Կենսաճարտարագիտություն

Կենսաճարտարագիտություն կամ կենսաբանական ճարտարագիտություն, գիտության և տեխնոլոգիայի ուղղություն, որը զարգացնում է կենսաբանության և բժշկության մեջ ճարտարագիտական սկզբունքների կիրառումը։

Կենսաճարտարագիտությունը (ներառյալ կենսաբանական համակարգերի ճարտարագիտությունը) կենսաբանության հասկացությունների ու մեթոդների (և, երկրորդ հերթին, ֆիզիկայի, քիմիայի, մաթեմատիկայի և ինֆորմատիկայի) կիրառումն է կենդանի օրգանիզմների կամ դրանց հավելվածների մասին գիտությունների հետ կապված արդիական խնդիրների լուծման նպատակով` օգտագործելով ճարտարագիտական գործի վերլուծական և համադրական մեթոդոլոգիաները, ինչպես նաև գտնված լուծումների արժեքի և գործնականության նկատմամբ նրա ավանդական զգայունությունը։ Այս առումով, չնայած ավանդական ճարտարագիտությունը ֆիզիկա և մաթեմատիկա է կիրառում ոչ կենդանի գործիքների, կառուցվածքների և գործընթացների վերլուծության, նախագծման և արտադրության նպատակով, կենսաբանական ճարտարագիտությունը հիմնականում օգտագործում է մոլեկուլային կենսաբանության արագ զարգացող ոլորտը` կենդանի օրգանիզմների կիրառություններն ուսումնասիրելու և զարգացնելու համար։

Կենսաճարտարագիտության գործունեության ոլորտը տարածվում է արհեստական ​​օրգանների ստեղծումից` տեխնիկական միջոցների օգտագործմամբ կամ օրգանների ու հյուսվածքների աճեցման ուղիների որոնմամբ` վերականգնվող բժշկության մեթոդներով` նվազեցված կամ կորցրած ֆիզիոլոգիական գործառույթները փոխհատուցելու համար (կենսաբժշկական ճարտարագիտություն) մինչև գենետիկորեն ձևափոխված օրգանիզմների մշակումը, օրինակ` գյուղատնտեսական բույսերի և կենդանիների (գենետիկական ճարտարագիտություն), ինչպես նաև կանխորոշված հատկություններով միացությունների մոլեկուլային ձևավորում (սպիտակուցային ճարտարագիտություն, ճարտարագիտական ֆերմենտաբանություն)։ Ոչ բժշկական առումներով կենսաճարտարագիտությունը սերտորեն առնչվում է կենսատեխնոլոգիայի հետ։

Կենսաճարտարագիտության հատկապես կարևոր կիրառումը մարդկանց առողջության հետ կապված խնդիրների վերլուծությունն ու արդյունավետ (ծախսերի շրջանակներում) լուծումն է, սակայն այն միակը չէ. կենսաբանական ճարտարագիտությունն ընդգրկում է գիտելիքների շատ ավելի մեծ ոլորտ։ Օրինակ, բիոմիմետիկան, որը կենսաճարտարագիտության ճյուղ է, փնտրում է կենդանի օրգանիզմների կառույցների և գործառույթների օգտագործման ուղիներ` որպես մեքենաների ու նյութերի մշակման և արտադրության մոդելներ։ Համակարգային կենսաբանությունը, մյուս կողմից, զբաղվում է բարդ արհեստական համակարգերի ճարտարագիտական հասկացությունների կիրառմամբ (հնարավոր է նաև «հետադարձ մշակման» մեջ օգտագործվող հասկացություններ)` բարդ կենսաբանական համակարգերի կառուցվածքների և գործառույթների ըմբռնումը հեշտացնելու համար։

Կենսաբանական ճարտարագիտությունը կենսաբժշկական ճարտարագիտությունից տարբերելը կարող է դժվար լինել, քանի որ շատ համալսարաններ ազատորեն փոխարինում են «կենսաճարտարագիտություն» և «կենսաբժշկական ճարտարագիտություն» տերմինները միմյանց հետ։ Կենսաբժշկական ճարտարագետները հետաքրքրված են բժշկական նորարարություններում կենսաբանության և այլ գիտություններ կիրառմամբ, մինչդեռ կենսաճարտարագետները կենտրոնացած են կենսաբանության կիրառման վրա ընդհանուր իմաստով, և ոչ բնավ բժշկական կարիքների համար։ Հետևաբար, ոչ «կենսաբանական» և ոչ «կենսաբժշկական» ճարտարագիտությունը միմյանց ամբողջովին չեն պարունակում, քանի որ բժշկական կարիքների համար «ոչ կենսաբանական» ապրանքներ կարող են գոյություն ունենալ ոչ բժշկական կարիքների համար նախատեսված «կենսաբանական» ապրանքների հետ միաժամանակ (վերջինս ներառում է նաև կենսահամակարգերի ճարտարագիտություն)։

Պատմություն 
Կենսաբանական ճարտարագիտությունը գիտականորեն հիմնավորված կարգ է, որը հիմնված է կենսաբանության վրա ճիշտ այնպես, ինչպես քիմիական տեխնոլոգիան, էլեկտրատեխնիկան և մեքենաշինությունը հիմնված են քիմիայի, էլեկտրաէներգիայի և մագնիսականության, ինչպես նաև դասական մեխանիկայի վրա համապատասխանաբար։

