생명과학

3. 생명과학의 응용 연구 분야

생명과학은 기초과학으로서의 생물학 외에 의학, 농학 등 응용 분야도 포함한다. 바이러스는 세포에 감염되지만, 완전히 스스로 증식하는 능력을 갖추지 못해 생물인지에 대한 논의가 있지만, 생명과학의 영역에서 다루어진다. 생명과학을 생물의 생명 활동과 관련된 과학으로 정의한다면, 바이러스는 생물의 생명 활동과 영향을 주고받으므로 생명과학의 범위 내에 있다고 할 수 있다.

생명과학의 응용 연구 분야는 다음과 같이 분류할 수 있다.

• '''의생명과학'''

• '''농생명과학'''

• '''환경 및 기타 응용 분야'''

3. 1. 의생명과학

• 생물감시: 생물학적 물질에서 독성 화학 물질, 원소, 그 대사물질의 신체 부담을 측정한다.^[58][59][60] 주로 혈액과 소변에서 측정이 이루어진다.^[61]
• 생체고분자: 생물에 의해 생성되는 중합체로, 생체분자이다. 단량체 단위가 공유결합하여 큰 구조를 형성한다. 사용되는 단량체 단위와 구조에 따라 폴리뉴클레오타이드(RNA 및 DNA), 폴리펩타이드, 폴리사카라이드(다당류)로 분류된다.^{[62][63][64][65]}
• 생물공학: 응용 지식에 중점을 둔, 특히 생명공학과 관련된 공학적 수단을 통해 생명과학을 연구하는 분야
• 바이오일렉트로닉스: 생체 물질의 전기적 상태는 막전위, 뉴런에 의한 신호 전달, 등전점 등 생명체의 구조와 기능에 많은 영향을 미친다. 마이크로 및 나노 전자 부품과 장치는 의학용 임플란트, 바이오센서, 랩온어칩 등과 같은 생물학적 시스템과 점차적으로 결합되어 새로운 과학 분야를 탄생시켰다.^[56]
• 생물소재: 생물학적 시스템과 상호작용하는 물질, 표면, 구조를 말하며, 생물소재과학이라고 불린다. 많은 회사들이 신제품 개발에 투자하면서 꾸준하고 강력한 성장을 이루어왔다. 생물소재과학은 의학, 생물학, 화학, 조직공학 및 재료과학의 요소들을 포함한다.
• 생물적 방제: 다른 살아있는 생물을 이용하여 해충(곤충, 진드기, 잡초, 식물 질병 포함)을 구제하는 방법에 대해 연구하는 분야^[55]
• 생명공학기술: 유전자 변형 및 합성생물학을 포함한 생명체의 조작에 대해 연구하는 분야
• 바이오컴퓨터: DNA와 단백질과 같은 생물학적으로 유도된 분자의 시스템을 사용하여 데이터의 저장, 검색, 처리를 포함하는 컴퓨터 계산 과정을 수행한다. 바이오컴퓨터의 개발은 나노생명공학기술이라는 새로운 과학이 확장되면서 가능해졌다.
• 유전체학: 게놈(생물의 세포 내 DNA의 완전한 세트)의 기능과 구조를 배열, 조립, 분석하기 위해 재조합 DNA, DNA 염기서열 분석 방법, 생물정보학을 이용한다.^[70][71] 생물체의 전체 DNA 염기서열을 결정하고, 미세한 유전자 지도를 만드려는 노력을 포함한다. 또한 잡종강세, 상위성, 다면발현 및 유전체(게놈)내의 유전자 자리 및 대립유전자 사이의 상호작용과 같은 유전체 내 현상을 연구한다.^[72] 단일 유전자의 역할과 기능에 대한 연구는 분자생물학이나 유전학의 주요 관심사이며, 현대 의학 및 현대 생명과학의 공통된 주제이다. 단일 유전자의 연구는 유전체, 경로, 기능 정보 분석의 목적이 전체 게놈 네트워크에 미치는 영향, 배치, 반응을 밝히는 것이 아니라면 유전체학의 정의에 포함되지 않는다.^[73][74]
• 광유전학: 광학과 유전학의 기술을 조합하여 살아있는 조직에서(심지어 자유롭게 움직이는 동물 내에서도) 개별 뉴런의 활동을 제어하고 감시하며 실시간으로 그 조작의 효과를 정밀하게 측정하기 위해 신경과학에서 사용되는 신경조절 기술이다.^[81] 광유전학에 사용되는 핵심 시약은 빛에 민감한 단백질이다. 공간적으로 정밀한 뉴런 조절은 채널로돕신, 할로로돕신, 미생물 로돕신과 같은 광유전학 작동자를 사용하여 달성되며, 시간적으로 정밀한 기록은 클로멜레온, 머메이드, 슈퍼클로멜레온과 같은 광유전학 센서의 도움을 받아 이루어질 수 있다.^[82]
