Педагогика профессионального медицинского образования

Научно-методический электронный журнал

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУКИ В НЕПРЕРЫВНОМ МЕДИЦИНСКОМ ОБРАЗОВАНИИ. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Аннотация:

Ключевые слова:

Мировой опыт развития современной медицины убедительно свидетельствует о том, что ее прогресс опирается на достижения медико-биологических наук, обеспечивающих успех во всех областях изучения основ жизнедеятельности организма в норме и патологии.

С каждым годом эта область знаний все больше укрепляет свои позиции фундаментальной основы медицинской науки и практики. Она стимулирует развитие медицинского образования, обеспечивает его связь с наукой, определяет качество учебных программ, их соответствие современному состоянию этой дисциплины, а стремительное накопление новой информации диктует постоянное обновление знаний. Именно прорыв в области биомедицины и создание новых технологий позволяют успешно осуществлять подготовку медицинских специалистов в соответствии с современными требованиями здравоохранения и медицинской науки.

Достижения биомедицины во второй половине ХХ века и начале ХХӀ века привели к принципиально новым взглядам на основные явления всех форм жизни, которые позволили понять, что болезни представляют собой проявления изменений в свойствах молекул и нарушений в ходе биохимических процессов на разных уровнях организации организма. Благодаря этим достижениям удалось ответить на многие вопросы, связанные с развитием различных заболеваний, изысканием способов их эффективного лечения и путей сохранения здоровья, которые обеспечивают максимальную жизнеспособность организма и поддерживают физиологически нормальное состояние [1].

Наибольший вклад медико-биологические науки внесли в понимание молекулярных и клеточных основ патогенеза наследственных, инфекционных, сердечно-сосудистых заболеваний, процессов злокачественной трансформации клеток, развития гормональных нарушений, формирования критических состояний и других патологических процессов. Вскрыты основные особенности старения и генетически детерминированной гибели клеток, защитных функций организма и механизмов их регуляции. Быстро накапливаются сведения о клеточных рецепторах и путях действия лекарств. Выявлены основные аспекты функций клеток и их контрольных механизмов. Центральное место среди открытий последних двух десятилетий принадлежит прочтению информации, заложенной в геноме человека.

Несмотря на огромное количество достижений биомедицины, которые накопились к настоящему времени, мы должны понимать, как ограничены еще наши знания во многих ее областях, призванных решать важнейшие проблемы медицины. К их числу относится выяснение механизмов регуляции и координации процессов жизнедеятельности. В частности, на начальных стадиях находятся исследования по расшифровке механизмов экспрессии генов, возможности перепрограммирования генетического аппарата клеток. Выяснение этих механизмов необходимо для изучения процессов индивидуального развития, дифференцировки клеток и превращения нормальных клеток в раковые. Несмотря на существенный прогресс, молекулярная природа многих распространенных генетических болезней неизвестна. Крайне ограничены сведения о регуляции деления и роста нормальных и опухолевых клеток. Весьма скудны данные о клеточной секреции и взаимодействии клеток. Не удается пока сформулировать конструктивное представление о молекулярных и клеточных основах процессов нервной деятельности и в первую очередь–функций мозга.

Можно надеяться, что в первой половине текущего столетия будут достигнуты заметные успехи в решении этих проблем благодаря развитию новых молекулярно-генетических генно-инженерных технологий, в том числе техники рекомбинантных генов, генетических чипов и многих других, а также активному внедрению в биомедицину компьютерных технологий.

Стремительное накопление достижений медико-биологических наук и ускорение темпов их внедрения в практическую медицину определяют необходимость обновления знаний в области основ развития и лечения болезней. Без преувеличения можно утверждать, что эта область науки практически ежедневно сверкает фейерверком удивительных открытий, уследить за которыми крайне трудно. Именно поэтому в настоящее время формируется новое направление – наука о биомедицинской информации и трансляционная медицина, которые помогут систематизировать достижения во всех направлениях биомедицины и максимально быстро внедрить их в образование врачей и медицинскую практику [2].

В прошлом столетии основное направление развития биологии и медицины состояло в том, чтобы свести проблемы, связанные с заболеваниями, к проблемам молекулярной науки: идентифицировать соответствующие молекулы, очистить их, определить пространственные структуры на атомном уровне, понять их функции и затем создать такие лекарственные препараты, которые удалось бы связать с этими молекулами.

Прорыв в молекулярных исследованиях лег в основу развития всех направлений медико-биологических наук, таких как молекулярная биология и биология клетки, молекулярная генетика и иммунология, мембранология и учение о рецепторах, успехи которых, в свою очередь, открыли принципиально новые возможности в лечении заболеваний.

Биомедицина формирует современное мировоззрение клиницистов в области понимания патогенеза, диагностики и лечения заболеваний и активно влияет на практическую деятельность врача. Все большее число болезней человека может быть объяснено преимущественно с позиции молекулярной медицины. В каждом случае – это сложная цепь явлений и проблем, которые решались на пути от фундаментальных исследований до их применения в клинической практике.

