Методы биологических исследований

Общие методы биологических исследований

Общие методы делятся на две большие группы — теоретические и эмпирические. Теоретический и эмпирический методы практически никогда не используются по отдельности, ведь ни без того, ни без другого исследователю не удастся получить качественное и достоверное знание.

Эмпирические методы

Также эти методы называются практическими. Эмпирические методы предполагают получение знаний опытным путем, либо с использованием различных измерительных приборов (например, линейка, секундомер, циркуль и др.), либо основываясь на чувственном восприятии (с помощью органов чувств).

К эмпирическим методам относятся:

Наблюдение. Этот метод основывается на целенаправленном восприятием человеком различных биологических процессов и явлений. Пример: наблюдение за поведением диких животных, используя органы чувств

В экологии активно применяется метод мониторинга, заключающийся в непрерывном наблюдении и фиксации его результатов

Описание. Данный метод основывается на методе наблюдения, в результате которого мы собираем и описываем различные факты и явления. К примеру, в результате наблюдения за дикими животными, мы составляем описание их поведения в различных ситуациях
Измерение. Данный метод предполагает использование различных измерительных приборов. Пример: измерение уровня насыщения кислородом крови человека при помощи пульсоксиметра, либо измерение частоты сердечных сокращений с использованием секундомера
Эксперимент. Суть этого метода исследования заключается в том, что мы получаем знания путем эксперимента, в ходе которого процессы и явления изучаются в строго контроллируемых нами условиях. Пример: лабораторный эксперимент, направленный на исследование скорости оседания эритроцитов пациента

Теоретические методы

Теоретические методы исследований предполагают умственную работу, в результате которой мы получаем умозаключение

К теоретическим методам относятся:

Сравнение. Совершая умственную работу, мы можем изучить сходства и различия между различными процессами, объектами или явлениями по какому-либо признаку. Пример: сравнение сходств и различий социального поведения разных видов пчёл

Классификация — это метод разделения крупной группы на более мелкие подгруппы по какому-либо признаку. Классификация подразумевает иерархию между своими элементами. После наблюдения, описания и сравнения различных процессов или явлений, ученый может классифицировать свои знания. Пример: создание классификации ядовитых растений по механизму их воздействия на организм человека

Анализ

Это метод теоретического исследования, в ходе которого человек разделяет целостный объект исследования на составные части, а затем изучает каждую по отдельности, в результате чего появляется возможность рассмотреть какое-либо явление, объект или процесс с разных его сторон

Синтез — это теоретический метод исследования, заключающийся в объединении ранее изученных по отдельности свойств объекта или явлений в единую систему, в результате чего мы получаем возможность изучить эти самые объекты и явления как единое целое, принимая во внимание взаимосвязь ранее разделенных его частей

Обобщение. Также называется индукцией

Используется для установления общих свойств и признаков изучаемых объектов путем перехода от частного к более общему понятию или суждению. Обобщение является крайне важным теоретическим методом при построении фундаментальных теорий. Пример: изучив окраску нескольких представителей пчел одного вида, мы можем предположить, что данный окрас свойственен всем пчелам данного вида.

Исторический метод предполагает изучение истории чего-либо для того, чтобы установить на этой основе общую закономерность процесса или явления. Используется, например, при изучении закономерностей появления какого либо анатомического образования или физиологического процесса, а также для изучения становления структуры и функций организмов

Абстрагирование позволяет не учитывать какие-либо свойства объекта или явления, одновременно с выделением интересующих исследователя других свойств и особенностей этого объекта или явления

Моделирование. Суть моделирования заключется в создании математических, компьютерных и др. моделей для изучения свойств интересующего нас объекта или явления. В биологии чаще используются биологические и физико-химические модели. Пример: врач-эпидемиолог создает компьютерную модель распространения нового вируса среди населения для изучения скорости и широты распространения новой болезни

Определение меченых атомов

Определение меченых атомов является важной задачей в цитологии и биохимии. Для этого используются различные методы мониторинга, включая гибридологический подход

Гибридология — это методика, основанная на способности нуклеиновых кислот образовывать двухцепочечные комплексные структуры. Она позволяет изучать взаимодействие меченых атомов с целевыми молекулами в клетке.

