Šiuolaikinėje mokslo bendruomenėje yra keletas teorijų apie informacijos perdavimo būdą iš tėvų palikuonims: nuo bangos iki futuristinio tipo supermindžių. Tačiau faktas, kad būtent DNR molekulės yra materialus pagrindas organizmų tęstinumui, nesukelia ginčų. Šio straipsnio tikslas yra suprasti, kaip mokslinėje bendruomenėje buvo sukaupti įrodymai apie DNR genetinį vaidmenį ir kokie jie yra.
Šiek tiek teorijos ne biologams
Norėdami suprasti DNR vaidmens paveldimumui įrodymo temą ir pačią esmę, prisimename tik keletą bendrųjų tekste vartojamų sąvokų ir terminų. Molekuliniai biologai ir kiti profesionalūs biologai gali neskaityti šios dalies - sąvokos pateikiamos supaprastintame variante, skirtoje skaitytojams. Nors šiuolaikinė biologijos specializacija šiais laikais išaugo tiek, kad profesionalus aplinkosaugininkas ne visada imsis perprasti evoliucijos mechanizmų esmę, o varlių embriono vystymosi specifika nėra vienareikšmiškai suprantama botanikų. Taigi, tai yra terminai:
- DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis) yra ilgos ir didelės molekulės, susidedančios iš monomerų - nukleotidų.
- DNR ir RNR vadinamos nukleorūgštimis.
- DNR ir RNR yra suformuoti tik iš keturių nukleotidų (trys vienodi, vienas skiriasi DNR ir RNR) - nukleotidai yra universalūs visiems gyviems planetos dalykams. Tai yra sudėtingi organiniai junginiai iš azoto bazės, angliavandenių liekanos ir fosforo rūgštis. Jie vadinami adeinu, guaninu, timinu ir citozinu (uracilu).
- Nukleotidai sudaro tripletus - jie koduoja vieną aminorūgštį iš dvidešimt.
- Tripletai sudaro grandines nukleorūgščių kompozicijoje, kuri atitinka aminorūgščių grandinę arba vieną specifinį baltymą. Baltymai yra gyvenimo planetoje pagrindas, jie yra specifiniai ir unikalūs.
- Genas yra nukleino rūgšties gabalas, atsakingas už vieną baltymą.
- Genomas - visos organizmo genetinės medžiagos visuma
Šiek tiek istorijos
Šveicarijos biologas F. Miescheris 1869 m. Pamatė grandines pūlių ląstelių (leukocitų) branduoliuose, kurias jis pavadino nukleorūgštimis.
Vokietis A. Kaselis kaip biochemikas apskaičiavo jų sudėtį: cukrų, fosforo rūgštį ir penkias azoto bazių rūšis. Jis 1891 m. Įrodė, kad yra dvi nukleorūgštys - DNR ir RNR. Nuo šių atradimų iki 1953 m. Buvo atlikti nukleorūgščių cheminės sudėties ir struktūrinės struktūros tyrimai. Garsios šio laikotarpio pavardės yra F. Leuvenas, A. Toddas, E. Chargaffas. Tyrimai, kuriuos pradėjo F. Griffith (1928) ir tęsė O. Avery, C. MacLeod ir M. McCarthy (1944), pateikė įrodymų apie DNR vaidmenį perduodant genetinę informaciją, apie tai vėliau. 1953 m. Amerikiečiai J. Watsonas ir F. Crickas pasiūlė DNR struktūros modelį dvigubai susuktos spiralės pavidalu, kuris buvo žinomas net moksleiviui. Štai ir gimė molekulinė biologija!
Nuo baltymų iki DNR
Tuo metu nukleorūgštys atrodė keista medžiaga ląstelės branduolyje. Kam reikalingos šios formacijos, jie nežinojo, o juo labiau neieškojo nukleorūgščių genetinio vaidmens įrodymų. Baltymai, sudaryti iš amino rūgščių ir turintys sudėtingesnę cheminę struktūrą, jau buvo atrasti. Tai buvo baltymai, kurie buvo laikomi paveldimos informacijos nešiotojais.