Прогресс в биохимии как основы учения о жизни с поразительной быстротой расширил наши представления о молекулярных основах жизни. Этому в значительной степени способствовали анализ последовательности нуклеотидов в геноме человека, создание и клонирование новых сочетаний генов, выяснение молекулярных механизмов регуляции ключевых метаболических процессов, обеспечивающих взаимодействие и одновременное протекание в клетке десятков тысяч химических реакций, открытие регуляторных ферментов и других систем, определяющих скорость и направление биохимических процессов и превращение энергии. Открыты сотни эндогенных регуляторных белков и пептидов, контролирующих все этапы морфогенеза и все стороны метаболизма клетки.

Последние три десятилетия история биохимии ознаменовалось бурной активностью в изучении узнавания и взаимодействия молекул, особенно молекул белков, что позволило объяснить многие стороны трансформации этих процессов в физиологические функции и, в частности, понять многие аспекты развития реакций адаптации и защиты организма. Можно проследить этапы пути от фундаментальных достижений до клинической практики в одной из самых актуальных и сложных областей современной биохимии, которая формируется как проблема межмолекулярного узнавания. Решение этой проблемы при взаимодействии между нуклеиновыми кислотами привело к открытию генетического кода, дало начало векторному клонированию генов и генотерапии. Изучение процессов межбелкового взаимодействия способствовало пониманию основ иммунитета и развитию иммунофармакологии. Особенности взаимодействия низкомолекулярных веществ с белками легли в основу создания целого спектра лекарственных веществ, фармакологический эффект которых реализуется путем связывания со специфическими белками. Исследование взаимодействия между белками и нуклеиновыми кислотами позволило не только понять механизм биосинтеза белка, но и открыть некоторые системы регуляции генетического кода и способы управления этими системами с помощью лекарств.

Так, например, выяснение структурной организации, энзиматических свойств и биорегулирующих функций антиотензин-превращающего фермента (АПФ) позволило достаточно быстро понять механизм его участия в повышении артериального давления: АПФ образуют гипертензивный пептид – ангиотензин II–из неактивного предшественника и еще более эффективно инактивирует гипотензивный пептид – брадикинин. Эти фундаментальные исследования способствовали весьма бурному развитию и созданию быстросменяющихся поколений лекарственных препаратов, блокирующих АПФ, которые, как известно, нашли широкое применение в клинике.

Выполнено большое количество исследований в области молекулярных основ мембранного транспорта и действия рецепторов. Открыты принципы и конкретные пути трансдукции, молекулярные механизмы передачи сигнала от сотен различных биологически активных веществ к соответствующим «мишеням» клетки. Благодаря этим исследованиям стало также понятно, почему и как действуют на организм многие лекарственные вещества.

Уже известны некоторые стороны молекулярных основ действия возбудителей инфекционных заболеваний, а также механизмы, лежащие в основе антибиотикотерапии.

По данным Всемирной организации здравоохранения, к настоящему времени установлено более 100 ферментных систем и множество метаболитов биохимических реакций, имеющих существенное клинико-диагностическое значение. Расширяется арсенал тестов и методов клинической химии, которые повышают роль одного из прикладных направлений современной биохимии и медицины – клинической биохимической лабораторной диагностики.

Итак, достижения молекулярной медицины и ускорение темпов их внедрения в практическую медицину формируют постоянную адаптацию врачей к процессу понимания основ развития и лечения болезней.

Успехи современной биомедицины опираются на новейшие высокие биотехнологии, такие, как векторное клонирование генов, получение белков-химер с заданными свойствами, рентгеноструктурный анализ, ядерно-магнитно-резонансная и другие виды спектроскопии для определения структуры молекул, молекулярные пинцеты и спектроскопия единичных молекул, синтез пептидов, секвенирование ДНК и белков, устройства для «адресной» доставки лекарств, полимеразная реакция, методы разделения, очистки, чипы генов и белков, а в  последние годы – и на широкое использование математических методов и компьютерных технологий.

Благодаря достижениям медико-биологических наук получило правильную трактовку бесчисленное множество сложнейших процессов жизнедеятельности организма, а наибольшим их триумфом явились новые открытия, связанные с выяснением молекулярных и клеточных основ этиологии и патогенеза многих заболеваний.

Взаимоотношения фундаментальных наук и медицины становятся все более плодотворными также благодаря ускорению темпов внедрения достижений биомедицины в клиническую практику. То, что еще вчера казалось глубокой теорией, сегодня зачастую выходит на уровень актуальных практических задач медицины.

Поскольку сфера, охватываемая фундаментальными дисциплинами, столь же широка, как и сама жизнь, и ее возможности в выявлении причин, лечении и предупреждении болезней имеют диапазон труднообозримый, для выявления актуальных, приоритетных направлений современной биомедицинской науки целесообразно обратиться к отечественным и международным индексам цитируемости научных исследований, а также к точке зрения журналов Nature и Science и спискам кандидатов на Нобелевскую премию, которые составляют Thomson Reuters, основываясь на наукометрических показателях. Именно так в настоящее время из гигантского потока принципиально новой информации можно объективно выявить наиболее важные направления, устремленные в будущее медицины. Среди них четко выделяется несколько областей, имеющих высокий индекс цитируемости на протяжении последних трех десятилетий. Ниже коротко о наиболее значимых из них.