Для определения меченых атомов можно использовать различные механизмы их обнаружения. Например, мечение может осуществляться с помощью флуорофоров, радиоактивных изотопов или квантовых точек.

Флуорофоры — это вещества, способные испускать свет при поглощении энергии. Они обладают свойством флуоресценции, то есть излучать свет определенной длины волны при возбуждении энергией. При мечении атомов флуорофорами, можно наблюдать их перемещение и взаимодействие с другими молекулами в клетке.

Радиоактивные изотопы представляют собой атомы, которые испускают радиоактивное излучение. Они используются для мечения атомов и последующего их обнаружения с помощью радиоактивных счетчиков. Этот подход позволяет точно определить расположение и перемещение меченых атомов в клетке.

Квантовые точки — это искусственно созданные наночастицы, обладающие определенными оптическими свойствами. Они имеют размеры в несколько нанометров и могут испускать яркий свет определенной длины волны при возбуждении энергией. Квантовые точки нередко используются в биологии для мечения атомов и визуализации их перемещения в клетке.

Таким образом, существует несколько методов определения меченых атомов в цитологии. Гибридологический подход, основанный на флуорофорах, радиоактивных изотопах или квантовых точках, позволяет изучать взаимодействие меченых атомов с целевыми молекулами и исследовать их распределение и перемещение в клетке.

Что такое файл cookie и другие похожие технологии

Файл cookie представляет собой небольшой текстовый файл, сохраняемый на вашем компьютере, смартфоне или другом устройстве, которое Вы используете для посещения интернет-сайтов.

Некоторые посещаемые Вами страницы могут также собирать информацию, используя пиксельные тэги и веб-маяки, представляющие собой электронные изображения, называемые одно-пиксельными (1×1) или пустыми GIF-изображениями.

Файлы cookie могут размещаться на вашем устройстве нами («собственные» файлы cookie) или другими операторами (файлы cookie «третьих лиц»).

Мы используем два вида файлов cookie на сайте: «cookie сессии» и «постоянные cookie». Cookie сессии — это временные файлы, которые остаются на устройстве пока вы не покинете сайт. Постоянные cookie остаются на устройстве в течение длительного времени или пока вы вручную не удалите их (как долго cookie останется на вашем устройстве будет зависеть от продолжительности или «времени жизни» конкретного файла и настройки вашего браузера).

Метод меченных атомов в изучении фотосинтеза

При изучении фотосинтеза в опытах А. П. Виноградова применялся метод меченных атомов. В молекулу СО₂ и Н₂О вводился изотоп кислорода (О18). При введении изотопа кислорода в молекулу СО₂, используемую в процессе фотосинтеза, выделяющийся кислород имел атомный вес 16.

Это указывает на тот факт, что кислород в процессе фотосинтеза выделяется не из СО_2. Растение, получившее воду, содержащую в составе кислород О18 выделяло при фотосинтезе именно этот меченый кислород. Метод меченых атомов в биологии

Следовательно, в процессе фотосинтеза происходит выделение кислорода из воды, а не из углекислого газа, как считали раньше. Применение меченого углерода С14 позволило также изучить промежуточные продукты, образующиеся в процессе фотосинтеза.

В листьях растения были обнаружены (даже при 5-10 секундах экспозиции) на свету многие органические кислоты (пировиноградная, яблочная, янтарная, щавелевоуксусная и др.), аминокислоты (аланин, аспарагиновая и глутаминовая) и их амиды, (подробнее: Польза кукурузного масла). Метод меченных атомов позволил изучить продукты образующиеся в процессе фотосинтеза

Кроме того, метод меченых атомов в биологии позволил установить изменение продуктов фотосинтеза в зависимости от вида растения, его возраста, условий освещения, температуры и минерального питания, (подробнее: Как влияют внешние факторы на процесс фотосинтеза).

