Βιοεπιστήμες

Βιοεπιστήμες ή επιστήμες (της) ζωής (αγγλ.: life sciences) ονομάζονται οι επιστήμες ή οι επιστημονικοί κλάδοι που περιλαμβάνουν την επιστημονική μελέτη ζωντανών οργανισμών (μικροβίων, φυτών, ζώων και ανθρώπων), αλλά και σχετικές διερευνήσεις, όπως η βιοηθική. Η βιολογία παραμένει η κεντρική επίστημη της ομάδας των βιοεπιστημών, ωστόσο οι πρόοδοι στη βιοτεχνολογία και στη μοριακή βιολογία έχουν οδηγήσει σε άνθηση πολλών ειδικότητων και διεπιστημονικών πεδίων.

Μερικές βιοεπιστήμες ασχολούνται με ειδικότερες μορφές ζωής. Π.χ. η ζωολογία είναι η μελέτη των ζώων, ενώ η βοτανική είναι η μελέτη των φυτών. Κάποιες άλλες εστιάζουν σε πλευρές κοινές σε όλες ή τις περισσότερες μορφές ζωής, όπως η ανατομία και η γενετική. Υπάρχουν και περιοχές μελέτης των τεχνολογικών προόδων που αφορούν ζωντανούς οργανισμούς, όπως είναι η βιολογική μηχανική. Μια άλλη σημαντική, αν και ειδικότερη βιοεπιστήμη είναι αυτή που αφορά την κατανόηση του νουη νευροεπιστήμη.

Οι βιοεπιστήμες βοηθούν στη βελτίωση της ποιότητας της ζωής και στην επιμήκυνσή της. Βρίσκουν εφαρμογή στην υγεία, στη γεωργία, στην ιατρική, στη βιομηχανία τροφίμων και στη φαρμακευτική βιομηχανία.

Υπάρχει σημαντική αλληλοεπικάλυψη πολλών εκ των περιοχών μελέτης των βιοεπιστημών.

Η βιολογία και οι κλάδοι της

Η βιολογία είναι ένα μεγάλο γνωσιακό πεδίο, που αποτελείται από πολλούς κλάδους και ειδικότητες. Ωστόσο, παρά την ευρύτητά της, υπάρχουν ορισμένες γενικές υποκείμενες ενοποιητικές αρχές που διέπουν όλη τη βιολογική έρευνα και γνώση, θεμελιώνοντάς την ως ενιαία και συνεκτική επιστήμη. Η βιολογία αναγνωρίζει το κύτταρο ως τη βασική μονάδα της ζωής, τα γονίδια ως τη βασική μονάδα της κληρονομικότητας, και την εξέλιξη των ειδών ως τη διαδικασία που προωθεί τη σύνθεση και τη δημιουργία νέων ειδών. Σήμερα είναι επίσης κατανοητό ότι όλοι οι οργανισμοί επιβιώνουν καταναλώνοντας και μετασχηματίζοντας ενέργεια, ρυθμίζοντας έτσι το εσωτερικό τους ώστε να διατηρούν σταθερές συνθήκες εκεί. Οι κυριότεροι κλάδοι της βιολογίας είναι οι εξής:

 Ανατομία: μελέτη της μορφολογίας και της λειτουργίας των μερών στα ζώα, στα φυτά και ειδικότερα στον άνθρωπο
 Βιοχημεία: μελέτη των χημικών αντιδράσεων που απαιτούνται για την ύπαρξη και τη λειτουργία της ζωής, επικεντρωμένη συνήθως στο κυτταρικό επίπεδο
 Βιολογική μηχανική: μελέτη της βιολογίας με χρήση μηχανικών προτύπων (μοντέλων), με έμφαση στην εφαρμοσμένη γνώση και ιδιαίτερη σχέση με τη βιοτεχνολογία
 Βιοπληροφορική: διεπιστημονικό πεδίο που αναπτύσσει μεθόδους για την αποθήκευση, την ανάκτηση, την οργάνωση και την ανάλυση βιολογικών δεδομένων. Μία μεγάλη δραστηριότητα της βιοπληροφορικής είναι η ανάπτυξη εργαλείων λογισμικού για την παραγωγή χρήσιμης βιολογικής γνώσεως.
 Φυσική ανθρωπολογία: μελέτη της βιολογικής βάσεως του ανθρώπου και των ανθρωπίδων, ειδικότητα και της ανθρωπολογίας, γνωστή και ως βιολογική ανθρωπολογία
 Βιομαθηματικά: η μαθηματική αναπαράσταση, μελέτη και προτυποποίηση των βιολογικών διαδικασιών, με χρήση τεχνικών και εργαλείων των εφαρμοσμένων μαθηματικών
 Βιομηχανική: μελέτη της μηχανικής των ζωντανών οργανισμών
 Βιοϊατρική: ερευνητική μελέτη της υγείας και της ασθένειας
 Βιοφυσική: μελέτη των βιολογικών διεργασιών με την εφαρμογή των θεωριών και των μεθόδων της φυσικής και των άλλων φυσικών επιστημών
 Βιοτεχνολογία: μελέτη του χειρισμού της ζώσας ύλης, συμπεριλαμβανομένων των γενετικών τροποποιήσεων και της συνθετικής βιολογίας
 Βιογλωσσολογία: μελέτη της εξελίξεως και της βιολογίας της γλώσσας
 Βοτανική: μελέτη των φυτών
 Κυτταρική βιολογία: μελέτη του ζωντανού κυττάρου ως πλήρους λειτουργικής μονάδας, και των μοριακών και γενικότερα χημικών αλληλεπιδράσεων που συμβαίνουν στο εσωτερικό του
 Αναπτυξιακή βιολογία: μελέτη των διαδικασιών μέσω των οποίων σχηματίζεται ένας οργανισμός, από το ζυγωτό μέχρι την πλήρη δομή του
 Οικολογία: μελέτη των αλληλεπιδράσεων των ζωντανών οργανισμών μεταξύ τους και με τα μη ζώντα τμήματα του περιβάλλοντός τους
 Εντομολογία: μελέτη των εντόμων
 Επιδημιολογία: βασική συνιστώσα των ερευνών δημόσιας υγείας, η μελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν την υγεία πληθυσμών
 Ηθολογία: μελέτη της συμπεριφοράς των ζώων
 Εξελικτική βιολογία: μελέτη της προελεύσεως και της εξελίξεως των ειδών των οργανισμών
 Εξελικτική αναπτυξιακή βιολογία: μελέτη της εξελίξεως της αναπτύξεως των ειδών και του μοριακού ελέγχου της
 Γενετική: μελέτη των γονιδίων και της κληρονομικότητας 
 Αιματολογία: μελέτη του αίματος και των οργάνων που το παράγουν
Βιολογική Ωκεανογραφία: μελέτη των θαλασσίων οικοσυστημάτων και ειδών (Θαλάσσια Βιολογία)
Ιχθυολογία: η επιστημονική μελέτη των ψαριών
 Μικροβιολογία: μελέτη των μικροοργανισμών και των αλληλεπιδράσεών τους με άλλους ζωντανούς οργανισμούς
 Μοριακή βιολογία: μελέτη της βιολογίας και των βιολογικών λειτουργιών στο μοριακό επίπεδο, εν μέρει αλληλοεπικαλυπτόμενη με τη βιοχημεία
 Νευροεπιστήμη: μελέτη του νευρικού συστήματος
 Φυσιολογία: μελέτη της λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών και των μερών και οργάνων τους
 Βιολογία των πληθυσμών: διεπιστημονικός κλάδος της οικολογίας και της εξελικτικής βιολογίας, με χρήση εργαλείων της στατιστικής, της γενετικής και της συστηματικής βιολογίας
 Κοινωνιοβιολογία: μελέτη των βιολογικών βάσεων της κοινωνιολογίας
 Δομική βιολογία: ειδικότητα της μοριακής βιολογίας, της βιοχημείας και της βιοφυσικής, που μελετά τη μοριακή δομή των βιολογικών μακρομορίων
 Συνθετική βιολογία: ο σχεδιασμός και η δημουργία νέων βιολογικών οντοτήτων, όπως νέων ενζύμων και κυττάρων, ή ο επανασχεδιασμός προϋπαρχόντων βιολογικών συστημάτων (LY)
 Βιολογία συστημάτων: η μελέτη της συνέργειας και των αλληλοεξαρτήσεων των διάφορων συνιστωσών μέσα σε ένα βιολογικό σύστημα, με ιδιαίτερη εστίαση στον ρόλο των μεταβολικών μονοπατιών και των στρατηγικών των κυτταρικών σημάτων στη φυσιολογία
 Τοξικολογία: μελέτη των συνεπειών εκθέσεως ζωντανών οργανισμών σε χημικούς παράγοντες
 Ζωολογία: μελέτη των ζώων (ταξινόμηση, φυσιολογία, ανάπτυξη, συμπεριφορά)
 Ζυμολογία: μελέτη των ζυμώσεων και των χρήσεών τους

