Կենսաճարտարագիտություն

Կենսաճարտարագիտություն կամ կենսաբանական ճարտարագիտություն, գիտության և տեխնոլոգիայի ուղղություն, որը զարգացնում է կենսաբանության և բժշկության մեջ ճարտարագիտական սկզբունքների կիրառումը^[1]։

Կենսաբանական որոշ մոլեկուլային մեքենաներ

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^[1]։

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^[2]։ 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^[3]։

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^[4]։ 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^[5]։

Ճարտարագիտական և տեխնոլոգիական հավատարմագրման խորհուրդը (անգլ.՝ ABET^[6]), 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<sup>[7][8]</sup>։ Ըստ Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի (ԱՄՆ) պրոֆեսոր Դուգ Լաուֆենբերգերի (Daug Lauffenberger)<sup>[9][10]</sup>` 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^[11]։ 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^[12]։ Ավելի ժամանակակից ուսումնական ծրագրեր են գործարկվել Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտում^[13] և Յուտայի համալսարանում^[14]։

Տես նաև

• Կենսաբժշկական ճարտարագիտություն
• Գենետիկական ճարտարագիտություն
• Սինթետիկ կենսաբանություն

Ծանոթագրություններ

1. Ширинский В. П. «Биоинженерия «Словарь нанотехнологичных терминов»». Роснано. Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ սեպտեմբերի 4-ին. Վերցված է 2011 թ․ նոյեմբերի 27-ին.
2. NIH working definition of bioengineering «アーカイブされたコピー». Արխիվացված է օրիգինալից 2008 թ․ մայիսի 12-ին. Վերցված է 2010 թ․ սեպտեմբերի 9-ին. accessed, 1/1/2007
3. Cuello JC, Engineering to biology and biology to engineering, The bi-directional connection between engineering and biology in biological engineering design, Int J Engng Ed 2005, 21, 1-7
4. Riley MR, Introducing Journal of Biological Engineering, Journal of Biological Engineering 1,1, 2007, http://www.jbioleng.org,
5. Endy D, Foundations for engineering biology. Nature 438,449-4 2005, http://www.nature.com/nature/journal/v438/n7067/full/nature04342.html
6. ABET «アーカイブされたコピー» (PDF). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2010 թ․ մարտի 26-ին. Վերցված է 2010 թ․ սեպտեմբերի 8-ին., accessed 9/8/2010.
7. Linsenmeier RA, Defining the Undergraduate Biomedical Engineering Curriculum http://www.vanth.org/curriculum/def_bme_curr.pdf
8. Johnson AT, Phillips WM: «Philosophical foundations of biological engineering». Journal of Engineering Education. 1995 , 84:311-318
9. http://web.mit.edu/be/index.shtml, 4/14/2011
10. http://web.mit.edu/be/people/lauffenburger.shtml, 4/14/2011
11. Candi Design Ltd. www.candidesign.co.uk. «Professor Heinz Wolff». Heinzwolff.co.uk. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մայիսի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ նոյեմբերի 13-ին.
12. «Agricultural & Biological Engineering: History of the Department». Abe.msstate.edu. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մայիսի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ նոյեմբերի 13-ին.
13. «MIT | Department of Biological Engineering». Web.mit.edu. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մայիսի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ նոյեմբերի 13-ին.
14. «Biological Engineering». be.usu.edu. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ մայիսի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ նոյեմբերի 13-ին.

Արտաքին հղումներ

• Bioengineering // Merriam-Webster Online Dictionary, 2009. — www.merriam-webster.com/dictionary/bioengineering
• Сборник задач по инженерной биологии // SSRN, 2016. — 54 c. doi:10.2139/ssrn.2898429

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Կենսաճարտարագիտություն» հոդվածին։