Рейтинг: 4,5/5 — 9
голосов

Принципы работы гибридологического подхода

Гибридологический подход является одним из основных методов мониторинга меченых атомов в цитологии. Он основан на применении специальных маркеров, содержащих меченые атомы, которые могут быть обнаружены с использованием различных методов анализа.

Принцип работы гибридологического подхода основан на следующих принципах:

Мечение атомов: Для того чтобы отследить перемещение и распределение меченых атомов в цитологических структурах, необходимо их предварительно меткиировать. Мечение может производиться различными способами, например, путем замены обычных атомов на изотопы этого же элемента. Однако, наиболее часто используемым методом является мечение атомов с использованием флуорофоров.
Обнаружение меченых атомов: После маркировки атомов необходимо обнаружить их присутствие в цитологических структурах. Для этого используются различные методы анализа, в том числе, флуоресцентная микроскопия, масс-спектрометрия и радиоактивный анализ. Каждый из этих методов имеет свои особенности и преимущества.
Анализ данных: Полученные данные о присутствии и распределении меченых атомов в цитологических структурах обрабатываются и анализируются с использованием специальных программных инструментов. Анализ данных позволяет получить информацию о таких параметрах, как количество и локализация меченых атомов, и использовать ее для изучения различных биологических процессов и механизмов.
Интерпретация результатов: Наконец, результаты анализа данных гибридологического подхода необходимо интерпретировать, чтобы получить понимание о механизмах функционирования и взаимодействия цитологических структур. Интерпретация результатов может включать сравнение с контрольными группами, статистический анализ и построение научных моделей.

Таким образом, гибридологический подход позволяет исследователям получать детальную информацию о перемещении и распределении меченых атомов в цитологических структурах, что открывает новые перспективы для изучения различных биологических процессов и механизмов.

ИЗОТОП ЙОДА J131

Стабильный йод, встречающийся в природе, состоит главным образом из изотопа J127. Известны многие радиоактивные изотопы йода: J128, J129, J130 и J131. Период полураспада изотопа J128 равен 25 мин, а изотопа J130—12 час. Оба названных изотопа используют в биологических исследованиях, но для большинства экспериментов они слишком короткоживущие. Изотоп J129 имеет период полураспада около 107 лет, что слишком много для успешного его применения в качестве радиоактивного индикатора. Очень удобную продолжительность жизни (8 дней) имеет изотоп J131, обладающий много более высокой скоростью распада на грамм-атом, чем изотоп С14. В течение нескольких месяцев изотоп J131 почти полностью распадается и уже не представляет вреда для здоровья. Вследствие его короткого периода полураспада количество полученных отсчетов всегда надо рассматривать как функцию той части первоначального количества, которая еще не распалась.

При распаде изотоп J131 испускает много частиц: электроны с максимальной энергией 0,6 и 0,3 Мэв, а также -кванты с энергией 0,08, 0,28, 0,37 и 0,64 Мэв. Два последних типа -излучения легко проходят через ткани и алюминиевые фольги и могут быть свободно обнаружены. Окружив детектор металлическим экраном, можно понизить естественный фон, не снижая чрезмерно чувствительность к -излучению.

Изотоп J131 можно получить, бомбардируя J130 нейтронами. Более удобный метод заключается в бомбардировке нейтронами изотопа Те130. Этим способом получают J131, который может быть выделен с большой степенью чистоты среди всех других элементов. Основное количество изотопа J131 получают из продуктов деления. Для использования в биологических исследованиях изотоп J131 обычно превращают в йодид какого-либо металла.

Для позвоночных йод является важным метаболитом, так как он составляет часть гормонов щитовидной железы. Его концентрация в щитовидной железе в 10 000 раз больше, чем в любом другом органе. Человеку ежедневно необходимо лишь очень малое количество йода (приблизительно 100 мкг). Если, однако, он содержится в пище в меньшем количестве, то у человека возникают различные заболевания щитовидной железы.