Paveldimą informaciją turinti medžiaga pirmoji suabejojo anglų bakteriologo F. Griffitho 1928 m. Ir nors jis negalėjo pateikti įtikinamų įrodymų apie genetinį DNR vaidmenį, jo eksperimentai nusipelno dėmesio.
Griffith pneumokokų padermės
Frederickas Griffithas, bakteriologas iš Anglijos, užkrėtė peles Pneutnococcus pneumoniae virusais, kurie jose sukėlė pneumoniją, ir gyvūnai žuvo. Pneumokokai būna dviejų formų - infekciniai (virulentiški) ir neinfekciniai (avirulentiniai). Šias formas lengva atskirti. Virulento pneumokokas turi mukopolisacharido kapsulę, saugančią ląstelę. Avirulentinės kapsulės neturi ir negali apsiginti nuo pelių imuninių ląstelių, todėl pelėms nesivysto pneumonija. To meto postulatas: įkaitęs virulentiškas pneumokokas tampa antivirusinis. Biologas užkrečia peles kaitinto virulentiško kamieno ir gyvo viruso (be kapsulės) mišiniu. Pelės miršta. Jų kūnuose mokslininkas aptinka gyvus pneumokokus su kapsulės apvalkalu. Griffitho išvada: iš negyvų virulenčių pneumokokų į gyvas, bet be kapsulės formas perduodamas kažkas („transformuojantis agentas“), kuris „paverčia“ viruso formas virulentiškomis, turinčiomis fiksuotą požymį kaip paveldimas (pneumokokai greitai dauginasi: lavonuose pelės - pirmoji šimtoji karta). Ir kadangi virusų struktūroje nėra nieko, išskyrus nukleorūgštis (DNR ir RNR), būtent F. Griffith'as turi pirmuosius DNR ir RNR genetinio vaidmens įrodymus, nors jis juos vadino „transformuojančiu agentu“. Prisiminkite, kad tai nutiko 1928 m.
Eksperimentiniai įrodymai apie DNR vaidmenį perduodant informaciją
Beveik tą patį, ką darė Griffithas, tik be varganų pelių, 1944 m. Padarė O. T. Avery, K. M. MacLeod ir M. McCarthy. Rokfelerio medicinos tyrimų institute Niujorke jie in vitro (in vitro) gavo gryną Griffith transformavimo agentą iš nužudytų virulentiškų formų ir vėl in vitro sumaišė su avirulentiškomis formomis. Gauti inkapsuliuoti patogenai. Tada mes ištyrėme to paties agento sudėtį. Iš pradžių jie įrodė, kad tai nėra baltymai, o tai jau savaime buvo naujovė. Na, tada jie priėjo prie išvados, kad šis agentas yra nukleino rūgštis. Šie amerikiečių eksperimentai yra tiesioginiai DNR genetinio vaidmens perduodant paveldimą informaciją įrodymai. Bet ne vieninteliai, kuriuos mokslas laiko klasika.
Antrasis iš genetinių DNR vaidmens įrodymų
Pirmasis, kurį mes jau aprašėme, - tai yra Avery - MacLeod - M. McCarthy eksperimentai.
Biologijos klasika - dar du eksperimentai kaip tiesioginiai genetinio DNR vaidmens įrodymai. Aprašymas sumažinamas iki galo.
Amerikiečių genetikas Alfredas Hershey už šiuos eksperimentus gavo Nobelio premiją (1969 m.). Įdomi Hershey ir Martha Chase eksperimentų serija, atlikta 1952 m. Vašingtono universitete Sent Luise su bakterijomis ir bakteriofagais, pažymėtais radioaktyviu fosforu ir siera. Jų išvados, kad būtent bakteriofagų DNR prasiskverbia į bakterijas ir sukelia naujus bakteriofagus, yra klasikinis DNR genetinio vaidmens įrodymas.
Trečioji patirtis
Vokietijos ir Amerikos biochemikas Heinzas Ludwigas Frenkelis-Konratas už savo tyrimus gavo Laskerio premiją (1958 m.). 1957 m. Kalifornijos universitete jis atliko eksperimentus su tabako mozaikos virusu. Jų schema panaši į Griffitho schemą. Jo laimėjimas yra tai, kad jis įrodė RNR dalyvavimą perduodant paveldimą informaciją.
