I det moderne vitenskapelige samfunnet er det flere teorier om metoden for å overføre informasjon fra foreldre til etterkommere: fra bølge til futuristisk type supermindgrupper. At det er DNA-molekyler som er det materielle grunnlaget for kontinuiteten til organismer, forårsaker imidlertid ikke tvister. Formålet med denne artikkelen er å forstå hvordan det har blitt dannet bevis i det vitenskapelige samfunnet om DNAs genetiske rolle og hva de er.
Litt teori for ikke-biologer
For å forstå emnet og kjernen i beviset på DNA-rollen i arvelighet, husker vi bare noen generelle begreper og begrep som brukes i teksten. Molekylærbiologer og andre profesjonelle biologer kan ikke lese denne delen - konsepter er gitt i en forenklet versjon for den interesserte delen av leserne. Selv om den moderne spesialiseringen i biologi i dag har vokst så mye at en profesjonell miljøforkjemper ikke alltid vil slå gjennom for å forstå essensen av evolusjonsmekanismer, og detaljene i utviklingen av et froskeembryo ikke forstås entydig av botanikere. Så dette er begrepene:
- DNA (deoksyribonukleinsyre) og RNA (ribonukleinsyre) er lange og store molekyler som består av monomerer - nukleotider.
- DNA og RNA kalles nukleinsyrer.
- DNA og RNA dannes av bare fire nukleotider (tre identiske, en forskjellige i DNA og RNA) - nukleotider er universelle for alle levende ting på planeten. Dette er komplekse organiske forbindelser fra en nitrogenholdig base, en karbohydratrest og fosforsyre. De kalles adein, guanin, timin og cytosin (uracil).
- Nukleotider danner trillinger - de koder for en aminosyre av tjue.
- Tripletter danner kjeder i sammensetningen av nukleinsyrer, som tilsvarer en kjede av aminosyrer eller ett spesifikt protein. Proteiner er grunnlaget for livet på planeten, de er spesifikke og unike.
- Et gen er et stykke nukleinsyre som er ansvarlig for ett protein.
- Genom - totaliteten til alt det genetiske materialet i kroppen.
Litt historie
Den sveitsiske biologen F. Miescher i 1869 så kjeder i kjernen til pusceller (leukocytter), som han kalte nukleinsyrer.
Tyske A. Kassel som biokjemiker beregnet deres sammensetning: sukker, fosforsyre og fem varianter av nitrogenholdige baser. Han beviste i 1891 at det er to nukleinsyrer - DNA og RNA. I perioden fra disse funnene til 1953 ble det utført studier på kjemisk sammensetning og strukturell organisering av nukleinsyrer. Kjente etternavn fra denne perioden er F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Eksperimentene som ble startet av F. Griffith (1928) og videreført av O. Avery, C. MacLeod og M. McCarthy (1944), ga bevis for DNAs rolle i overføringen av genetisk informasjon, mer om det senere. I 1953 foreslo amerikanerne J. Watson og F. Crick en modell av DNA-strukturen i form av en dobbel vridd helix, som til og med var kjent for en skolegutt. Det var det, molekylærbiologi ble født!
Fra protein til DNA
På det tidspunktet virket nukleinsyrer som merkelig materiale i kjernen til en celle. For hva disse formasjonene trengte, visste de ikke, og enda mindre lette ikke etter bevis for den genetiske rollen til nukleinsyrer. Proteiner bestående av aminosyrer og som har en mer sammensatt kjemisk struktur er allerede oppdaget. Det var proteiner som ble ansett som bærere av arvelig informasjon.
Materialet som inneholder arvelig informasjon var det første som tvilte på den engelske bakteriologen F. Griffith i 1928. Og selv om han ikke kunne gi overbevisende bevis på DNAs genetiske rolle, fortjener eksperimentene hans oppmerksomhet.
Griffith pneumokokkstammer
Frederick Griffith, en bakteriolog fra England, smittet mus med Pneutnococcus pneumoniae-virus, noe som forårsaket lungebetennelse i dem, og dyrene døde. Pneumokokker eksisterer i to former - smittsom (virulent) og ikke-smittsom (avirulent). Disse skjemaene er enkle å skille. Virulent pneumococcus har en mukopolysakkaridkapsel som beskytter cellen. Avirulente kapsler har ikke og kan ikke forsvare seg mot immunceller fra mus, derfor utvikler ikke mus lungebetennelse. Den gang postulatet: oppvarmet virulent pneumococcus blir avirulent. En biolog smitter mus med en blanding av en oppvarmet virulent stamme og levende avirulent (kapselfri). Musene er døende. I kroppene deres oppdager forskeren levende pneumokokker med et kapselskall. Griffiths konklusjon: fra døde virulente pneumokokker til levende, men kapselfrie former, overføres noe (et "transformasjonsmiddel") som "forvandler" avirulente former til virulente former med en fast attributt som arvelig (pneumokokker multipliserer raskt: de han fant i lik mus - den hundre hundre generasjonen av den første). Og siden virus ikke har noe i strukturen bortsett fra nukleinsyrer (DNA og RNA), er det faktisk F. Griffith som eier det første beviset på den genetiske rollen til DNA og RNA, selv om han kalte dem "transformasjonsmiddelet". Husk at dette skjedde i 1928.