• 키네시올로지: 인간의 운동에 대해 과학적으로 연구하는 학문이다. 생리적, 기계적 및 심리적 메커니즘을 다룬다. 인간의 건강에 대한 키네시올로지의 적용은 생물역학과 정형외과, 힘과 조절, 스포츠 심리학, 물리치료 및 작업치료와 같은 재활 방법, 스포츠와 운동에 적용할 수 있다.^[76] 인간과 동물의 운동에 대한 연구로는 동작 추적 시스템의 측정, 근육 및 뇌 활동의 전기생리학, 생리학적 기능 모니터링을 위한 다양한 방법, 기타 행동 및 인지적 연구 기법등이 포함된다.^[78][79]
• 농업: 식물 및 가축을 재배하는 과학과 실천
• 단백체학: 단백질, 특히 단백질의 구조와 기능에 대한 대규모로 연구하는 학문이다.^[86][87] 단백질은 세포의 생리적 대사 경로의 주요 구성 요소이기 때문에 생명체의 중요한 부분이다. 단백체는 생명체에 의해 생성되거나 변형된 단백질의 전체 집합이다.^[88] 이것은 세포나 생명체가 겪는 시간과 뚜렷한 요구 조건 또는 스트레스에 따라 다르다.
• 면역요법: 면역 반응을 유도, 증진 또는 억제함으로써 질병을 치료하는 것이다.^[75] 면역반응을 유도하거나 증폭시키기 위해 고안된 면역요법은 활성 면역요법으로 분류되는 반면, 감소 또는 억제하는 면역요법은 억제 면역요법으로 분류된다.
• 약물유전체학: 유전자 구성이 약물에 대한 개인의 반응에 어떠한 영향을 미치는지를 연구하는 학문이다.^[83] 유전자 발현이나 단일염기 다형성을 약물의 효능 또는 독성과 관련시킴으로써 환자의 약물 반응에 미치는 유전적 변이의 영향을 다룬다.^[84]
• 약리학: 약물 작용에 대한 연구와 관련된 의학 및 생물학의 한 연구 분야로 약물은 세포, 조직, 기관 또는 생명체에 생화학적, 생리적 효과를 발휘하는 자연에서 얻거나, 사람이 만든 분자로 광범위하게 정의될 수 있다.^[85] 보다 구체적으로는 정상적인 또는 비정상적인 생화학적 기능에 영향을 미치는 화학물질과 생명체 사잉에 일어나는 상호작용에 관한 연구이다. 어떤 물질이 약효를 가지고 있으면, 그 물질은 의약품으로 간주된다.
• 의료기기: 질병이나 기타 상태를 진단, 예방, 치료하기 위해 사용되는 기구, 도구, 임플란트, 시험관 시약, 이와 유사한 제품 또는 관련 제품이다.^[80] 의약품이 약리학적, 대사적, 면역학적 수단에 의해 주요한 작용을 하는 반면, 의료기기는 물리적, 기계적, 열적 수단과 같은 다른 방법으로 작용한다.
• 의학촬영: 임상 또는 생리학적 연구 목적으로 인체의 이미지를 만드는데 사용되는 기술 및 과정이다.
• 개체군 동태론: 인구의 크기 및 연령 구성에 있어서 단기적이고 장기적인 변화, 그리고 그러한 변화에 영향을 미치는 생물학적, 환경적 과정에 대한 연구이다. 출생률과 사망률, 이입과 이출로 인해 인구가 영향을 받는 방식을 받는 방식을 다루며, 고령화나 인구 감소와 같은 주제를 연구한다.
• 식품과학: 식품에 대해 연구하는 응용과학. 식품과학자의 활동으로는 새로운 식품의 개발, 이러한 식품을 생산하고 보존하는 과정의 설계, 포장 재료의 선택, 유통기한의 연구, 인체에 대한 식품의 영향 연구, 패널이나 잠재적인 소비자를 이용한 제품 평가, 미생물학적, 물리적(질감 및 점성), 화학적 실험 등이 있다.^{[66][67][68][69]}
• 발효공학: 비타민, 아미노산, 항생제, 맥주, 포도주 등 다양한 제품의 산업적인 생산을 위해 미생물의 사용에 대해 연구하는 학문
• 공중위생: 환경역학, 독물학과 관련된 여러 분야