Реализация программы «Геном». 2000 г. ознаменовался завершением технической части данной программы. Изучена последовательность нуклеотидов в геноме человека, содержащего 3,2 млрд нуклеотидов и около 27 тысяч генов. Несмотря на то, что смысл генома расшифрован не полностью, это существенный прорыв в понимании характера многих заболеваний– понятнее становятся взаимоотношения между первичными генными дефектами и биохимическим фенотипом наследственных болезней. Важно, что прочтение генов позволяет установить разницу в геноме различных людей и выявить лиц с предрасположенностью к определенным заболеваниям.

Главная задача программы «Геном» ─ лечение болезней: рассматриваются способы лечения и лекарства, четко направленные на определенную «мишень». Уже сформировалось новое направление в терапии – генотерапия и редактирование генома.

В рамках программы сформировалось новое направление биомедицины – иммуногенетика. Этому способствовало открытие генов, контролирующих иммунный ответ и образование иммуномодуляторов.

Обнаружены многочисленные модификации, отвечающие за развитие тяжелых и до этого не ассоциировавшихся с генами заболеваний. Под данную категорию подпадает, в частности, проект «Геном рака», заключающийся в анализе многочисленных мутаций в различных раковых клетках [3].

Молекулярные основы канцерогенеза. Весьма обнадеживающими являются открытия, связанные с выявлением молекулярных механизмов апоптоза и обнаружением белка, который активируется липополисахаридамии обладает цитотоксичностью по отношению к опухолевым клеткам, стимулируя апоптоз, который обычно подавлен в этих клетках.

Олигопептиды – универсальные регуляторы физиологических функций. Регуляторные пептиды, являются важной частью протеома организма, результаты исследования которых активно внедряются в клиническую практику. К сожалению сведения, об этом важном разделе молекулярной медицины до сих пор еще крайне ограничено включаются в образовательные медицинские программы.

Природные пептиды, как правило, являются олигопептидами, содержащими от 2 до 50 аминокислотных остатков. Их функции настолько разнообразны, что в настоящее время трудно сказать, в реализации каких жизненно важных процессов они не участвуют. В самом общем виде их часто называют регуляторными, поскольку большинство из них осуществляет регуляцию физиологических процессов во всех регуляторных системах – нервной, эндокринной и иммунной.

К настоящему времени число известных природных олигопептидов приближается к 6000. Среди них уже сейчас выделены и описаны более 40 факторов роста, в том числе факторы роста нервной эпидермальной ткани, астроглии, фибробластов, тромбоцитов, эндотелиоцитов, инсулиноподобные и трансформирующие факторы роста и другие.

Особое внимание привлекают факторы роста, контролирующие ангиогенез, в том числе реваскуляризацию опухолей. Особенно значимым в этой области является открытие факторов роста эндотелия сосудов VEGF- белка, стимулирующего рост кровеносных капилляров. Оценка экспрессии этого белка и управление его активностью уже нашли применение в клинической практике.

Рецепторы и система трансдукции сигнала в клетке. Наиболее значительным открытием в этой области было выяснение путей трансдукции, передачи сигнала при взаимодействии лиганда со специфическим рецептором. На сегодняшний день хорошо изучены структуры рецепторов и пути передачи сигнала от многих нейромедиаторов и их метаболитов, опиоидных пептидов – эндогенных анальгетиков, пептидных и стероидных гормонов и многих других соединений.

Достижения этой области науки очень быстро используются для дизайна лекарств, в том числе компьютерного, имитирующих или блокирующих отдельные звенья системы трансдукции сигнала.

Чрезвычайно важным с теоретической и практической точек зрения представляется изучение особенностей экспрессии форм рецепторов при патологии. При развитии ряда заболеваний, особенно опухолей, ткани могут экспрессировать не только формы, характерные для нормальных тканей, но и новые, измененные формы. Анализ экспрессии форм рецепторов позволяет определить характер чувствительности тканей к гормонам при патологии, и эффективно диагностировать заболевания.

Молекулярные иммуномодуляторы. Среди наиболее перспективных направлений современной молекулярной иммунологии следует назвать изучение функций молекулярных регуляторов, контролирующих активность клеточного и гуморального иммунитета. Ежегодно открываются новые медиаторы иммунных реакций, выясняются способы узнавания и пути передачи информации от презентируемого протеиназами антигена иммунокомпетентным клеткам. Ведутся обширные исследования с целью понять, как включить систему защиты с использованием эндогенных стимуляторов. В этой области биомедицины наблюдается достаточно быстрый прогресс, в частности, в использовании иммуномолуляторов в клинике.

