Στη σύγχρονη επιστημονική κοινότητα, υπάρχουν αρκετές θεωρίες σχετικά με τη μέθοδο μετάδοσης πληροφοριών από γονείς σε απογόνους: από κύμα σε φουτουριστικό τύπο υπερήλικων ομάδων. Ωστόσο, το γεγονός ότι είναι μόρια ϋΝΑ που είναι η υλική βάση για τη συνέχεια των οργανισμών δεν προκαλεί αντιπαραθέσεις. Η κατανόηση του πώς σχηματίστηκαν στοιχεία στην επιστημονική κοινότητα σχετικά με τον γενετικό ρόλο του DNA και τι είναι αυτοί είναι ο σκοπός αυτού του άρθρου.
Λίγο θεωρίας για μη βιολόγους
Για να κατανοήσουμε το θέμα και την ίδια την ουσία της απόδειξης του ρόλου του DNA στην κληρονομικότητα, θυμόμαστε μόνο μερικές γενικές έννοιες και όρους που χρησιμοποιούνται στο κείμενο. Οι μοριακοί βιολόγοι και άλλοι επαγγελματίες βιολόγοι μπορεί να μην διαβάσουν αυτό το μέρος - οι έννοιες δίνονται σε απλοποιημένη μορφή για το ενδιαφερόμενο μέρος των αναγνωστών. Αν και η σύγχρονη εξειδίκευση στη βιολογία σήμερα έχει αυξηθεί τόσο πολύ που ένας επαγγελματίας περιβαλλοντολόγος δεν θα διαρκέσει πάντα στην κατανόηση της ουσίας των εξελικτικών μηχανισμών και οι ιδιαιτερότητες της ανάπτυξης ενός εμβρύου βάτραχου δεν είναι σαφώς κατανοητές από τους βοτανολόγους. Έτσι, αυτοί είναι οι όροι:
- Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ) και το RNA (ριβονουκλεϊνικό οξύ) είναι μακρά και μεγάλα μόρια που αποτελούνται από μονομερή - νουκλεοτίδια.
- Το DNA και το RNA ονομάζονται νουκλεϊκά οξέα.
- Το DNA και το RNA σχηματίζονται μόνο από τέσσερα νουκλεοτίδια (τρία όμοια, ένα διαφορετικό σε DNA και RNA) - τα νουκλεοτίδια είναι καθολικά για όλα τα έμβια όντα στον πλανήτη. Πρόκειται για σύνθετες οργανικές ενώσεις από αζωτούχο βάση, υπόλειμμα υδατάνθρακα και φωσφορικό οξύ. Ονομάζονται αδεΐνη, γουανίνη, θυμίνη και κυτοσίνη (ουρακίλη).
- Τα νουκλεοτίδια σχηματίζουν τριπλέτες - κωδικοποιούν ένα αμινοξύ από είκοσι.
- Οι τριπλέτες σχηματίζουν αλυσίδες στη σύνθεση των νουκλεϊνικών οξέων, που αντιστοιχούν σε μια αλυσίδα αμινοξέων ή μία συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Οι πρωτεΐνες αποτελούν τη βάση της ζωής στον πλανήτη, είναι συγκεκριμένες και μοναδικές.
- Ένα γονίδιο είναι ένα κομμάτι νουκλεϊνικού οξέος που είναι υπεύθυνο για μια πρωτεΐνη.
- Γονιδίωμα - το σύνολο του γενετικού υλικού του σώματος.
Λίγη ιστορία
Ο Ελβετός βιολόγος F. Miescher το 1869 είδε τις αλυσίδες στους πυρήνες των κυττάρων πύου (λευκοκύτταρα), τα οποία ονόμαζε νουκλεϊκά οξέα.
Ο Γερμανός A. Kassel ως βιοχημικός υπολογίζει τη σύνθεση τους: ζάχαρη, φωσφορικό οξύ και πέντε ποικιλίες αζωτούχων βάσεων. Αυτός το 1891 απέδειξε ότι υπάρχουν δύο νουκλεϊκά οξέα - DNA και RNA. Την περίοδο από αυτές τις ανακαλύψεις μέχρι το 1953, διεξήχθησαν μελέτες σχετικά με τη χημική σύνθεση και τη δομική οργάνωση των νουκλεϊνικών οξέων. Διάσημα επώνυμα της περιόδου αυτής είναι οι F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Τα πειράματα που ξεκίνησε ο F. Griffith (1928) και συνεχίστηκαν από τους O. Avery, C. MacLeod και M. McCarthy (1944), παρείχαν στοιχεία για το ρόλο του DNA στη μεταφορά γενετικών πληροφοριών, το οποίο συζητείται λεπτομερέστερα αργότερα. Το 1953, οι Αμερικανοί J. Watson και F. Crick πρότειναν ένα μοντέλο της δομής DNA με τη μορφή διπλής στριμμένης έλικας, η οποία ήταν γνωστή και σε έναν μαθητή. Αυτό είναι, γεννήθηκε η μοριακή βιολογία!