Įdomūs šiuolaikiniai įrodymai
Šiuolaikinė molekulinė biologija ir genetika nuolat pateikia mums naujų įrodymų apie genetinį DNR vaidmenį. Žemiau pateikiami keli labai įdomūs, netikėti ir įspūdingi faktai iš šiuolaikinio mokslo tyrimų, kurie vienaip ar kitaip įrodo DNR vaidmenį formuojant organizmą.
2007 m. Mokslininkams pavyko išskirti dalį varliagyvių DNR, atsakingą už akies formavimąsi. Šiandien jau yra salamandrų su akimis ant kojų ir uodegos.
Į ožkų genomą mokslininkai implantavo vorų geną, atsakingą už interneto baltymą, nes šis baltymas atsirado ožkų piene. Po specialaus perdirbimo ir ekstrahuojant baltymus iš pieno, susidaro voras šilkas.
Olandai augino karves, kurių žmogaus genas yra atsakingas už specifinį moterų pieno baltymą - laktoferiną. Šis baltymas vaidina svarbų vaidmenį pirminiame kūdikių imunitete. Karvės pieno bandymai tęsiami, tačiau jo panaudojimo medicinoje perspektyvos yra įspūdingos.
Papildydami paršelio embriono geną fluorescenciniu medūzos baltymo genu, Kinijos mokslininkai užaugino du žaliai apšviestus paršelius.
2008 m. Pasaulį pasklido žinia apie vaiko, turinčio dirbtinai modifikuotą genomą, gimimą. Tai atsitiko Londone, kur moteris sutiko atlikti eksperimentą dėl nustatytų embriono genomo genetinių anomalijų.
Žmogaus chimeros egzistuoja. 2002 m. Atliktas DNR tėvystės tyrimas parodė, kad amerikietė Lydia Fairchild nėra savo negimusio vaiko motina. Tyrimai kartoti, tačiau analizė parodė tuos pačius rezultatus. Paaiškėjo, kad Lidijos kūnas išsivystė iš dviejų kiaušinių, apvaisintas skirtingais spermatozoidais ir susiliejo ankstyvose ontogenezės stadijose. Todėl jos kūną sudaro audiniai ir ląstelės, turintys skirtingą chromosomų rinkinį.
Visi žino apie DNR tyrimus tėvystės ar teismų praktikoje. Bet DNR tyrimai taip pat naudojami produktų autentiškumui patikrinti. Pvz., Galite nustatyti ikrų ar vynuogių susibūrimo vietą puikiam vynui.
Pasaulyje yra 4 šeimos, kurių nariai neturi pirštų atspaudų. Adermatoglyfiją sukelia reta vieno geno mutacija.
Žmogaus miego ir prabudimo kaita kontroliuoja hDEC2 geną, jo mutacija sumažina miego poreikį iki 4 valandų.
Cryogenetics sėkmingai klonavo pelę, kuri buvo sušaldyta 16 metų. Mokslininkai neišmoko atgaivinti „poliarinių tyrinėtojų“, tačiau jūs galite juos klonuoti.
Ir šiek tiek apie unikaliausią molekulę
- 10 milijardų kilometrų nuo žemės iki Plutono ir atvirkščiai - tai žmogaus DNR ilgis, jei jis suyra.
- Galima 50 metų spausdinti visą žmogaus genomą 8 simbolių per sekundę greičiu, dirbant 8 valandas per parą.
- Visa pasaulyje skaitmenine forma saugoma informacija gali tilpti į du gramus DNR.
- Ant „nemirtingo“ kietojo disko, saugomo kosminėje stotyje, įvykus nelaimei, dedamos garsių žmonių, įskaitant Stepheną Hawkingą ir Lance'ą Armstrongą, DNR.
- Kiekvienoje mūsų kūno ląstelėje kiekviena DNR molekulė patiria įvairius pažeidimus maždaug milijoną kartų per dieną. Tačiau mes vis dar gyvi - o, stebuklas!
Apibendrinant
Nepaisant molekulinės biologijos sėkmės ir mūsų žinių apie DNR, žmonija dar nežino atsakymų į daugelį klausimų. Kas žino, kokie atradimai mūsų laukia ateityje, ar žmonija atsikratys paveldimų ligų ir nugalės senėjimą ...