Успехи молекулярной иммунологии дали начало новому направлению в лекарственной терапии – иммунофармакологии. В частности, получены моноклональные антитела к специфическим детерминантам на поверхности опухолевых клеток, онкогенным белкам и их фрагментам, обеспечивающие адресную доставку лекарственных препаратов или непосредственно блокирующих активность онкобелков.

В 2018 г. Нобелевской премией по медицине и физиологии были отмечены исследования за открытие противораковой терапии методом подавления негативной иммунной реакции, благодаря которой снимается блок с Т-лимфоцитов, и они начинают атаковать раковые клетки.

Молекулярные и клеточные механизмы возрастных процессов. Впечатляющий прогресс достигнут за последнее десятилетие в расшифровке механизмов старения. Исследования осуществляются по разным направлениям, среди которых наиболее успешным в плане полученных результатов является изучение теломерных участков хромосом и сигнальных систем, включающих или отменяющих программу старения и продления жизни.

Еще в 80-х гг. прошлого века длину теломер начали ассоциировать с фенотипическим возрастом клеток, поскольку количество теломерных повторов на концах хромосом человека уменьшается с каждым делением. Искусственное удлинение теломер путем экспрессии теломеразы позволяет предотвратить старение и получить иммортализованную клеточную линию.

Однако клеточное старение не обязательно может быть сопряжено со старением многоклеточного организма, а его молекулярный механизм – с укорочением теломер. Тем не менее, нормальное старение у человека все-таки связывают с исчезновением определенного лимита теломер. Если это так, то именно теломерный механизм старения следует считать причиной естественной смены поколений у человека [4].

Сейчас уже ясно, что продолжительность жизни и старение регулируются не только теломеразой. Поиск генов, связанных с регуляцией старения, позволили выявить ряд новых белков, контролирующих эти процессы.

Уместно заметить, что механизм апоптоза, представляющий собой весьма сложный процесс с участием множества факторов, в настоящее время становится все более понятным, и есть основания полагать, что в ближайшем будущем откроется возможность управления скоростью обновления клеток в организме, а, следовательно, и процессами старения. Уже открыто новое семейство генов, ответственных за апоптоз и болезнь Альцгеймера.

В настоящее время уже разрабатываются защитные терапевтические стратегии, среди них – повышение мощности систем защиты от активных форм кислорода за счет нетоксичных каталитических антиоксидантов. Все более распространяется мнение о том, что равновесие этих систем в клетке есть основа предотвращения старения и клеточных патологий [5].

Биорегулирующие функции и патогенетическая роль посттрансляционного протеолиза. Огромный интерес к протеиназам– ферментам, гидролизирующим пептидные связи в белках и пептидах, связан не только с тем, что они гидролизируют белки пищи, которые поставляют аминокислоты для синтеза белка, но и тем, что они включаются в «судьбу» белка на самых ранних этапах его биосинтеза и сопровождают белки, по образному выражению Д. Х. Нортропа, «от колыбели до гроба».

Если обратиться к одному из основополагающих постулатов биохимии, утверждающих особую роль веществ белковой природы в жизнедеятельности организма, становится понятным, почему протеиназы выполняют трудно обозримое число разнообразных функций.

Протеолитические процессы участвуют в поддержании стационарных концентраций белков в живой клетке, выполняют регуляторные функции, представляя собой один из контрольных механизмов клеточного метаболизма на молекулярном уровне.

В настоящее время установлено, что реакциям протеолиза принадлежит ключевая роль не только в регуляции внутриклеточного обмена белков, но и в таких процессах, как транслокация белков внутри и вне клетки, образование ферментов, гормонов и других биологически активных белков, и пептидов из предшественников, а также их инактивация. Протеиназы участвуют в развитии воспаления, в формировании иммунного ответа, в том числе презентации антигенов иммунокомпетентным клеткам, включаются в систему рецепции и трансдукции сигнала от лиганда к соответствующим мишеням в клетках. Решающая роль принадлежит этим ферментам в запуске и осуществлении каскадных реакций, таких как свертывание крови, фибринолиз, комплемент, кининогенез, ангиотензиногенез и другие. Установлено участие протеолиза в репродуктивных функциях организма, в том числе в процессах оплодотворения яйцеклетки и ее имплантации. Первостепенную роль имеют протеиназы в реализации межклеточных взаимодействий, координации функционирования различных клеточных систем организма и генерализации биологических процессов.

Большое внимание в последние годы уделяется протеолитическим процессам, контролирующим морфогенетические превращения и злокачественную трансформацию клеток. Известно об участии протеиназв стимуляции размножения бактерий и вирусов в клетках хозяина, в самосборке вирусов.

О широкой распространенности процессов протеолиза в организме красноречиво свидетельствует тот факт, что 2% генома кодируют синтез протеиназ. Особенно важное значение процессы протеолиза имеют при адаптации клетки к меняющимся условиям окружающей среды. Такая адаптация включает не только синтез новых ферментов и других белков, соответствующих изменяющимся потребностям клетки, но и распад и удаление тех молекул, которые больше не нужны для ее нормального функционирования.