Η ιατρική και οι κλάδοι της

Η ιατρική και η νοσηλευτική είναι η κατεξοχήν εφαρμοσμένες επιστήμες και σύνολο τεχνικών και μεθόδων που αφορούν τη διάγνωση, τη θεραπεία/αντιμετώπιση και την πρόληψη ασθενειών. Συμπεριλαμβάνει τη φροντίδα υγείας. Η βιοϊατρική είναι ο κλάδος  που τη συνδέει με τη βιολογία και ορίζεται ως βιοεπιστήμη. Σχετίζεται με την ικανότητα του ανθρώπινου οργανισμού να αντεπεξέρχεται στο περιβαλλοντικό στρες. Αντιθέτως, οι βιοϊατρικές επιστήμες είναι ένα σύνολο εφαρμοσμένων επιστημών που χρησιμοποιούν γνώσεις των βιοεπιστημών για να αναπτύξουν τεχνολογίες και μεθόδους, οι οποίες μπορούν να εφαρμοσθούν στη φροντίδα υγείας ή στη Δημόσια Υγεία. Παραδείγματα βιοϊατρικών επιστημών είναι η ιατρική μικροβιολογία, η κλινική ιολογία, η κλινική και γενετική επιδημιολογία και η βιοϊατρική τεχνολογία ή βιοϊατρική μηχανική. Ωστόσο, η παθοφυσιολογία, καθώς ερμηνεύει τους μηχανισμούς της φυσιολογίας που λειτουργούν σε παθολογικές διεργασίες, μπορεί να θεωρηθεί ως βασική επιστήμη ή ως κλάδος της ιατρικής. Παραθέτουμε και μερικούς κλασικούς κλάδους της ιατρικής (με αλφαβητική σειρά):

 Αιματολογία: ασχολείται με το αίμα και τις παθολογίες του.
 Ακτινολογία: εφαρμόζει την ιατρική απεικόνιση για τη διάγνωση και την αντιμετώπιση των ασθενειών.
 Αναισθησιολογία: ασχολείται με ανακούφιση από τον πόνο, καθώς και την υποστήριξη των ζωτικών λειτουργιών κατά τη διάρκεια μιας χειρουργικής επεμβάσεως
 Γαστρεντερολογία: ασχολείται με τη μελέτη και τη φροντίδα του γαστρεντερικού συστήματος.
 Γηριατρική: ασχολείται με τη γενική υγεία και την ποιότητα ζωής των ηλικιωμένων.
 Γυναικολογία: ασχολείται με τη φροντίδα του γυναικείου αναπαραγωγικού συστήματος και των μαστών.
 Δερματολογία: ασχολείται με το δέρμα και τις παθήσεις του.
 Ενδοκρινολογία: ασχολείται με το ενδοκρινικό σύστημα και τις διαταραχές του.
 Ηπατολογία: ασχολείται με το ήπαρ (συκώτι), τη χοληδόχο κύστη και το χοληφόρο δέντρο.
 Καρδιολογία: ασχολείται με τις παθήσεις και συγγενείς ανωμαλίες της καρδιάς και των αιμοφόρων αγγείων της.
 Κτηνιατρική: ασχολείται με την πρόληψη, τη διάγνωση και τη θεραπεία των ασθενειών και τραυμάτων στα ζώα.
 Νευρολογία: ασχολείται με τον εγκέφαλο και με το νευρικό σύστημα γενικότερα.
 Νεφρολογία: ασχολείται με τους νεφρούς.
 Ογκολογία: ασχολείται με τις νεοπλασίες.
 Ουρολογία: ασχολείται με το ουροποιητικό σύστημα και το (συνεπλεγμένο με αυτό) ανδρικό αναπαραγωγικό σύστημα.
 Οφθαλμολογία ή οφθαλμιατρική: ασχολείται με τα μάτια.
 Παθολογία: ασχολείται με την πρόληψη, τη διάγνωση και τη μη χειρουργική θεραπεία των νοσημάτων στους ενήλικες ασθενείς
 Παιδιατρική: ασχολείται με την υγεία των παιδιών.
 Πνευμονολογία: ασχολείται με το αναπνευστικό σύστημα.
 Ρευματολογία: ασχολείται με τη διάγνωση και την αντιμετώπιση των ρευματικών διαταραχών.
 Φαρμακολογία: ασχολείται με τη μελέτη και την πρακτική της παρασκευής, της χρήσεως και των επιδράσεων των φυσικών και συνθετικών φαρμάκων.
 Χειρουργική: ασχολείται με τις επεμβατικές τεχνικές για τη θεραπεία (ή και τη διερεύνηση) ασθενειών ή τραυμάτων, ή και για τη βελτίωση σωματικών λειτουργιών ή της εμφανίσεως. Σήμερα υποδιαιρείται σε επιμέρους ειδικότητες.
 Ψυχιατρική: ασχολείται με τη μελέτη, τη διάγνωση, τη θεραπεία και την πρόληψη των ψυχικών ασθενειών.
 Ωτορινολαρυγγολογία: ασχολείται με τα αυτιά, τη μύτη, τον λάρυγγα και τις παθήσεις τους.