Eksperimentell bevis for DNAs rolle i informasjonsoverføring
Nesten det samme som Griffith gjorde, bare uten fattige mus, ble gjort i 1944 av O. T. Avery, K. M. MacLeod og M. McCarthy. Ved Rockefeller Institute for Medical Research i New York fikk de in vitro (in vitro) et rent transformasjonsmiddel av Griffith fra drepte virulente former og blandet det, igjen in vitro, med avirulente former. Mottatte innkapslede patogener. Og så studerte vi sammensetningen av samme middel. Først beviste de at det ikke var protein, og at det i seg selv allerede var en nyvinning. Vel, da kom de frem til at dette midlet er nukleinsyre. Disse amerikanske eksperimentene er direkte bevis på DNAs genetiske rolle i overføringen av arvelig informasjon. Men ikke de eneste som vitenskapen vurderer klassikere.
Det andre av det klassiske beviset for DNAs genetiske rolle
Den første vi allerede har beskrevet - dette er eksperimentene til Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Klassikere av biologi - ytterligere to eksperimenter som direkte bevis på DNAs genetiske rolle. Beskrivelsen er redusert til poenget.
Den amerikanske genetikeren Alfred Hershey fikk Nobelprisen (1969) for disse eksperimentene. En interessant serie eksperimenter av Hershey og Martha Chase, utført i 1952 ved University of Washington i St. Louis med bakterier og bakteriofager merket med radioaktivt fosfor og svovel. Funnene deres om at det er bakteriofag-DNA som trenger gjennom bakterier og gir opphav til nye bakteriofager, er et klassisk bevis på DNAs genetiske rolle.
Tredje opplevelse
Den tysk-amerikanske biokjemikeren Heinz Ludwig Frenkel-Konrat mottok Laskerprisen (1958) for sin forskning. Ved University of California i 1957 gjennomførte han eksperimenter med tobakksmosaikkviruset. Opplegget deres ligner på Griffith. Hans prestasjon er at han beviste RNAs deltakelse i overføring av arvelig informasjon.
Interessant moderne bevis
Moderne molekylærbiologi og genetikk gir oss stadig nye bevis på DNAs genetiske rolle. Nedenfor presenteres noen veldig interessante, uventede og imponerende fakta fra studier av moderne vitenskap, som på en eller annen måte beviser DNAs rolle i dannelsen av en organisme.
I 2007 var forskere i stand til å isolere en del av DNA fra amfibier, som er ansvarlig for dannelsen av øyet. I dag er det allerede salamandere med øynene på føttene og halen.
I geitenes genom har forskere implantert edderkoppgenet som er ansvarlig for nettproteinet, som et resultat av at dette proteinet dukket opp i geitenes melk. Etter spesiell prosessering og ekstraksjon av protein fra melk dannes edderkoppsilke.
Hollenderne oppdro kyr med det humane genet som var ansvarlig for et spesifikt melkeprotein fra kvinner - laktoferrin. Dette proteinet spiller en viktig rolle i spedbarns primære immunitet. Testingen av kumelk fortsetter, men utsiktene for bruk i medisin er imponerende.
Supplerende piglet-embryo-genet med det fluorescerende maneterproteinet, har kinesiske forskere dyrket to grønne lysgriser.
I 2008 spredte verden nyheten om fødselen av et barn med et kunstig modifisert genom. Dette skjedde i London, hvor en kvinne gikk med på et eksperiment på grunn av de oppdagede genetiske avvikene i embryoets genom.
Menneskelige kimærer eksisterer. I en DNA-test fra 2002 for farskap, viste en test at amerikanske Lydia Fairchild ikke er mor til hennes ufødte barn. Studier gjentatt, men analyse viste de samme resultatene. Det viste seg at Lydias kropp utviklet seg fra to egg, befruktet av forskjellige sædceller og smeltet sammen i de tidlige stadiene av ontogenese. Derfor består kroppen hennes av vev og celler med et annet sett med kromosomer.
Alle vet om DNA-testing for farskap eller i rettslig praksis. Men DNA-tester brukes også for å verifisere produkter for autentisitet. For eksempel kan du angi et samlingssted for kaviar eller druer til god vin.
Det er 4 familier i verden hvis medlemmer ikke har fingeravtrykk. Adermatoglyphy er forårsaket av en sjelden mutasjon av et enkelt gen.
Vekslingen av søvn og våkenhet hos mennesker styrer hDEC2-genet, dets mutasjon reduserer behovet for søvn opptil 4 timer.
Cryogenetics har lyktes med å klone en mus som er frosset i 16 år. Forskere har ikke lært å gjenopplive "polfarerne", men du kan klone dem.
Og litt om det mest unike molekylet
- 10 milliarder kilometer, fra jorden til Pluto og omvendt - dette er lengden på menneskelig DNA, hvis dekomponert.
- Det er mulig å trykke hele menneskets genom med en hastighet på 8 tegn per sekund, og jobber 8 timer om dagen, i 50 år.
- All informasjon i verden som er lagret i digitalt format kan passe inn i to gram DNA.
- På den "udødelige" harddisken som er lagret på romstasjonen, i tilfelle en katastrofe, er DNA fra kjente personer, inkludert Stephen Hawking og Lance Armstrong, plassert.
- I hver celle i kroppen vår gjennomgår hvert DNA-molekyl forskjellige skader omtrent en million ganger om dagen. Imidlertid lever vi fortsatt - åh, et mirakel!
For å oppsummere
Til tross for suksessene med molekylærbiologi og vår kunnskap om DNA, vet ikke menneskeheten ennå svarene på mange spørsmål. Hvem vet hvilke funn som venter oss i fremtiden, vil menneskeheten kvitte seg med arvelige sykdommer og blir aldring beseiret ...