U suvremenoj znanstvenoj zajednici postoji nekoliko teorija o načinu prenošenja informacija od roditelja do potomaka: od vala do futurističkog tipa skupina supermoći. Međutim, činjenica da su molekule DNK materijalna osnova za kontinuitet organizama ne izaziva kontroverzu. Razumijevanje formiranja dokaza u znanstvenoj zajednici o genetskoj ulozi DNK i kakvi su oni, svrha je ovog članka.
Malo teorije za ne biologe
Da bismo razumjeli temu i samu suštinu dokaza o ulozi DNK u nasljednosti, prisjećamo se samo nekih općih pojmova i izraza koji se koriste u tekstu. Molekularni biolozi i drugi profesionalni biolozi ne mogu čitati ovaj dio - koncepti su dati u pojednostavljenoj verziji za zainteresirani dio čitatelja. Iako je današnja moderna specijalizacija iz biologije toliko narasla da se profesionalni ekolog neće uvijek probiti do razumijevanja suštine evolucijskih mehanizama, a specifičnosti razvoja embrija žabe botanici ne razumiju jednoznačno. Dakle, ovo su izrazi:
- DNA (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina) duge su i velike molekule koje se sastoje od monomera - nukleotida.
- DNK i RNA nazivaju se nukleinskim kiselinama.
- DNK i RNA formiraju samo četiri nukleotida (tri identična, jedan različita u DNK i RNA) - nukleotidi su univerzalni za sva živa bića na planeti. To su složeni organski spojevi iz dušične baze, ugljikohidratnog ostatka i fosforne kiseline. Oni se nazivaju adein, gvanin, timin i citozin (uracil).
- Nukleotidi tvore trojke - kodiraju jednu aminokiselinu od dvadeset.
- Tripleti tvore lance u sastavu nukleinskih kiselina, što odgovara lancu aminokiselina ili jednom specifičnom proteinu. Proteini su osnova života na planeti, specifični su i jedinstveni.
- Gen je komad nukleinske kiseline koji je odgovoran za jedan protein.
- Genom - ukupnost svih genetskih materijala tijela.
Malo povijesti
Švicarski biolog F. Miescher 1869. godine vidio je lance u jezgrama gnojnih stanica (leukociti), koje je nazvao nukleinskim kiselinama.
Nijemac A. Kassel kao biokemičar izračunao je njihov sastav: šećer, fosfornu kiselinu i pet vrsta dušičnih baza. On je 1891. godine dokazao da postoje dvije nukleinske kiseline - DNA i RNA. U razdoblju od tih otkrića do 1953. godine provedena su istraživanja o kemijskom sastavu i strukturi organizacije nukleinskih kiselina. Poznata prezimena ovog razdoblja su F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Eksperimenti koje je započeo F. Griffith (1928.), a nastavili O. Avery, C. MacLeod i M. McCarthy (1944.) pružili su dokaze o ulozi DNK u prijenosu genetskih informacija, o čemu više govori kasnije. 1953. Amerikanci J. Watson i F. Crick predložili su model strukture DNK u obliku dvostruko upletene spirale, koji je čak bio poznat školarcu. To je to, molekularna biologija je rođena!
Od proteina do DNK
U tom trenutku nukleinske kiseline su izgledale kao čudan materijal u jezgri stanice. Za što su te formacije potrebne, nisu znali, a još manje nisu tražili dokaze o genetskoj ulozi nukleinskih kiselina. Proteini koji se sastoje od aminokiselina i imaju složeniju kemijsku strukturu već su otkriveni. Upravo su proteini smatrani nosiocima nasljednih informacija.
Materijal koji sadrži nasljedne podatke prvi je sumnjao u engleski bakteriolog F. Griffith 1928. godine. I iako nije mogao pružiti uvjerljive dokaze o genetskoj ulozi DNK, njegovi eksperimenti zaslužuju pažnju.
Griffith pneumokokni sojevi
Frederick Griffith, bakteriolog iz Engleske, zarazio je miševe virusima Pneutnococcus pneumoniae, koji su kod njih uzrokovali upalu pluća, a životinje su uginule. Pneumokoki postoje u dva oblika - zarazni (virulentni) i neinfektivni (avirulentni). Te je oblike lako razlikovati. Virulentni pneumokok ima mukopolisaharidnu kapsulu koja štiti stanicu. Avirulentne kapsule nemaju i ne mogu se braniti od mišjih imunoloških stanica, stoga miševi ne razvijaju upalu pluća. Postulat tog vremena: grijani virulentni pneumokok postaje avirulentan. Biolog inficira miševe smjesom zagrijanog virulentnog soja i živog avirulentnog (bez kapsula). Miševi umiru. U njihovim tijelima znanstvenik otkriva žive pneumokoke sa školjkom kapsule. Griffithov zaključak: od mrtvih virulentnih pneumokoka do živih, ali oblika bez kapsula, nešto se prenosi ("transformirajuće sredstvo") koje "avirulentne oblike" pretvara u virulentne s fiksnim atributom kao nasljedni (pneumokoki se brzo množe: oni koje je pronašao u leševima). miševi - stota generacija prvih). A budući da virusi nemaju ništa u strukturi osim nukleinskih kiselina (DNA i RNA), zapravo je F. Griffith prvi vlasnik genetske uloge DNK i RNA, iako ih je nazvao "transformirajućim agensom". Podsjetimo da se to dogodilo 1928. godine.