Νέοι σχετικώς κλάδοι της ιατρικής είναι, μεταξύ άλλων, η αθλητιατρική, που ασχολείται με την αντιμετώπιση τραυμάτων και παθήσεων των αθλητών, και η εντατικολογία, που ασχολείται με την υποστήριξη ζωής και την αντιμετώπιση σοβαρών καταστάσεων στις μονάδες εντατικής θεραπείας.

Νεοφυείς κλάδοι και πεδία μελέτης

Νέοι κλάδοι εμφανίσθηκαν τις λίγες τελευταίες δεκαετίες, κυρίως εξαιτίας της προόδου της τεχνολογίας σε σχετικούς τομείς. Μερικά από τα νέα πεδία είναι αρκετά καινοτόμα και ρηξικέλευθα. Ο παρακάτω κατάλογος δίνει κάποιους νεοφυείς κλάδους και πεδία μελέτης:

 Συναισθηματική νευροεπιστήμη: η μελέτη των νευρικών μηχανισμών του συναισθήματος. Αυτό το διεπιστημονικό πεδίο συνδυάζει τη νευροεπιστήμη με την ψυχολογική μελέτη της προσωπικότητας, του συναισθήματος και της διαθέσεως.
 Βιοϋπολογιστική: η ανάπτυξη συστημάτων βιολογικών μορίων, όπως είναι το DNA και οι πρωτεΐνες, που θα μπορούν να εκτελούν υπολογισμούς, να αποθηκεύουν, να ανακαλούν και να επεξεργάζονται δεδομένα. Η κατασκευή βιοϋπολογιστών έχει καταστεί δυνατή από την πρόοδο του νέου κλάδου της νανοβιοτεχνολογίας.