Από πρωτεΐνη σε DNA
Εκείνη την εποχή, τα νουκλεϊκά οξέα φαινόταν σαν παράξενο υλικό στον πυρήνα ενός κυττάρου. Για ό, τι χρειάζονται αυτοί οι σχηματισμοί, δεν γνώριζαν, και ακόμη λιγότερο δεν έψαχναν στοιχεία του γενετικού ρόλου των νουκλεϊνικών οξέων. Οι πρωτεΐνες που αποτελούνται από αμινοξέα και έχουν μια πιο σύνθετη χημική δομή έχουν ήδη ανακαλυφθεί. Οι πρωτεΐνες θεωρούνταν φορείς κληρονομικών πληροφοριών.
Το υλικό που φέρει κληρονομικές πληροφορίες ήταν το πρώτο που αμφέβαλε τον αγγλικό βακτηριολόγο F. Griffith το 1928. Και παρόλο που δεν μπορούσε να παράσχει πειστικά στοιχεία για τον γενετικό ρόλο του DNA, τα πειράματά του αξίζουν προσοχής.
Griffith πνευμονιοκοκκικά στελέχη
Ο Frederick Griffith, ένας βακτολόγος από την Αγγλία, μολύνει μύες με ιούς Pneutnococcus pneumoniae που προκάλεσαν πνευμονία σε αυτά και τα ζώα πέθαναν. Οι πνευμονοκόκκοι υπάρχουν σε δύο μορφές - μολυσματικές (μολυσματικές) και μη μολυσματικές (μη μολυσματικές). Αυτές οι μορφές είναι εύκολο να διακριθούν. Ο λοιμογόνος πνευμονόκοκκος έχει κάψουλα βλεννοπολυσακχαριτών που προστατεύει το κύτταρο. Οι μη μολυσματικές κάψουλες δεν έχουν και δεν μπορούν να υπερασπιστούν τον εαυτό τους έναντι των κυττάρων του ανοσοποιητικού ποντικιού · επομένως, οι ποντικοί δεν αναπτύσσουν πνευμονία. Ο πιθανολογούμενος εκείνος ο χρόνος: ο θερμαινόμενος λοιμογόνος πνευμονόκοκκος γίνεται μη μολυσματικός. Ένας βιολόγος μολύνει τα ποντίκια με ένα μείγμα ενός θερμαινόμενου μολυσματικού στελέχους και ζωντανούς μολυσματικούς (χωρίς κάψουλες). Τα ποντίκια πεθαίνουν. Στο σώμα τους, ο επιστήμονας ανακαλύπτει ζώντες πνευμονόκοκκους με ένα κέλυφος καψουλών. Το συμπέρασμα του Griffith: από τους νεκρούς λοιμογόνους πνευμονοκόκους σε ζωντανές αλλά χωρίς κάψουλες μορφές, μεταδίδεται κάτι ("μετασχηματιστικός παράγοντας") που μετατρέπει τις μη μολυσματικές μορφές σε μολυσματικές μορφές με σταθερό χαρακτηριστικό ως κληρονομικό (πνευμονοκόκκοι πολλαπλασιάζονται γρήγορα: αυτοί που βρήκαν σε πτώματα ποντίκια - η εκατοστή γενιά του πρώτου). Και δεδομένου ότι οι ιοί δεν έχουν τίποτα στη δομή, εκτός από τα νουκλεϊνικά οξέα (DNA και RNA), είναι στην πραγματικότητα ο F. Griffith ο οποίος κατέχει την πρώτη απόδειξη του γενετικού ρόλου του DNA και του RNA, παρόλο που ονομάζεται "μετασχηματιστικός παράγοντας". Θυμηθείτε ότι αυτό συνέβη το 1928.