Eksperimentalni dokazi o ulozi DNK u prijenosu informacija
Gotovo isto što su Griffith učinili, samo bez loših miševa, 1944. g. Izvršili su O. T. Avery, K. M. MacLeod i M. McCarthy. Na Rockefellerovom institutu za medicinska istraživanja u New Yorku, dobili su in vitro (in vitro) čisto Griffithovo transformirajuće sredstvo iz ubijenih virulentnih oblika i miješali ga, opet in vitro, s avirulentnim oblicima. Imamo inkapsulirane patogene. A onda smo proučavali sastav istog sredstva. U početku su dokazali da nije bjelančevina i da je to samo po sebi inovacija. Pa, onda su došli do zaključka da je ovo sredstvo nukleinska kiselina. Ovi američki eksperimenti izravni su dokaz genetske uloge DNK u prijenosu nasljednih informacija. Ali nisu jedini koje znanost smatra klasikom.
Drugi od klasičnih dokaza za genetsku ulogu DNK
Prvi smo već opisali - to su eksperimenti Averyja - MacLeoda - M. McCarthyja.
Klasika biologije - još dva eksperimenta kao izravni dokaz genetske uloge DNK. Opis se svodi na poantu.
Američki genetičar Alfred Hershey dobio je Nobelovu nagradu (1969.) za ove eksperimente. Zanimljiv niz eksperimenata Hersheyja i Martha Chase, provedenih 1952. godine na Sveučilištu Washington u St. Louisu s bakterijama i bakteriofazima označenim radioaktivnim fosforom i sumporom. Njihova otkrića da je bakteriofag DNA taj koji prodire u bakterije i rađa nove bakteriofage klasičan je dokaz genetske uloge DNK.
Treće iskustvo
Njemačko-američki biokemičar Heinz Ludwig Frenkel-Konrat dobio je Laskerovu nagradu (1958.) za svoje istraživanje. Na Sveučilištu u Kaliforniji 1957. izveo je eksperimente s virusom duhanskog mozaika. Njihova je shema slična Griffithovim. Njegovo je postignuće to što je dokazao sudjelovanje RNA u prijenosu nasljednih informacija.
Zanimljivi moderni dokazi
Suvremena molekularna biologija i genetika stalno nam pružaju nove dokaze o genetskoj ulozi DNK. Neke vrlo zanimljive, neočekivane i impresivne činjenice iz studija moderne znanosti, koje na ovaj ili onaj način dokazuju ulogu DNK u stvaranju organizma, dane su u nastavku.
U 2007. godini, znanstvenici su uspjeli izolirati dio DNA vodozemaca, koji je odgovoran za formiranje oka. Danas već postoje salamanderi s očima na nogama i repu.
Znanstvenici su u genom koza ugradili paukov gen odgovoran za mrežni protein, što je rezultiralo time što se taj protein pojavio u mlijeku koza. Nakon posebne obrade i ekstrakcije proteina iz mlijeka, nastaje paukova svila.
Nizozemci su uzgajali krave s ljudskim genom odgovornim za specifični mliječni protein žena - laktoferin. Ovaj protein igra važnu ulogu u primarnom imunitetu novorođenčadi. Ispitivanje kravljeg mlijeka se nastavlja, ali izgledi za njegovu upotrebu u medicini su impresivni.
Dopunjavajući gen embriona prasadi s fluorescentnim genom proteina meduze, kineski su znanstvenici uzgajali dva zeleno osvijetljena prasadi.
2008. godine svijetom je proširila vijest o rođenju djeteta s umjetno modificiranim genomom. To se dogodilo u Londonu, gdje je žena pristala na eksperiment zbog otkrivenih genetskih abnormalnosti u genomu embrija.
Ljudske himere postoje. U DNK ispitivanju za očinstvo 2002. godine, test je pokazao da Amerikanka Lydia Fairchild nije majka svog nerođenog djeteta. Studije su se ponavljale, ali analiza je pokazala iste rezultate. Pokazalo se da se Lidijino tijelo razvilo iz dva jajašca, oplođena različitim spermatozoidima i spojila se u ranim fazama ontogeneze. Stoga se njeno tijelo sastoji od tkiva i stanica s različitim skupom kromosoma.
Svi znaju za DNK testiranje na očinstvo ili u sudskoj praksi. No DNK testovi koriste se i za provjeru autentičnosti proizvoda. Na primjer, možete postaviti mjesto okupljanja kavijara ili grožđa za fino vino.
Na svijetu postoje 4 obitelji čiji članovi nemaju otiske prstiju. Adermatoglifiju uzrokuje rijetka mutacija pojedinog gena.
Izmjena sna i budnosti kod ljudi kontrolira gDEC2 gen; njegova mutacija smanjuje potrebu za snom na 4 sata.
Kriogenetika je bila uspješna u kloniranju miša koji je smrznut već 16 godina. Znanstvenici nisu naučili oživljavati „polarne istraživače“, ali možete ih klonirati.
I malo o najunikatnijoj molekuli
- 10 milijardi kilometara, od zemlje do Plutona i obrnuto - to je duljina ljudskog DNK-a, ako se razgradi.
- Moguće je ispisati čitav ljudski genom brzinom od 8 znakova u sekundi, radeći 8 sati dnevno, 50 godina.
- Sve informacije u svijetu koje su pohranjene u digitalnom formatu mogu se uklopiti u dva grama DNK.
- Na "besmrtnom" tvrdom disku pohranjenom u svemirskoj stanici, u slučaju katastrofe, nalazi se DNK poznatih ljudi, uključujući Stephena Hawkinga i Lancea Armstronga.
- U svakoj stanici našeg tijela, svaka molekula DNA pretrpi različita oštećenja oko milijun puta dnevno. Međutim, još uvijek smo živi - o, čudo!
Da sumiram
Unatoč uspjesima molekularne biologije i našem poznavanju DNK, čovječanstvo još ne zna odgovore na mnoga pitanja. Tko zna koja nas otkrića očekuju u budućnosti, hoće li se čovječanstvo riješiti nasljednih bolesti i starenje će biti poraženo ...