 Βιοέλεγχος: η μέθοδος καταπολεμήσεως βλαβερών εντόμων, ζιζανίων και ασθενειών των φυτών με χρήση άλλων ζωντανών οργανισμών.
 Βιοηλεκτρονική: καθώς η δομή και λειτουργία βιολογικών υλικών και συστημάτων επηρεάζεται από τον ηλεκτρισμό (π.χ. το μεμβρανικό δυναμικό, η μεταφορά σήματος από τους νευρώνες ή το ισοηλεκτρικό σημείο), μικρο- και νανο-ηλεκτρονικά μέρη και συσκευές συνδυάζονται όλο και περισσότερο με βιολογικά συστήματα όπως ιατρικά εμφυτεύματα, βιοαισθητήρες, κλπ., προκαλώντας τη δημιουργία αυτού του νέου επιστημονικού-τεχνολογικού κλάδου.
 Βιοϋλικά: κάθε υλικό, επιφάνεια ή κατασκευή που αλληλεπιδρά με βιολογικά συστήματα. Η επιστημονική μελέτη τους άρχισε πριν από μισό αιώνα περίπου και σήμερα πολλές εταιρείες επενδύουν μεγάλα ποσά στην ανάπτυξη νέων προϊόντων βιοϋλικών. Η επιστήμη των βιοϋλικών ενσωματώνει στοιχεία από τη βιολογία, την ιατρική, τη χημεία, τη μηχανική των ιστών και την επιστήμη των υλικών.
 Βιοπολυμερή: τα πολυμερή υλικά που παράγονται από ζωντανούς οργανισμούς, δηλαδή πολυμερή βιομόρια. Υπάρχουν τρεις κύριες κατηγορίες βιοπολυμερών, ανάλογα με τις μονάδες (μονομερή) τους και την πολυμερική δομή τους: τα πολυνουκλεοτίδια (RNA και DNA), που αποτελούνται από 13 ή περισσότερα μονομερή νουκλεοτίδια, τα πολυπεπτίδια (αλυσίδες αμινοξέων), και οι πολυσακχαρίτες.Chandra, R., Rustgi, R.: «Biodegradable Polymers», Progress in Polymer Science, τόμ. 23, σελ. 1273 (1998)
 Γνωστική νευροεπιστήμη: η μελέτη των βιολογικών υποστρωμάτων της νοήσεως, με έμφαση στη νευρολογική βάση των νοητικών διεργασιών. Θέτει το ερώτημα του πώς παράγονται οι ψυχολογικές και νοητικές λειτουργίες από τον εγκέφαλο. Η γνωστική νευροεπιστήμη μπορεί να θεωρηθεί κλάδος τόσο της ψυχολογίας, όσο και της νευροεπιστήμης, και έχει κοινά πεδία με τη γνωστική ψυχολογία και τη νευροψυχολογία.
 Υπολογιστική νευροεπιστήμη: η μελέτη της λειτουργίας του εγκεφάλου με όρους της επεξεργασίας πληροφοριών από τις δομές που αποτελούν το νευρικό σύστημα. Πρόκειται για διεπιστημονικό πεδίο που συνδέει τα διακριτά πεδία της νευροεπιστήμης, της γνωσιακής επιστήμης και της γνωστικής ψυχολογίας με την ηλεκτροχημεία, την επιστήμη υπολογιστών, τα μαθηματικά και τη φυσική.
 Περιβαλλοντικές επιστήμες: διεπιστημονικό πεδίο που συνδυάζει τις φυσικές επιστήμες και κλάδους τους (όπως την οικολογία, τη φυσική, τη χημεία, τη ζωολογία, την ορυκτολογία, την ωκεανογραφία, την ιχθυολογία, τη λιμνολογία, την εδαφολογία, τη μετεωρολογία, τη φυσική της ατμόσφαιρας) στη μελέτη του περιβάλλοντος και την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων.
 Επιστήμη των τροφίμων: η επιστημονική μελέτη των τροφών, που βρίσκει εφαρμογές στην ανάπτυξη νέων προϊόντων διατροφής, τον σχεδιασμό μεθόδων παραγωγής και συντηρήσεως αυτών των τροφίμων, τη μελέτη των επιδράσεων των τροφών στο ανθρώπινο σώμα, την αξιολόγηση νέων προϊόντων, καθώς και τον μικροβιολογικό, φυσικό (υφή, ιξώδες, κλπ.) και χημικό έλεγχό τους.
 Γονιδιωματική: η μελέτη της εφαρμογής μεθόδων ανασυνδυασμένου DNA, προσδιορισμού ακολουθιών DNA και βιοπληροφορικής για την αποκρυπτογράφηση και την ανάλυση της λειτουργίας γονιδιωμάτων (δηλαδή του πλήρους συνόλου των μορίων DNA μέσα σε ένα κύτταρο ενός οργανισμού). Συμπεριλαμβάνονται μελέτες διαγονιδιωματικών φαινομένων, όπως είναι η ετέρωση, η επίσταση, η πλειοτροπία και άλλες αλληλεπιδράσεις γονιδίων. Αντιθέτως, η διερεύνηση του ρόλου και των λειτουργιών μεμονωμένων γονιδίων είναι βασικό αντικείμενο της γενετικής και της μοριακής βιολογίας. Η έρευνα αυτή δεν εμπίπτει στη γονιδιωματική, εκτός και αν σκοπός αυτής της αναλύσεως πληροφοριών είναι η διαλεύκανση των επιδράσεων του γονιδίου, της θέσεώς του και της αποκρίσεώς του στο δίκτυο ολόκληρου του γονιδιώματος.
 Ανοσογενετική: η μελέτη των σχέσεων του ανοσοποιητικού συστήματος με τη γενετική. Αυτοάνοσες παθήσεις, όπως ο διαβήτης τύπου 1, αποτελούν σύνθετες γενετικές τάσεις, που προκαλούνται από ελαττώματα στο ανοσοποιητικό σύστημα. Η ταυτοποίηση των γονιδίων που ορίζουν αυτά τα ελαττώματα μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις. Εναλλακτικά, οι γενετικές παραλλαγές μπορούν επίσης να βοηθήσουν στον προσδιορισμό του ανοσολογικού μονοπατιού που οδηγεί στις παθήσεις αυτές.
 Ανοσοθεραπεία: η θεραπευτική μέθοδος που βασίζεται στη διέγερση ή στην καταστολή αποκρίσεων του ανοσοποιητικού συστήματος του οργανισμού.
 Κινησιολογία: η επιστημονική μελέτη της ανθρώπινης κινήσεως. Περιλαμβάνει τη μελέτη των φυσιολογικών, των μηχανικών και των ψυχολογικών διεργασιών που την αφορούν. Οι εφαρμογές της περιλαμβάνουν την αποκατάσταση τραυματισμών, την άσκηση και τον αθλητισμό, τη βιομηχανική και την ορθοπεδική.