Радиоактивный Jl3l используют для того, чтобы проследить прохождение йода, начиная с момента его заглатывания, попадания в щитовидную железу, распределения в гормонах, по всему организму и до окончательного выделения. Особенно важным примером является изучение поглощения щитовидной железой йода, введенного внутривенно. До использования изотопа было невозможно продемонстрировать протекание этого процесса у человека.

Проведены эксперименты, в которых различные количества изотопа J131 были введены морским свинкам, крысам, собакам и людям. В любом случае при небольших инъекциях йодида большая его часть, а иногда даже все введенное количество .в течение 24 час концентрировалось в щитовидной железе. При высоких «фармакологических» дозах (около 5 ms. J131 на 1 кг живого веса) щитовидная железа концентрирует небольшую часть введенного йодида в течение первых 5 мин, после чего наступает насыщение. Содержание организма на сверхвысокой йодной диете также вызывает насыщение щитовидной железы. Эксперименты с применением ингибиторов показывают, что железа концентрирует йодид как таковой, даже если у нее подавлено образование ди-йодо-тирозина и тироксина. С помощью этих экспериментов показано, что щитовидная железа людей, питающихся нормальной пищей, не насыщена йодом, но в состоянии поглотить его в относительно громадных концентрациях (по крайней мере 500 : 1 для йодидового коэффициента кровь/щитовидная железа),

Метод — меченый атом

Метод меченых атомов чрезвычайно широко применяется для изучения последовательности и механизмов многих биохимических процессов, протекающих как в живом организме, так и в изолированных тканях и клетках.

Метод меченых атомов может быть применен для исследования растворимости не только твердых осадков, но и жидкостей друг в друге. Так, чрезвычайно малые величины растворимости воды в бензоле были определены с помощью тритиевой воды.

Метод меченых атомов широко применялся для изучения механизма разнообразных химических процессов полимеризации. Принцип применения метода и выводимые заключения в данном случае не отличаются от тех, которые положены в основу исследования механизма химических процессов с помощью изотопных индикаторов ( см. гл.

Метод меченых атомов введен в практику агрохимических исследований. Все более широко осваивается он в практике диагностирования и изучения заболеваний сельскохозяйственных животных.

Метод меченых атомов ( изотопные индикаторы) используется в научных и технических исследованиях, когда необходимо наблюдать перемещение элементов и их соединений. Это осуществляется путем добавления к веществу меченых атомов-препаратов, содержащих радиоактивные изотопы. С помощью подобного метода изучается диффузия одного металла в другой с целью определения долговечности и прочности металла. Введением в шихту фосфата кальция с радиофосфором ( Рп) контролируют процесс плавки стали — получают сталь более определенного состава.

Свойства некоторых радиоактивных изотопов.

Метод меченых атомов нашел дальнейшее развитие, когда научились искусственно получать новые радиоактивные изотопы и тех элементов ( натрия, хлора, брома, серы, фосфора и других), природные изотопы которых нерадиоактивны. Это в несколько раз увеличило число элементов, используемых при методе меченых атомов, и вместе с тем во многих случаях позволило значительно повысить чувствительность метода, так как присутствие радиоактивного изотопа может быть обнаружено, даже если концентрация его очень мала, и часто довольно доступными способами. Преимущества эти настолько существенны, что наряду с дейтерием нашел применение и искусственно получаемый радиоактивный изотоп водорода-тритий.

Свойства некоторых радиоактивных изотопов.

Изменение удельной радиоактивности С02.

Метод меченых атомов в сочетании с исследованием кинетики процесса позволяет установить генетические соотношения отдельных продуктов реакции.

Метод меченых атомов был применен для доказательства того, что большая часть ионов с массой 29 содержит кислород в случае пропаналя , но не бутаналя или более тяжелых альдегидов.

