dan perkembangan, dan patologi seperti kanker, penyakit autoimun dan degeneratif.
- Siklus Sel - Struktur mini yang berfungsi terus tumbuh dan membelah dengan cara yang dikontrol dengan cermat sepanjang hidup kita. Peristiwa molekuler dan seluler yang mengatur siklus ini sangat penting untuk banyak penyakit di mana regulasi pertumbuhan normal terganggu.
- Glikobiologi. Glycans adalah kelas biologis penting dari karbohidrat. Protein pengikat glikan (lektin) mengikat glikan struktural spesifik dan memainkan peran penting dalam pengenalan sel, motilitas dan kembali ke jaringan tertentu, pensinyalan, diferensiasi, adhesi sel, patogenesis mikroba, dan pengenalan imunologis.
- Mitokondria. Dikenal sebagai blok bangunan "pembangkit tenaga", mitokondria menyediakan sel energi yang harus digunakan untuk bertahan hidup, menghindari penyakit dari diabetes hingga Parkinson.
- Mobilitas - Sel saraf mikroskopis yang berasal dari otak dan memperluas prosesnya ke dasar sumsum tulang belakang harus memindahkan molekul dalam jarak yang sangat jauh dibandingkan dengan ukurannya. Para ilmuwan menggunakan berbagai metode dan pendekatan untuk mempelajari bagaimana sel dan molekul serta organel internalnya bergerak.
- Transportasi protein. Protein dibuat di nukleus dan kemudian mereka harus ditempatkan dengan benar untuk memenuhi peran selulernya. Dengan demikian, transpor protein merupakan pusat dari semua sistem seluler, dan disfungsinya dikaitkan dengan penyakit mulai dari cystic fibrosis hingga penyakit Alzheimer.
Dasar seluler kehidupan
Dasar seluler kehidupan mungkin tampak jelas di era biologi modern, tetapi sampai perkembangan mikroskop pertama di awal abad kesembilan belas, ini hanya bisa menjadi masalah spekulasi. Ukuran sel manusia pada umumnya sekitar lima kali lebih kecil dari apa pun yang dapat kita lihat dengan mata telanjang. Oleh karena itu, kemajuan dalam pemahaman kita tentang cara kerja unit struktural, termasuk patofisiologi seluler, berjalan seiring dengan kemajuan teknologi bidang ilmiah ini, yang tersedia untuk pencitraan dan mempelajarinya.
Biologi kromosom
Dengan kegembiraan saat ini di bidang genomik, mudah untuk melupakan bahwa gen hanyalah bagian pendek dari DNA dan bagian dari struktur yang jauh lebih besar yang disebut kromosom. Yang terakhir ini terdiri dari untaian kromatin-rumit DNA yang melilit protein yang disebut histon, dansekarang diketahui memainkan peran yang sama pentingnya dalam menentukan bagaimana organisme berkembang, berfungsi, dan tetap sehat.
Epigenetika, secara harfiah "di atas genetika," adalah ilmu yang mempelajari perubahan lingkungan dalam genom di luar perubahan yang dapat terjadi pada tingkat DNA kita. Fluktuasi aktivitas gen ini termasuk modifikasi elemen di sekitarnya, seperti protein histon, atau modifikasi elemen transkripsi yang mengontrol ekspresi gen. Tidak seperti perubahan DNA, fluktuasi epigenetik biasanya spesifik generasi.
Dengan kata lain, perubahan epigenetik biasanya tidak diturunkan dari orang tua ke anak. Garis penelitian yang relatif baru ini telah mengubah pemahaman kita tentang perkembangan normal dan penyakit, dan sekarang mempengaruhi kemajuan pengobatan generasi berikutnya. Berbagai bidang sedang dipelajari, termasuk:
- Obesitas. Perubahan epigenetik dalam genom kita telah lama diduga berperan dalam penyakit manusia yang kompleks seperti deposisi lemak. Arah ilmiah baru sedang menyelidiki bagaimana faktor lingkungan dapat mempengaruhi perkembangan penyakit.
- Uji coba klinis dan pengembangan obat. Peran terapi kanker epigenetik pada berbagai tumor sedang dieksplorasi, dengan harapan terapi tersebut dapat menargetkan dan "memprogram ulang" sel-sel abnormal daripada membunuh blok bangunan kanker dan normal seperti pada kemoterapi standar.
- Perawatan kesehatan. Diet dan paparan bahan kimia pada semua tahap perkembangan dapat menyebabkan perubahan epigenetik yang dapat mengaktifkan atau menonaktifkan gen tertentu. Para ilmuwan sedang menyelidiki bagaimana elemen-elemen ini berdampak negatif pada populasi umum.
- Ilmu perilaku. Perubahan epigenetik dikaitkan dengan banyak penyakit, termasuk kecanduan narkoba dan alkohol. Memahami bagaimana faktor lingkungan mengubah genom dapat menjelaskan cara baru untuk mengobati gangguan psikologis.
Biologi Kuantum
Fisikawan telah mengetahui tentang efek kuantum seperti itu selama lebih dari seratus tahun, ketika partikel menentang indera kita, menghilang dari satu tempat dan muncul kembali di tempat lain, atau berada di dua tempat pada waktu yang sama. Tapi efek ini tidak dikaitkan dengan eksperimen laboratorium klandestin. Saat para ilmuwan semakin curiga bahwa mekanika kuantum mungkin juga berlaku untuk proses biologis.