 Ακτινοδιαγνωστική: η τεχνική και η διαδικασία της δημιουργίας εικόνων του σώματος ή μερών του για ιατρικούς σκοπούς ή για τη διερεύνηση της ανατομίας ή της φυσιολογίας του οργανισμού. Παραδείγματα τέτοιων απεικονίσεων αποτελούν:
 οι ακτινογραφίες
 οι αξονικές τομογραφίες
 τα υπερηχογραφήματα
 οι μαγνητικές τομογραφίες (πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού)

 Νευροηθολογία: η συγκριτική και εξελικτική μελέτη της συμπεριφοράς των ζώων με βάση την κατανόηση του νευρικού τους συστήματος.
 Οπτογενετική: η μέθοδος της νευροεπιστήμης που εφαρμόζει έναν συνδυασμό τεχνικών από την οπτική και τη γενετική για να ελέγξει και να παρακολουθήσει τη δραστηριότητα μεμονωμένων νευρώνων μέσα σε ζωντανό ιστό, ακόμα και μέσα σε ελευθέρως κινούμενα ζώα, και για να μετρήσει με ακρίβεια τα αποτελέσματα αυτών των χειρισμών σε πραγματικό χρόνο. Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται στην οπτογενετική είναι κυρίως φωτοευαίσθητες πρωτεΐνες.
 Φαρμακογονιδιωματική: η τεχνολογία που αναλύει το πώς γενετικοί παράγοντες επηρεάζουν την απόκριση ενός οργανισμού σε κάποιο φάρμακο. Συσχετίζει τη γονιδιακή έκφραση ή πολυμορφισμούς μεμονωμένου νουκλεοτιδίου με την αποτελεσματικότητα ή την τοξικότητα ενός φαρμάκου.
 Πληθυσμιακή δυναμική (population dynamics): η μελέτη των βραχυπρόθεσμων και μακροπρόθεσμων μεταβολών στο μέγεθος και στην ηλικιακή σύνθεση πληθυσμών, μαζί με τους βιολογικούς και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες και διεργασίες που τις επηρεάζουν.
 Πρωτεϊνομική (proteomics''): η μελέτη μεγάλης κλίμακας των πρωτεϊνών, και ειδικότερα της δομής και των λειτουργιών τους.

Παραπομπές

Βιβλιογραφία