3. 2. 농생명과학

• 농학 - 자원 확보를 위한 식물 재배 과학
• 생체 컴퓨터 - DNA 및 단백질과 같은 생물학적 유래 분자 시스템을 사용하여 데이터 저장, 검색 및 처리와 관련된 계산을 수행한다. 나노생명공학의 발전을 통해 가능해졌다.^[20]
• 생물 방제 - 다른 생물을 사용하여 해충 방제 (곤충, 진드기, 잡초 및 식물 질병 포함)하는 방법.^[21]
• 생명공학 - 유전자 변형 및 합성 생물학을 포함한 생명체의 조작^[29]
• 생체 전자 공학 - 막 전위, 뉴런에 의한 신호 전달, 등전점 등 생물학적 물질의 전기적 상태는 구조와 기능에 큰 영향을 미친다. 마이크로 및 나노 전자 부품과 장치는 의료 임플란트, 생체 센서, 랩온어칩 장치 등과 같은 생물학적 시스템과 결합되어 새로운 과학 분야로 등장하였다.^[22]
• 생체 재료 - 생물학적 시스템과 상호 작용하는 물질, 표면 또는 구조물. 생체 재료 과학은 약 50년의 역사를 가지고 있으며, 의학, 생물학, 화학, 조직 공학 및 재료 과학의 요소를 포함한다.
• 생물 의학 과학 - 자연 과학 또는 형식 과학의 일부를 적용하여 의료 또는 공중 보건에 사용되는 지식, 중재 또는 기술을 개발하는 응용 과학. 의학 미생물학, 임상 바이러스학, 임상 역학, 유전 역학 및 병태 생리학과 같은 학문이 있다.
• 생물 모니터링 - 생물학적 물질에서 독성 화학 물질, 화학 원소 또는 그들의 대사 산물의 체내 부하를 측정하는 것.^[23][24] 혈액과 소변에서 주로 측정한다.^[25]
• 생체 고분자 - 살아있는 유기체에 의해 생성된 고분자 (생체 분자). 폴리뉴클레오타이드 (RNA 및 DNA), 폴리펩타이드, 다당류로 분류된다.^[26][27][28]
• 보전 생물학 - 멸종 및 생물적 상호 작용의 침식으로부터 종, 서식지 및 생태계를 보호하기 위한 목적으로 자연과 지구의 생물 다양성을 관리하는 학문. 자연 및 사회 과학, 자연 자원 관리 실천을 활용하는 학제 간 주제이다.^[30]
• 환경 보건 - 환경 역학, 독성학, 노출 과학과 관련된 다학제적 분야
• 발효 기술 - 비타민, 아미노산, 항생제, 맥주, 와인 등과 같은 다양한 제품의 산업 제조에 미생물을 사용하는 연구.^[31]
• 식품 과학 - 음식 연구에 전념하는 응용 과학. 새로운 식품 제품 개발, 식품 생산 및 보존 과정 설계, 포장재 선택, 유통 기한 연구, 인체에 대한 음식의 영향 연구, 제품의 감각 평가, 미생물학적, 물리적(조직감 및 유동학) 및 화학적 검사 등을 포함한다.^[32][33][34]
• 유전체학 - 재조합 DNA, DNA 시퀀싱 방법 및 생물 정보학을 적용하여 유전체 (유기체의 단일 세포 내의 전체 DNA 세트)의 기능과 구조를 시퀀싱, 조립 및 분석한다.^[35][36] DNA 서열과 유전자 지도를 결정하고, 이형 접합성, 상위성, 다면 발현 및 유전자 내 현상을 연구한다.^[37]
• 건강 과학 - 건강 또는 건강 관리를 핵심 주제로 하는 과학. STEM 분야와 환자 안전 분야 등을 포함한다.
• 임학
• 수산학
• 축산학・수의학
• 생물공학