Mungkin contoh terbaik adalah fotosintesis, sistem yang sangat efisien di mana tanaman (dan beberapa bakteri) membangun molekul yang mereka butuhkan dengan menggunakan energi dari sinar matahari. Ternyata proses ini sebenarnya bergantung pada fenomena "superposisi", di mana paket-paket kecil energi menjelajahi semua jalur yang mungkin dan kemudian menetap di jalur yang paling efisien. Mungkin juga navigasi burung, mutasi DNA (melalui terowongan kuantum), dan bahkan indera penciuman kita bergantung pada efek kuantum.
Meskipun ini adalah area yang sangat spekulatif dan kontroversial, mereka yangpraktisi sedang menunggu hari ketika informasi yang diperoleh dari penelitian dapat mengarah pada obat baru dan sistem biomimetik (biometrik adalah bidang ilmu baru lainnya di mana sistem dan struktur biologis digunakan untuk membuat bahan dan mesin baru).
Ilmu Sosial dan Perilaku
Di luar tingkat molekuler dan seluler, memahami bagaimana faktor perilaku dan sosial memengaruhi penyakit dan kesehatan sangat penting untuk memahami, mengobati, dan mencegah penyakit. Penelitian dalam ilmu-ilmu semacam itu adalah bidang multifaset yang luas, mencakup berbagai disiplin ilmu dan pendekatan.
Konsep program analisis intraprofesional menyatukan ilmu biomedis, perilaku, dan sosial untuk bekerja sama memecahkan masalah kesehatan yang kompleks dan mendesak. Fokusnya adalah pada pengembangan bidang ilmiah yang mengeksplorasi proses perilaku, bidang biopsikologi dan terapan melalui metode berikut:
- Penelitian tentang dampak penyakit atau kondisi fisik terhadap perilaku dan fungsi sosial.
- Identifikasi dan pemahaman faktor perilaku yang berhubungan dengan onset dan perjalanan penyakit.
- Studi tentang hasil pengobatan.
- Penelitian promosi kesehatan dan pencegahan penyakit.
- Analisis dampak kelembagaan dan organisasi terhadap kesehatan.
Eksometeorologi
Ahli eksometeorologi menyukaiexo-oceanographers dan exogeologists tertarik untuk mempelajari proses alami yang terjadi di planet selain Bumi. Sekarang para astronom dapat melihat lebih dekat cara kerja benda-benda di dekatnya, mereka semakin mampu melacak pola atmosfer dan cuaca. Jupiter dan Saturnus, dengan sistem potensial yang sangat besar, adalah kandidat utama untuk dipelajari.
Misalnya, badai debu sering terjadi di Mars. Dalam arah ilmiah dan teknis ini, eksometeorolog mempelajari bahkan planet di luar tata surya kita. Dan, yang menarik, mereka pada akhirnya dapat menemukan tanda-tanda kehidupan di luar bumi di sebuah planet ekstrasurya dengan mendeteksi tanda-tanda organik di atmosfer atau peningkatan kadar karbon dioksida - kemungkinan tanda-tanda peradaban zaman industri.
Nutrigenomik
Nutrigenomics, juga dikenal sebagai genomik makanan, adalah bidang ilmu prioritas. Ini adalah studi tentang interaksi kompleks antara makanan dan respon DNA. Memang, makanan memiliki efek mendalam pada kesehatan manusia - dan itu dimulai secara harfiah pada tingkat molekuler. Para ilmuwan yang bekerja di bidang ini berusaha memahami peran variasi genetik, respons diet, dan cara nutrisi memengaruhi struktur kita.
Nutrigenomics bekerja dua arah - gen kita mempengaruhi preferensi diet kita dan sebaliknya. Tujuan utama dari bidang kegiatan ilmiah ini adalah menciptakan nutrisi yang dipersonalisasi - perbandingan apaapa yang kita makan, dengan konstitusi genetik unik kita sendiri.
Ekonomi Kognitif
Ekonomi biasanya bukan tentang pengetahuan yang mendalam, tetapi hal ini dapat berubah karena bidang ini terintegrasi dengan disiplin penelitian tradisional. Jangan bingung dengan ekonomi perilaku (studi tentang cara kita melakukan sesuatu - apa yang kita lakukan - dalam konteks pengambilan keputusan ekonomi), ekonomi kognitif adalah tentang bagaimana kita berpikir. Lee Caldwell, yang menulis blog tentang area tersebut, mendefinisikannya sebagai berikut:
"Ekonomi kognitif (atau keuangan) … melihat apa yang sebenarnya terjadi dalam pikiran seseorang ketika mereka membuat pilihan itu. Apa struktur internal pengambilan keputusan, bagaimana informasi memasuki kesadaran dan bagaimana diproses, dan kemudian, pada akhirnya, bagaimana semua proses ini diekspresikan dalam perilaku kita?"
Dengan cara lain, ekonomi kognitif adalah fisika yang ekonomi perilakunya adalah rekayasa. Untuk tujuan ini, para ilmuwan yang bekerja di bidang ini memulai analisis mereka pada tingkat yang lebih rendah dan membentuk pola mikro yang mendasari pengambilan keputusan manusia untuk mengembangkan model perilaku ekonomi skala besar. Untuk membantu mereka melakukan ini, ekonom kognitif melihat bidang terkait dari disiplin dan ekonomi komputasi, serta jalur utama penelitian ilmiah dan teknologi dalam teori rasionalitas dan keputusan.