Важнейшую систему защиты организма от «гиперпротеолиза» представляет целый спектр природных ингибиторов протеиназ, среди которых имеются белки острой формы воспаления, синтез которых в гепатоцитах усиливается при избытке протеиназ.

Наибольшую опасность для организма представляет нарушение биологического равновесия в системе протеиназа– ингибитор при активном освобождении протеолитиченских ферментов из клеток поврежденных тканей и/или активированных лейкоцитов и макрофагов. При этом может происходить истощение антипротеолитического потенциала, как за счет активного связывания ингибиторов протеиназами, так и в результате протеолитического расщепления и инактивирования ингибиторов. Известно, что такие процессы наблюдаются при острых панкреатитах, септическом шоке, тромбогемаррогических состояниях, в том числе ДВС-синдроме, полиорганной недостаточности и других патологических процессах.

Наиболее сложной и важной проблемой современной протеомики является понимание структурно-функциональных свойств белков и их изменений в постгеномном, посттрансляционном (постсинтетическом) периоде. Большинство белков синтезируются в виде неактивных предшественников, которые приобретают биологическую активность путем химической модификации, главным образом в результате процессов протеолиза. Так, неактивные формы ферментов (проферменты) превращаются протеиназами в активные формы, прогормоны – в гормоны, множество предшественников регуляторных белков и пептидов – в активные регуляторы разнообразных функций организма.

Протеолиз регулирует стационарную концентрацию функционально активных белков и пептидов путем гидролиза «отработанных» аномальных (синтезированных с ошибками) и чужеродных белков.

Изучение этих процессов является в настоящее время приоритетным в исследовании протеома в норме и в понимании механизмов его изменения при патологии. Нарушение активности протеолиза сопровождает практически все патологические процессы, в том числе критические состояния [6].

Об особом внимании к проблеме протеолиза свидетельствует присуждение в 2004 г. Нобелевской премии за открытие молекулярного механизма протеолитического катаболизма белков, процесса, который не менее важен, чем их синтез. Именно этот процесс контролирует присутствие только функционально активных белков и удаления неработающих, т.е. практически обеспечивает все процессы жизнедеятельности и адаптации организма.

Среди других достижений биомедицинской науки, существенно влияющих на информационные потоки и клиническую практику, можно назвать расшифровку молекулярных основ функционирования мембран и их нарушений при патологии, выяснение молекулярных механизмов межклеточного узнавания, передачи информации, избирательной регуляции клеточной активности.

Сделаны серьезные прорывы в изучении миозинового цитоскелета клеток и протеолитических ферментов, разрушающих цитоскелет. Выясняется роль некоторых коллагеназ в миграции метастазирующих клеток, ведутся поиски ингибиторов этих коллагеназ, пригодных для клинической практики.

За последнее пятилетие в каждом из этих разделов уже получены сведения, которые влияют на информационные потоки и определяют изменения в устоявшихся концепциях теоретической и практической медицины. К сожалению, из-за чрезвычайно большого объема и многообразия новых достижений молекулярной медицины целесообразно было ограничиться изложением открытий и результатов лишь некоторых аспектов.

Большие успехи достигнуты в области перепрограммирования зрелых клеток организма в стволовые плюрипотентные клетки, у которых еще «нет» своей функции в организме, и из которых можно вырастить любые ткани. Ученые открыли «способность плюрипотентных клеток дифференцироваться во все типы клеток»; эти исследования отмечены Нобелевской премией 2012 г. [7].

Если удастся создавать неограниченный запас стволовых клеток, то это позволит «выращивать» нужные ткани организма и произведет революцию в трансплантологии. Сами исследователи полагают, что их открытие позволит искусственно создавать ткани человеческого тела для борьбы с такими болезнями, как болезнь Паркинсона, и для исследования причин других заболеваний в лабораториях.

Это действительно большое открытие, фундаментальный переворот в биологии и медицине, практическое применение которого началось уже сейчас. Однако в будущем предстоит еще большая исследовательская работа, чтобы наладить процесс трансформации одной клетки в другую, нужную, клетку, поскольку способы, которыми пользуются сегодня, не безвредны для человека. Нобелевская премия 2020г. была присуждена за развитие метода редактирования генома CRISPR-Cas-9, который произвел революцию в молекулярных науках и внес вклад в инновационные методы лечения рака и открыл возможность лечения наследственных болезней [3].

Следует заметить, что в данном разделе мы обсудили только те новые сведения, которые уже включены в программы обучения на кафедрах Академического образовательного центра фундаментальной и трансляционной медицины (АОЦФТМ). Однако, для сохранения логики и полноты изложения были приведены некоторых ранее известные факты и концепции.

Биомедицинские технологии ХХΙ века

Большие надежды для решения важнейших медицинских проблем возлагаются на современные биомедицинские технологии.

Время, наступившее после установления числа и последовательности нуклеотидов в геноме человека и других организмов, принято называть постгеномной эрой, одной из отличительных особенностей которой является стремительной развитие новых биотехнологий.