3. 3. 환경 및 기타 응용 분야

• 생명공학기술 – 유전자 변형 및 합성생물학을 포함한 생명체의 조작에 대해 연구하는 분야이다.
• 바이오컴퓨터 – DNA와 단백질과 같은 생물학적으로 유도된 분자 시스템을 사용하여 데이터의 저장, 검색, 처리를 포함하는 컴퓨터 계산 과정을 수행한다. 바이오컴퓨터의 개발은 나노생명공학기술이라는 새로운 과학이 확장되면서 가능해졌다.
• 생물적 방제 – 다른 살아있는 생물을 이용하여 해충(곤충, 진드기, 잡초, 식물 질병을 포함)을 구제하는 방법에 대해 연구하는 분야이다.^[55]
• 생물공학 – 응용 지식에 중점을 둔 특히, 생명공학과 관련된 공학적 수단을 통해 생명과학을 연구하는 분야이다.
• 바이오일렉트로닉스 – 생체 물질의 전기적 상태는 막전위, 뉴런에 의한 신호 전달, 등전점 등 생명체의 구조와 기능에 많은 영향을 미친다. 마이크로 및 나노 전자 부품과 장치는 의학용 임플란트, 바이오센서, 랩온어칩 등과 같은 생물학적 시스템과 점차적으로 결합되어 새로운 과학 분야의 출현을 가져왔다.^[56]
• 생물소재 – 생물학적 시스템과 상호작용하는 물질, 표면, 구조를 말한다. 생물소재에 대한 연구는 생물소재과학이라고 불린다. 생물소재는 많은 회사들이 신제품 개발에 많은 돈을 투자하면서 개발 역사에 걸쳐 꾸준하고 강력한 성장을 이루어왔다. 생물소재과학은 의학, 생물학, 화학, 조직공학 및 재료과학의 요소들을 포함한다.
• 생의과학 – 자연과학 또는 형식과학의 일부 또는 두 가지 모두를 적용하는 일련의 응용과학으로 의료 또는 공중 보건에서 지식, 기술을 개발한다.^[57] 의학미생물학, 임상바이러스학, 임상역학, 유전역학, 의공학과 같은 분야는 의학이다. 그러나 병리학적 과정에서 작동하는 생리학적 메커니즘을 설명하는 병태생리학은 기초과학으로 간주될 수 있다.
• 생물감시 – 생물학적 물질에서 독성 화학 물질, 원소, 그 대사물질의 신체 부담을 측정한다.^[58][59][60] 종종 이러한 측정은 혈액과 소변에서 이루어진다.^[61]
• 생체고분자 – 생물에 의해 생성되는 중합체로 다시 말하면 이들은 중합체인 생체분자이다. 중합체이기 때문에 생체고분자는 큰 구조를 형성하기 위해 공유결합된 단량체 단위를 포함하고 있다. 사용되는 단량체 단위와 생체고분자의 구조에 따라 세 가지 주요 생체고분자로 분류된다. 13개 이상의 뉴클레오타이드 단량체로 구성된 긴 중합체인 폴리뉴클레오타이드(RNA 및 DNA), 아미노산의 중합체인 폴리펩타이드, 단당류의 중합체인 폴리사카라이드(다당류)로 분류된다.^{[62][63][64][65]}
• 공중위생 – 환경역학, 독물학과 관련된 여러 분야
• 발효공학 – 비타민, 아미노산, 항생제, 맥주, 포도주 등 다양한 제품의 산업적인 생산을 위해 미생물의 사용에 대해 연구하는 학문
• 식품과학 – 식품에 대해 연구하는 응용과학. 식품과학자의 활동으로는 새로운 식품의 개발, 이러한 식품을 생산하고 보존하는 과정의 설계, 포장 재료의 선택, 유통기한의 연구, 인체에 대한 식품의 영향 연구, 패널이나 잠재적인 소비자를 이용한 제품 평가, 미생물학적, 물리적(질감 및 점성), 화학적 실험 등이 있다.^{[66][67][68][69]}
• 유전체학 – 게놈(생물의 세포 내 DNA의 완전한 세트)의 기능과 구조를 배열, 조립, 분석하기 위해 재조합 DNA, DNA 염기서열 분석 방법, 생물정보학을 이용한다.^[70][71] 유전체학은 생물체의 전체 DNA 염기서열을 결정하고, 미세한 유전자 지도를 만드려는 노력을 포함한다. 유전체학은 또한 잡종강세, 상위성, 다면발현 및 유전체(게놈)내의 유전자 자리 및 대립유전자 사이의 상호작용과 같은 유전체 내 현상을 연구한다.^[72] 대조적으로 단일 유전자의 역할과 기능에 대한 연구는 분자생물학이나 유전학의 주요 관심사이며, 현대 의학 및 현대 생명과학의 공통된 주제이다. 단일 유전자의 연구는 유전체, 경로, 기능 정보 분석의 목적이 전체 게놈 네트워크에 미치는 영향, 배치, 반응을 밝히는 것이 아니라면 유전체학의 정의에 포함되지 않는다.^[73][74]