Πειραματικά στοιχεία για το ρόλο του DNA στη μεταφορά πληροφοριών
Σχεδόν το ίδιο πράγμα που έκανε ο Griffith, μόνο χωρίς φτωχά ποντίκια, έγινε το 1944 από τους O. T. Avery, Κ.Μ. MacLeod και M. McCarthy. Στο Ινστιτούτο Ιατρικών Ερευνών Rockefeller της Νέας Υόρκης, έλαβαν in vitro (in vitro) καθαρό παράγοντα μετασχηματισμού Griffith από θανάσιμες μολυσματικές μορφές και αναμίχθηκαν, και πάλι in vitro, με μη μολυσματικές μορφές. Λήψη εγκλωβισμένων παθογόνων. Και στη συνέχεια μελετήσαμε τη σύνθεση αυτού του πράκτορα. Αρχικά, απέδειξαν ότι δεν ήταν πρωτεΐνη, και αυτό από μόνο του ήταν ήδη μια καινοτομία. Λοιπόν, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτός ο παράγοντας είναι νουκλεϊνικό οξύ. Αυτά τα αμερικανικά πειράματα αποτελούν άμεση ένδειξη του γενετικού ρόλου του DNA στη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών. Αλλά δεν είναι οι μόνοι που η επιστήμη θεωρεί κλασικά.
Το δεύτερο από τα κλασικά στοιχεία για τον γενετικό ρόλο του DNA
Το πρώτο που έχουμε ήδη περιγράψει - αυτά είναι τα πειράματα της Avery - MacLeod - Μ. McCarthy.
Κλασικά της βιολογίας - δύο ακόμη πειράματα ως άμεση απόδειξη του γενετικού ρόλου του DNA. Η περιγραφή μειώνεται στο σημείο.
Ο Αμερικανός γενετιστής Alfred Hershey έλαβε το βραβείο Νόμπελ (1969) για αυτά τα πειράματα. Μια ενδιαφέρουσα σειρά πειραμάτων από τους Hershey και Martha Chase, που διεξήχθη το 1952 στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο St. Louis με βακτήρια και βακτηριοφάγους επισημασμένους με ραδιενεργό φώσφορο και θείο. Τα ευρήματά τους ότι είναι DNA βακτηριοφάγου που διεισδύει στα βακτηρίδια και δημιουργεί νέους βακτηριοφάγους αποτελεί κλασική απόδειξη του γενετικού ρόλου του DNA.
Τρίτη εμπειρία
Ο Γερμανός-Αμερικανός βιοχημικός Heinz Ludwig Frenkel-Konrat έλαβε το βραβείο Lasker (1958) για την έρευνά του. Στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας το 1957 διεξήγαγε πειράματα με τον ιό μωσαϊκής του καπνού. Το πρόγραμμά τους είναι παρόμοιο με αυτό των Griffith. Το επίτευγμά του είναι ότι απέδειξε τη συμμετοχή του RNA στη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών.
Ενδιαφέρουσες σύγχρονες αποδείξεις
Η σύγχρονη μοριακή βιολογία και η γενετική μας προσφέρουν συνεχώς νέα στοιχεία για τον γενετικό ρόλο του DNA. Μερικά πολύ ενδιαφέροντα, απροσδόκητα και εντυπωσιακά γεγονότα από μελέτες της σύγχρονης επιστήμης, που με τον ένα ή τον άλλο τρόπο αποδεικνύουν το ρόλο του DNA στο σχηματισμό ενός οργανισμού, δίνονται παρακάτω.
Το 2007, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να απομονώσουν ένα τμήμα του αμφιβίου DNA, το οποίο είναι υπεύθυνο για το σχηματισμό του ματιού. Σήμερα υπάρχουν ήδη σαλαμάνδρα με τα μάτια στα πόδια και την ουρά τους.
Στο γονιδίωμα των αιγών, οι επιστήμονες έχουν εμφυτεύσει το γονίδιο αράχνη υπεύθυνο για την πρωτεΐνη ιστού, ως αποτέλεσμα αυτής της πρωτεΐνης εμφανίστηκε στο γάλα των αιγών. Μετά από ειδική επεξεργασία και εκχύλιση πρωτεΐνης από γάλα, σχηματίζεται μεταξωτό μετάξι.
Οι Ολλανδοί έθεσαν αγελάδες με το ανθρώπινο γονίδιο υπεύθυνο για μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη γάλακτος των γυναικών - τη γαλακτοφερίνη. Αυτή η πρωτεΐνη παίζει σημαντικό ρόλο στην πρωταρχική ανοσία των βρεφών. Η δοκιμή του αγελαδινού γάλακτος συνεχίζεται, αλλά οι προοπτικές για τη χρήση του στην ιατρική είναι εντυπωσιακές.