Основными направлениями молекулярной биологии, которые будут доминировать в этот период и на которые будет опираться прогресс в медицине, являются следующие дисциплины [3].

Геномика – учение о генах и управлении их функциями, выявление закономерностей передачи наследственной информации, определение стратегии регуляции активности гена, включая генотерапию, предусматривающую как «лечение» генов, так и введение недостающих генов или замену дефектных.

Транскриптомика– изучения и определения всех видов РНК в том числе регуляторных микро-РНК, контролирующих работу генома.

Протеомика– учение о структурно-функциональных свойствах белков как основных носителях жизни, через которые реализуется информация, заложенная в геноме. Эта задача протеомики достаточно сложна: если геномная карта одинакова для всех клеток человека, то каждая клетка, ткань, биологическая жидкость должна иметь собственную протеомную карту.

Метаболомика – изучения определения всех молекул с молекулярной массой менее 1000 kD.

Биомедицинская информатика – анализ научных достижений с целью их быстрейшего внедрения в клиническую практику. Это продукт вычислительной деятельности, способный предсказать в виртуальной реальности структуру и функции молекул и целых биологических систем, определять пути создания лекарств, также включающий информационные системы передачи накопленных знаний при обучении медицинских работников. Одна из новых технологий – компьютерный дизайн лекарственных средств – это система, построенная на основе знания структуры и функций молекул-мишеней воздействия лекарств. Таким образом, биоинформатика – это путь от гена к лекарству через структуру макромолекулы: если известен геном, его можно разметить и найти границы гена не при помощи клонирования отдельных генов, а с помощью определенных компьютерных программ, если известна последовательность аминокислотных остатков в белке, то можно перейти к пространственным структурам и функциям, а на основании пространственных моделей можно сконструировать определенные лекарства [8].

Названия этих дисциплин сформированы в 2000 г. и стали хорошо известны в последние два десятилетия.

Прогресс в этих областях молекулярной и клеточной биологии и медицины обусловлен прежде всего развитием принципиально новых биотехнологий, в том числе микрочиповых систем, а в последние годы –технологий, позволяющих с высокой скоростью прочитывать геном и безошибочно определять минимальные концентрации различных веществ в любых объектах и изучать структуру макромолекул, воздействие лекарств на которые может быть смоделировано с помощью компьютерного дизайна [9].

Знание ключевых компонентов указанных систем может быть использовано для последующей разработки высокоселективных ингибиторов этих компонентов, направленных на конкретную мишень и имеющих минимальные побочные эффекты. Ранняя протеомная диагностика различных заболеваний человека на системном уровне может стать основой для персонализированной медицины будущего.

Стремительность прогресса в развитии молекулярной и клеточной биологии и медицины в последние годы диктует не только острую необходимость непрерывного последипломного образования специалистов, но и заставляет изменять способ мышления, приспосабливая его к пониманию всех многообразных направлений этих сложнейших дисциплин, а главное – к умению их интегрировать для принятия адекватного решения и оценки возможностей новых технологий.

Следует еще раз подчеркнуть, что информация, предоставляемая современными биотехнологиями, является итогом эволюции мультидисциплинарной интеграции множества биологических дисциплин. Это обернулось серьезной проблемой образования специалистов, которые уже используют или могли бы адаптировать и применять результаты данных биотехнологий в повседневной практике. Чисто образовательной проблемой мультидисциплинарности биотехнологий является экспоненциально возрастающий объем экспериментальных и теоретических знаний, необходимых для понимания возможностей и, что не менее важно, ограничений современных технологий. Итак, серьезная проблема, как в дипломном, так и последипломном непрерывном образовании обусловлена прежде всего стремительным увеличением объема информации во множестве дисциплин, таких как генная инженерия, генетика, биохимия, иммунология и других, составляющие корпус наук, формирующих современную биотехнологию. Совершенно очевидно, что ни в какой курс первичной специализации или тематического усовершенствования включить такой объем знаний невозможно, даже при условии внедрения новейших образовательных технологий. Поэтому неотложной задачей образования является создание обучающих программ, интегрирующих большой объем информации в разумное число дисциплин, объединенных общими, достаточно понятными, закономерностями.

Есть все основания полагать, что в настоящее время, когда молекулярный подход к познанию тайн живого уже дал свои плоды, вернулась концепция клеточного подхода, а использование принципов фундаментальных наук и биотехнологий XXI века привели к таким понятиям как клеточный цикл, процессы цитодифференцировки и к возможности использования информационных технологий, а также к развитию нанотехнологий.

Очень важно, что эта динамика фундаментальных дисциплин сопровождается «отфильтровыванием» из гигантского потока информации через многолетний опыт совершенствования непрерывного профессионального образования (НПО) основных принципов и технологий, без которых не может состояться современный специалист. Этот процесс становится все более сложным, однако, представляет собой необходимое и достаточное условие для успешного развития НПО специалистов-практиков.