• 면역요법 – 면역요법은 면역 반응을 유도, 증진 또는 억제함으로써 질병을 치료하는 것이다.^[75] 면역반응을 유도하거나 증폭시키기 위해 고안된 면역요법은 활성 면역요법으로 분류되는 반면, 감소 또는 억제하는 면역요법은 억제 면역요법으로 분류된다.
• 키네시올로지 – 키네시올로지는 인간의 운동에 대해 과학적으로 연구하는 학문이다. 키네시올로지는 생리적, 기계적 및 심리적 메커니즘을 다룬다. 인간의 건강에 대한 키네시올로지의 적용은 다음과 같다. 생물역학과 정형외과, 힘과 조절, 스포츠 심리학, 물리치료 및 작업치료와 같은 재활 방법, 스포츠와 운동에 적용할 수 있다.^[76] 키네시올로지로 학위를 받은 사람은 연구, 피트니스 산업, 임상 환경 및 산업 환경에서 일할 수 있다.^[77] 인간과 동물의 운동에 대한 연구로는 동작 추적 시스템의 측정, 근육 및 뇌 활동의 전기생리학, 생리학적 기능 모니터링을 위한 다양한 방법, 기타 행동 및 인지적 연구 기법등이 포함된다.^[78][79]
• 의료기기 – 의료기기는 질병이나 기타 상태를 진단, 예방, 치료하기 위해 사용되는 기구, 도구, 임플란트, 시험관 시약, 이와 유사한 제품 또는 관련 제품이다.^[80] 의약품이 약리학적, 대사적, 면역학적 수단에 의해 주요한 작용을 하는 반면, 의료기기는 물리적, 기계적, 열적 수단과 같은 다른 방법으로 작용한다.
• 의학촬영 – 의학촬영은 임상 또는 생리학적 연구 목적으로 인체의 이미지를 만드는데 사용되는 기술 및 과정이다.
• 광유전학 – 광유전학은 광학과 유전학의 기술을 조합하여 살아있는 조직에서(심지어 자유롭게 움직이는 동물 내에서도) 개별 뉴런의 활동을 제어하고 감시하며 실시간으로 그 조작의 효과를 정밀하게 측정하기 위해 신경과학에서 사용되는 신경조절 기술이다.^[81] 광유전학에 사용되는 핵심 시약은 빛에 민감한 단백질이다. 공간적으로 정밀한 뉴런 조절은 채널로돕신, 할로로돕신, 미생물 로돕신과 같은 광유전학 작동자를 사용하여 달성되며, 시간적으로 정밀한 기록은 클로멜레온, 머메이드, 슈퍼클로멜레온과 같은 광유전학 센서의 도움을 받아 이루어질 수 있다.^[82]
• 약물유전체학 – 약물유전체학(약리학과 유전체학의 합성어)은 유전자 구성이 약물에 대한 개인의 반응에 어떠한 영향을 미치는지를 연구하는 학문이다.^[83] 유전자 발현이나 단일염기 다형성을 약물의 효능 또는 독성과 관련시킴으로써 환자의 약물 반응에 미치는 유전적 변이의 영향을 다룬다.^[84]
• 약리학 – 약리학은 약물 작용에 대한 연구와 관련된 의학 및 생물학의 한 연구 분야로 약물은 세포, 조직, 기관 또는 생명체에 생화학적, 생리적 효과를 발휘하는 자연에서 얻거나, 사람이 만든 분자로 광범위하게 정의될 수 있다.^[85] 보다 구체적으로는 정상적인 또는 비정상적인 생화학적 기능에 영향을 미치는 화학물질과 생명체 사잉에 일어나는 상호작용에 관한 연구이다. 어떤 물질이 약효를 가지고 있으면, 그 물질은 의약품으로 간주된다.
• 개체군 동태론 – 개체군 동태론은 인구의 크기 및 연령 구성에 있어서 단기적이고 장기적인 변화, 그리고 그러한 변화에 영향을 미치는 생물학적, 환경적 과정에 대한 연구이다. 개체군 동태론은 출생률과 사망률, 이입과 이출로 인해 인구가 영향을 받는 방식을 받는 방식을 다루며, 고령화나 인구 감소와 같은 주제를 연구한다.
• 단백체학 – 단백체학은 단백질, 특히 단백질의 구조와 기능에 대한 대규모로 연구하는 학문이다.^[86][87] 단백질은 세포의 생리적 대사 경로의 주요 구성 요소이기 때문에 생명체의 중요한 부분이다. 단백체는 생명체에 의해 생성되거나 변형된 단백질의 전체 집합이다.^[88] 이것은 세포나 생명체가 겪는 시간과 뚜렷한 요구 조건 또는 스트레스에 따라 다르다.
• 농업 - 식물 및 가축을 재배하는 과학과 실천

참조

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