Συμπληρώνοντας το γονίδιο του εμβρύου των χοιριδίων με το γονίδιο φθορίζουσας πρωτεΐνης μέδουσας, οι Κινέζοι επιστήμονες έχουν αναπτύξει δύο χοιρίδια με πράσινο φωτισμό.
Το 2008, ο κόσμος διέδωσε τα νέα της γέννησης ενός παιδιού με ένα τεχνητά τροποποιημένο γονιδίωμα. Αυτό συνέβη στο Λονδίνο, όπου μια γυναίκα συμφώνησε σε ένα πείραμα λόγω των ανακαλυφθεισών γενετικών ανωμαλιών στο γονιδίωμα του εμβρύου.
Υπάρχουν ανθρώπινες χίμαιρες. Σε μια δοκιμή DNA για πατρότητα το 2002, μια δοκιμή έδειξε ότι η αμερικανική Lydia Fairchild δεν είναι η μητέρα του αγέννητου παιδιού της. Οι μελέτες επαναλήφθηκαν, αλλά η ανάλυση έδειξε τα ίδια αποτελέσματα. Αποδείχθηκε ότι το σώμα της Λυδίας αναπτύχθηκε από δύο αυγά, γονιμοποιήθηκε από διαφορετικά σπερματοζωάρια και συγχωνεύθηκε στα αρχικά στάδια οντογένεσης. Επομένως, το σώμα της αποτελείται από ιστούς και κύτταρα με διαφορετικό σύνολο χρωμοσωμάτων.
Όλοι γνωρίζουν τη δοκιμή DNA για την πατρότητα ή τη δικαστική πρακτική. Ωστόσο, οι δοκιμές DNA χρησιμοποιούνται επίσης για την επαλήθευση της γνησιότητας των προϊόντων. Για παράδειγμα, μπορείτε να ορίσετε ένα χώρο συγκέντρωσης για χαβιάρι ή σταφύλια για καλό κρασί.
Υπάρχουν 4 οικογένειες στον κόσμο των οποίων τα μέλη δεν έχουν δακτυλικά αποτυπώματα. Η αδερματογλυφία προκαλείται από μια σπάνια μετάλλαξη ενός μόνο γονιδίου.
Η εναλλαγή του ύπνου και της εγρήγορσης στον άνθρωπο ελέγχει το γονίδιο hDEC2, η μετάλλασή του μειώνει την ανάγκη για ύπνο έως και 4 ώρες.
Η κρυογενετική έχει πετύχει στην κλωνοποίηση ενός ποντικού που έχει παγώσει για 16 χρόνια. Οι επιστήμονες δεν έχουν μάθει να αναβιώνουν τους "πολικούς εξερευνητές", αλλά μπορείτε να τις κλωνοποιήσετε.
Και λίγο για το πιο μοναδικό μόριο
- 10 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, από τη γη στον Πλούτωνα και αντίστροφα - αυτό είναι το μήκος του ανθρώπινου DNA, αν αποσυντεθεί.
- Είναι δυνατό να εκτυπώσετε ολόκληρο το ανθρώπινο γονιδίωμα με ταχύτητα 8 χαρακτήρων ανά δευτερόλεπτο, που εργάζεται 8 ώρες την ημέρα, για 50 χρόνια.
- Όλες οι πληροφορίες στον κόσμο που αποθηκεύονται σε ψηφιακή μορφή μπορούν να χωρέσουν σε δύο γραμμάρια DNA.
- Στον "αθάνατο" σκληρό δίσκο που είναι αποθηκευμένος στο διαστημικό σταθμό, σε περίπτωση καταστροφής, τοποθετούνται τα DNA γνωστών ανθρώπων, συμπεριλαμβανομένων των Stephen Hawking και Lance Armstrong.
- Σε κάθε κύτταρο του σώματός μας, κάθε μόριο ϋΝΑ υφίσταται διάφορες βλάβες περίπου ένα εκατομμύριο φορές την ημέρα. Ωστόσο, είμαστε ακόμα ζωντανοί - oh, ένα θαύμα!
Συνοψίζοντας
Παρά τις επιτυχίες της μοριακής βιολογίας και τις γνώσεις μας για το DNA, η ανθρωπότητα δεν γνωρίζει ακόμα τις απαντήσεις σε πολλά ερωτήματα. Ποιος ξέρει τι ανακαλύψεις μας περιμένουν στο μέλλον, η ανθρωπότητα θα απαλλαγεί από κληρονομικές ασθένειες και θα νικήσει τη γήρανση ...