Анализ расширяющихся возможностей быстрого внедрения в практику достижений молекулярной биологии и медицины, стремительное развитие и внедрение нанотехнологий и сопоставление их с уровнем знаний специалистов свидетельствует об острой необходимости расширения знаний, образования специалистов в области фундаментальных дисциплин, необходимых для решения тех или иных практических задач, на основе концептуально нового подхода к образовательным программам, включающим огромную информацию о жизнедеятельности в виде важнейших принципов и закономерностей, обеспечивающих этот процесс в здоровом и больном организме.

Таким образом, чтобы понять принципы и возможности новых биомедицинских технологий, обязательным является как минимум понимание базовых достижений, лежащих в основе этих дисциплин, что является абсолютно необходимым для корректной интерпретации данных, получаемых с использованием новейших биомедицинских технологий.

         Анализ деятельности кафедр АОЦФТМ позволяет заключить, что задачи внедрения достижений фундаментальных наук в педагогический процесс и практическую работу решаются прежде всего путем повышения квалификации преподавательского состава кафедр, что в значительной мере обеспечивается серьезной разработкой соответствующих научных проблем.

Медико-биологические дисциплины относятся к интеллектуальным дисциплинам, успех в освоении которых определяется профессионализмом. Современный врач для решения практических задач вынужден все больше углубляться в понимание молекулярных и физиологических процессов в клетках и тканях организма. В связи с этим вопрос о подготовке грамотных в этой области медицины врачей является одной из актуальных проблем медицинского образования. Решение этой проблемы, естественно, в первую очередь зависит от квалификации преподавателей.

Каковы главные причины, не позволяющие в необходимой мере на соответствующем уровне вести подготовку врачей в области биомедицины даже при высокой квалификации педагогов? Прежде всего, это стремительность развития медико-биологических наук, которой не знает ни одна другая область современной науки. В качестве примера можно вспомнить, что два десятилетия назад биологи изучали за год по одному белку, одному гену и одной молекуле лекарственного средства. Сегодня последовательности генома открываются со скоростью сотен мегабаз в год. Высокопроизводительные методы скрининга и комбинаторной химии позволяют производить 100 000 потенциальных лекарственных молекул в месяц, а чипы гена могут отслеживать около 10 000 генов в одном эксперименте. Но уследить за лавинообразным потоком информации очень трудно. Естественно, в таких условиях учебники и книги не могут угнаться за быстрым накоплением фактов, понятий, теорий в современной биомедицине и устаревают иногда, не успев увидеть свет. Это создает серьезные трудности в образовании врачей, в том числе и в развитых странах. Поскольку биомедицине свойственно постоянное быстрое обновление знаний, важных для клиницистов, то в преподавании этой дисциплины особенно активно должна быть реализована концепция непрерывного последипломного образования. Более того, современная биомедицина представляется предметом, весьма сложным в своем многообразии и охвате всех сторон жизнедеятельности здорового и больного организма, освоения которого требует знаний фундаментальных дисциплин.

К этим причинам прибавляются еще целый ряд проблем. Среди них неудовлетворительная подготовка в медицинских вузах и ограниченная возможность дополнительного обучения клиницистов по фундаментальным дисциплинам. К сожалению, здесь в значительной степени утрачена одна из главных традиций российской медицинской школы, которая со времени ее становления прочно опиралась на медико-биологические науки, девиз, который был сформулирован еще Н. И. Пироговым: «Где царит дух науки, великое творится малыми средствами». Это произошло и происходит в значительной мере в результате стремления к излишнему искусственному разделению медицинской науки на фундаментальную и прикладную, против чего в свое время выступал Л. Пастер, призывая помнить об их единстве. Он образно утверждал, что нет науки и её применения, а есть дерево и его плоды. Кроме того, приходится констатировать, что существенно снизились возможности профессионального совершенствования преподавателей вследствие ограниченного участия в научных исследованиях. Все эти обстоятельства определяют особую сложность, важность и ответственность задач, стоящих перед кафедрами медико-биологического АОЦФТМ.

Итак, большие трудности в работе кафедр центра, особенно теоретического профиля, связанны с обширностью дисциплины и стремительными темпами ее развития. Эта специфика современной биомедицины требует постоянного интенсивного обновления лекционного материала и упорного труда сотрудников кафедр по обработке гигантского потока новой информации о достижениях теоретической и прикладной биомедицинской науки для того, чтобы выделить те проблемы, которые уже имеют существенное значение для медицинской практики, а также обобщить и адаптировать эти сведения для определенного контингента слушателей. При этом преследуется цель – показать органическую связь фундаментальных исследований и прикладной медицины, найти пути сближения фундаментальных и прикладных задач современной биомедицины.

Однако, несмотря на все трудности, необходимо активнее внедрять в арсенал знаний врача область молекулярных и клеточных основ этиологии и патогенеза болезней и способов терапии, основанных на этих достижениях биомедицины.