Կենսաբանական ճարտարագիտությունը կարելի է առանձնացնել մաքուր կենսաբանության կամ ճարտարագիտական գործի ոլորտների իր հիմունքներից։ Կենսաբանական ուսումնասիրությունները հաճախ հաջորդում են հնարավոր նվազագույն մակարդակով վերանայման համակարգերի ռեդուկցիոնիստական ​​մոտեցումներին, որոնք, բնականաբար, տանում են դեպի այնպիսի գործիքներ, ինչպիսիք են ֆունկցիոնալ գենոմիկան։ Ինժեներական մոտեցումները, որոնք օգտագործում են դասական ձևավորման և զարգացման հասկացությունները, կառուցվածքային են, քանի որ ուղղված են առանձին հասկացություններից նոր սարքերի, մեթոդների և տեխնոլոգիաների ստեղծմանը։ Կենսաբանական ճարտարագիտությունը օգտագործում է երկու տեսակի մոտեցումներ` հենվելով ռեդուկցիոնիստական մեթոդների վրա` հայտնաբերելու, հասկանալու և կազմակերպելու հիմնարար միավորներ, որոնք այնուհետև միանում են ինչ-որ նոր բան առաջացնելու համար։ Բացի այդ` որպես ճարտարագիտական առարկա` կենսաճարտարագիտությունն իր հիմքում քննում է ոչ միայն գիտությունը, այլև գիտական գիտելիքների գործնական կիրառումը` ծախսերի արդյունավետ օգտագործմամբ արդիական խնդիրների լուծման համար։

Չնայած նախագծված ինժեներական համակարգերն օգտագործվել են տեղեկատվությունը վերահսկելու, նյութեր ստեղծելու, քիմիական նյութեր մշակելու, էներգիա արտադրելու, սնունդ ապահովելու և մարդկանց առողջության, շրջակա միջավայրի պահպանման ու բարելավման համար, սակայն մեր հնարավորությունները ներկայումս կանխատեսելի վարքագծով կենսաբանական համակարգեր ստեղծելու համար այնքան էլ լավ զարգացած չեն, որքան մեր վարպետությունը մեխանիկայի և էլեկտրականության մեջ։

Ճարտարագիտական և տեխնոլոգիական հավատարմագրման խորհուրդը (), բակալավրիատի ինժեներական ծրագրերի հավատարմագրման ամերիկյան մարմինը տարբերակում է կենսաբժշկական ճարտարագիտությունը և կենսաբանական ճարտարագիտությունը, թեև այդ առարկաները շատ առումներով հատվում են (տես վերևում)։ Այս առարկաների հիմնական դասընթացները հաճախ նույնն են` այդ թվում ջերմոդինամիկան, մեխանիկական դինամիկան, հեղուկի դինամիկան, կինետիկան, էլեկտրոնիկան և նյութագիտությունը։ Ըստ Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (ԱՄՆ) պրոֆեսոր Դուգ Լաուֆենբերգերի (Daug Lauffenberger)` կենսաբանական ճարտարագիտությունը (ինչպես կենսատեխնոլոգիան) ունի ավելի լայն հիմք, որը ինժեներական սկզբունքներ է կիրառում հսկայական չափով և բարդությամբ տարբերվող համակարգերի նկատմամբ` սկսած մոլեկուլային մակարդակից` մոլեկուլային կենսաբանություն, կենսաքիմիա, մանրէաբանություն, դեղագիտություն, սպիտակուցային քիմիա, բջջաբանություն, իմունաբանություն, նեյրոկենսաբանություն և նյարդաբանություն (հաճախ, բայց ոչ միշտ, օգտագործելով կենսաբանական նյութեր) և վերջացրած բջջային ու հյուսվածքային մեթոդներով (ներառյալ սարքերը և տվիչները), ամբողջական մակրոսկոպիկ օրգանիզմներով (բույսեր, կենդանիներ) և նույնիսկ ամբողջ էկոհամակարգերով։

«Կենսաճարտարագիտություն» բառը ստեղծվել է բրիտանացի գիտնական և հաղորդավար Հայնց Վոլֆի կողմից 1954 թվականին։ Կենսաճարտարագիտություն հասկացությունը օգտագործվում է նաև քաղաքաշինության աճը նկարագրելու համար։ Այս հասկացությունը կարող է վերաբերել նաև շրջակա միջավայրի այնպիսի փոփոխություններին, ինչպիսիք են հողի մակերևույթի պաշտպանությունը, լանջերի ամրապնդումը, ջրահոսքերի և ափամերձ գոտիների պաշտպանությունը, հողմապաշտպանությունը, բուսական արգելքների տեղադրումը (ներառյալ արգելապատնեշները և մթնեցնող էկրանները), ինչպես նաև բնապահպանական բարելավումները։ Կենսաբանական ճարտարագիտության առաջին ծրագիրը ստեղծվել է Միսիսիպիի համալսարանում (ԱՄՆ) 1967 թվականին։ Ավելի ժամանակակից ուսումնական ծրագրեր են գործարկվել Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտում և Յուտայի ​​համալսարանում։

Տես նաև 
 Կենսաբժշկական ճարտարագիտություն
 Գենետիկական ճարտարագիտություն
 Սինթետիկ կենսաբանություն

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 Bioengineering // Merriam-Webster Online Dictionary, 2009. — www.merriam-webster.com/dictionary/bioengineering
 Сборник задач по инженерной биологии // SSRN, 2016. — 54 c. 

Կենսաբանական ճարտարագիտություն
Կենսատեխնոլոգիա
Առողջապահական գիտություններ
Գենետիկական ճարտարագիտություն