Cookie файлы бывают различных типов:

Необходимые. Эти файлы нужны для обеспечения правильной работы сайта, использования его функций. Отключение использования таких файлов приведет к падению производительности сайта, невозможности использовать его компоненты и сервисы.

Файлы cookie, относящиеся к производительности, эффективности и аналитике. Данные файлы позволяют анализировать взаимодействие посетителей с сайтом, оптимизировать содержание сайта, измерять эффективность рекламных кампаний, предоставляя информацию о количестве посетителей сайта, времени его использования, возникающих ошибках.

Рекламные файлы cookie определяют, какие сайты Вы посещали и как часто, какие ссылки Вы выбирали, что позволяет показывать Вам рекламные объявления, которые заинтересуют именно Вас.

Электронная почта. Мы также можем использовать технологии, позволяющие отслеживать, открывали ли вы, прочитали или переадресовывали определенные сообщения, отправленные нами на вашу электронную почту. Это необходимо, чтобы сделать наши средства коммуникации более полезными для пользователя. Если вы не желаете, чтобы мы получали сведения об этом, вам нужно аннулировать подписку посредством ссылки «Отписаться» («Unsubscribe»), находящейся внизу соответствующей электронной рассылки.

Сторонние веб-сервисы. Иногда на данном сайте мы используем сторонние веб-сервисы. Например, для отображения тех или иных элементов (изображения, видео, презентации и т. п.), организации опросов и т. п. Как и в случае с кнопками доступа к социальным сетям, мы не можем препятствовать сбору этими сайтами или внешними доменами информации о том, как вы используете содержание сайта.

Методы биотехнологии

Предметом является использование технических и естественных наук совместно с биологическими системами и процессами в сельском хозяйстве и промышленности, позволяющее использовать возможности живых организмов для создания или модификации продуктов или процессов различного назначения.

Рассмотрим следующие методы биотехнологии:

Генная инженерия
Клеточная инженерия

Генная инженерия

Метод генной инженерии основан на работе с генетической информацией. Вмешиваясь в генетический аппарат клетки, ученые могут получать модифицированные (рекомбинантные) ДНК и РНК, осуществлять манипуляции с отдельными генами и внедрять их в другие организмы. Также во время использования метода генной инженерии может осуществляться работа с генетическим аппаратом бактериофагов или бактерий (работа с плазмидами бактерий).

У генной инженерии множество применений:

Одним из важнейших достижений генной инженерии является технология, позволяющая получать человеческий инсулин благодаря использованию генномодифицированных бактерий
Генная инженерия позволяет получать новые сорта зерновых культур. Биотехнологи помещают в культурное растение ген, позволяющий ему сопротивляться дейстивю ядов (гербицидов), применяемых на зерновых полях для борьбы с сорняками. Благодаря этому полезные растения выживают, а растения-вредители погибают
Генная инженерия позволяет получать растения, которые могут выживать на поле без обработки инсектицидами, благодаря встроенным в них генам, защищающим их от насекомых-вредителей

Кстати, с насекомыми-вредителями можно бороться не только при помощи инсектицидов и генной инженерии. Существуют и биологические методы борьбы с вредителями, не вредящие окружающей среде. Они основаны на уничтожении вредителей при помощи их естественных врагов

Некоторые генномодифицированные растения могут расти на неподходящем субстрате, например, на сильно засоленной почве. Это становится возможным благодаря переносу гена устойчивости из растений, для которых засоленная почва является привычным местом произрастания

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия занимается гибридизацией клеток, их клонированием, пересадкой ядер или целых хромосом из одних клеток в другие, а также работой с каллусной тканью (состоящей из клеток, потерявших специализацию). Кроме того, клеточная инженерия направлена на создание клеток, способных производить нужные вещества вне организма.

Генотипирование и секвенирование ДНК. Ученый готовится к эксперименту по секвенированию вирусного генома в Исследовательской лаборатории геномики рака, входящей в состав отдела эпидемиологии и генетики рака (DCEG) Национального института рака (США)