Пути реализации задач центра по повышению уровня непрерывного образования и контроля его качества в основном понятны и в определенной степени уже апробированы. Здесь работа должна начинаться с подготовки профессорско-преподавательского состава различных кафедр системы медицинского образования, в том числе клинических кафедр РМАНПО, обучения аспирантов и ординаторов. Далее необходимо участие кафедр центра в подготовке новых редакций учебных пособий и других изданий, разрабатываемых на клинических кафедрах.

И, наконец, профессионализм преподавателей, особенно в области медико-биологических дисциплин, находится в прямой зависимости от активного участия в научно-исследовательской работе и во внедрении ее достижений в практику непосредственно и через учебный процесс. В сложившихся экономических условиях эта активность в большой степени должна быть направлена на создание конкурентоспособных научных программ, претендующих на финансовую поддержку.

АОЦФТМ, как и академия в целом, в достаточной степени обладают как интеллектуальным, так и профессиональным потенциалом, позволяющим решать сложные проблемы, который мог бы быть реализован в большей степени стараниями не только центра, но и встречным интересом клинических кафедр.

Специалистам в области медицины и клиницистам во все возрастающей мере приходится считаться с ростом парадоксальных ситуаций, возникающих при столкновении с биологическими законами, особенно при решении медицинских проблем. Можно смело утверждать, что знание биомедицины особенно полезно специалисту, желающему узнать и понять, какие тонкие молекулярные взаимодействия лежат в основе жизнедеятельности организма, для понимания биологических законов и их нарушений при патологии.

Наиболее вдохновляющий и перспективный аспект медико-биологических наук – их возрастающая связь с медициной. Есть все основания полагать, что развитие фундаментальных исследований в первой половине этого столетия позволит решить многие проблемы современной медицины.

В заключение можно констатировать, что современные подходы изучения патогенеза болезней – это фундаментальные науки, а их лечение – новые высокие технологии в диагностике и лекарственной терапии. Каждое из них имеет свои пути, но они должны интегрироваться в знания врачей, а это возможно лишь при достаточной подготовке по фундаментальным дисциплинам.

Список литературы

1. Шмид, Р.Наглядная биотехнология и генетическая инженерия. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
2. Публичный аналитический доклад по научно-технологическому направлению «Биомедицина», 2015. URL: https://reestr.extech.ru/docs/analytic/reports/medicine.pdf (дата обращения – 26.10.2021.
3. Мохов, А.А., Чапленко, А. А., Яворский, А. Н. Использование технологий геномного редактирования: достижения и перспективы (Обзор) // Биомедицина. – 2019. – Т. 15. – №2. – С. 34–42.
4. Савицкая, М. А., Онищенко, Г. Е. Механизмы апоптоза (Обзор) // Биохимия. – 2015. – Т. 80. – №11. – С. 1613–1627.
5. Щепеткина, Н. А., Буданова, О. П., Малышев И. Ю., Аточен, Д. Н. Молекулярные механизмы апоптоза нейтрофилов (Обзор) // Патогенез. – 2018. – Т. 16, №4. – С. 5–18.
6. Xuhua, Xia. Fundamentals of Proteomics (review) // In book: Bioinformatics and the Cell. – Springer, Cham. – 2018. – P. 421–436.
7. D’Arcy, Mark S. Cell death: a review of the major forms of apoptosis, necrosis and autophagy (review) // Cell Biol Int. – 2019. – V. 43. – №6. – P. 582–592.
8. Pevsner, Jonathan. Bioinformatics and Functional Genomics, 3rd Edition. – John Wiley & Sons Limited, 2015.
9. Nair Arathi, Chauhan Prashant, Saha Bhaskar, Kubatzky Katharina F. Conceptual Evolution of Cell Signaling (review) // Int J Mol Sci. – 2019. – V. 20. –№13. – P. 3292.

Сведения об авторах

Яровая Галина Алексеевна – доктор биологических наук, профессор кафедры медицинской биохимии и иммунопатологии, почетный заведующий кафедры ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России (Москва).

Блохина Татьяна Будимировна – кандидат биологических наук, доцент кафедры медицинской биохимии и иммунопатологии ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России (Москва).

Нешкова Елена Андреевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры медицинской биохимии и иммунопатологии ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России (Москва).

Статья поступила в редакцию в октябре 2021 г.

FUNDAMENTAL SCIENCES IN POSTGRADUATE
MEDICAL EDUCATION. STATUS AND PROSPECTS

 G. A. Yarovaya – Doctor of Sciences in Biology, Professor, Honorary Head of the Department of Medical Biochemistry and Immunopathology, of the Department of the Russian Medical Academy of Postgraduate Professional Education of the Ministry of Health of Russia (Moscow).

T. B. Bloсhina – PhD in Biology, Associate Professor of the Department of Medical Biochemistry and Immunopathology of the Russian Medical Academy of Postgraduate Professional Education of the Ministry of Health of Russia (Moscow).

E. A. Neshkova – PhD in Biology, Associate Professor of the Department of Medical Biochemistry and Immunopathology of the Russian Medical Academy of Postgraduate Professional Education of the Ministry of Health of Russia (Moscow).

Received Оctober 20, 2021

Abstract:

Keywords: