Na comunidade científica moderna, existem várias teorias sobre o método de transmissão de informações de pais para descendentes: do tipo onda ao tipo futurista de grupos de super-mente. No entanto, o fato de serem moléculas de DNA que são a base material para a continuidade dos organismos não causa disputas. Entender como as evidências foram formadas na comunidade científica sobre o papel genético do DNA e o que elas são é o propósito deste artigo.
Um pouco de teoria para não biólogos
Para entender o assunto e a própria essência da prova do papel do DNA na hereditariedade, lembramos apenas alguns conceitos gerais e termos usados no texto. Biólogos moleculares e outros biólogos profissionais podem não ler esta parte - os conceitos são apresentados em uma versão simplificada para a parte interessada dos leitores. Embora hoje a especialização moderna em biologia tenha crescido tanto que um ambientalista profissional nem sempre romperá com a compreensão da essência dos mecanismos evolutivos, e as especificidades do desenvolvimento de um embrião de rã não são compreendidas sem ambigüidade pelos botânicos. Então, esses são os termos:
- DNA (ácido desoxirribonucleico) e RNA (ácido ribonucléico) são moléculas longas e grandes, consistindo de monômeros - nucleotídeos.
- DNA e RNA são chamados de ácidos nucleicos.
- O DNA e o RNA são formados por apenas quatro nucleotídeos (três idênticos, um diferente no DNA e no RNA) - os nucleotídeos são universais para todos os seres vivos do planeta. Estes são compostos orgânicos complexos de uma base nitrogenada, um resíduo de carboidrato e ácido fosfórico. Eles são chamados adein, guanina, timina e citosina (uracila).
- Nucleotídeos formam trigêmeos - eles codificam um aminoácido em vinte.
- As triplas formam cadeias na composição de ácidos nucleicos, o que corresponde a uma cadeia de aminoácidos ou uma proteína específica. As proteínas são a base da vida no planeta, são específicas e únicas.
- Um gene é um pedaço de ácido nucleico que é responsável por uma proteína.
- Genoma - a totalidade de todo o material genético do corpo.
Um pouco de história
O biólogo suíço F. Miescher, em 1869, viu cadeias no núcleo de células de pus (leucócitos), que ele chamou de ácidos nucléicos.
Alemão A. Kassel como um bioquímico calculou sua composição: açúcar, ácido fosfórico e cinco variedades de bases nitrogenadas. Ele em 1891 provou que existem dois ácidos nucléicos - DNA e RNA. No período destas descobertas até 1953, foram realizados estudos sobre a composição química e organização estrutural dos ácidos nucléicos. Sobrenomes famosos desse período são F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Os experimentos iniciados por F. Griffith (1928) e continuados por O. Avery, C. MacLeod e M. McCarthy (1944), forneceram evidências do papel do DNA na transferência de informação genética, mais sobre isso depois. Em 1953, os americanos J. Watson e F. Crick propuseram um modelo da estrutura do DNA na forma de uma dupla hélice torcida, que era até conhecida por um estudante. É isso aí, nasceu a biologia molecular!
Da proteína ao DNA
Naquele momento, os ácidos nucléicos pareciam um material estranho no núcleo de uma célula. Pelo que essas formações são necessárias, elas não sabiam, e menos ainda não procuravam evidências do papel genético dos ácidos nucléicos. Proteínas consistindo de aminoácidos e tendo uma estrutura química mais complexa já foram descobertas. Foram proteínas consideradas transportadoras de informação hereditária.
O material que leva informações hereditárias foi o primeiro a duvidar do bacteriologista inglês F. Griffith em 1928. E embora ele não pudesse fornecer evidências convincentes do papel genético do DNA, suas experiências merecem atenção.
Cepas de pneumococos de Griffith
Frederick Griffith, um bacteriologista da Inglaterra, infectou camundongos com o vírus Pneumococcus pneumoniae, que causou pneumonia, e os animais morreram. Os pneumococos existem em duas formas - infecciosas (virulentas) e não infecciosas (avirulentas). Essas formas são fáceis de distinguir. O pneumococo virulento possui uma cápsula mucopolissacarídica que protege a célula. As cápsulas avirulentas não têm e não podem se defender das células imunes do camundongo, portanto, os camundongos não desenvolvem pneumonia. O postulado desse tempo: o pneumococo virulento aquecido torna-se avirulento. Um biólogo infecta camundongos com uma mistura de uma cepa virulenta aquecida e vive avirulenta (sem cápsula). Os ratos estão morrendo. Em seus corpos, o cientista descobre pneumococos vivos com uma cápsula. Conclusão de Griffith: de pneumococos virulentos mortos a formas vivas, mas livres de cápsulas, algo é transmitido (um “agente transformador”) que “transforma” formas avirulentas em virulentas com um atributo fixo como hereditário (pneumococos se multiplicam rapidamente: aqueles que ele encontrou em cadáveres) ratos - a centésima geração do primeiro). E como os vírus não têm nada em estrutura exceto os ácidos nucléicos (DNA e RNA), na verdade é F. Griffith quem possui a primeira evidência do papel genético do DNA e do RNA, embora os chame de "agente transformador". Lembre-se de que isso aconteceu em 1928.
Evidências experimentais para o papel do DNA na transferência de informação
Quase a mesma coisa que Griffith fez, apenas sem camundongos pobres, foi feita em 1944 por O. T. Avery, K. M. MacLeod e M. McCarthy. No Instituto Rockefeller de Pesquisa Médica, em Nova York, eles obtiveram in vitro (in vitro) um agente transformador de Griffith puro a partir de formas virulentas mortas e misturaram-no, novamente in vitro, com formas avirulentas. Patógenos encapsulados recebidos. E então estudamos a composição desse mesmo agente. No início, eles provaram que não era proteína, e isso em si já era uma inovação. Bem, então eles chegaram à conclusão de que esse agente é ácido nucléico. Esses experimentos americanos são evidências diretas do papel genético do DNA na transmissão de informações hereditárias. Mas não os únicos que a ciência considera clássicos.
A segunda das evidências clássicas para o papel genético do DNA
Os primeiros que já descrevemos - são os experimentos de Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Clássicos da biologia - mais dois experimentos como evidência direta do papel genético do DNA. A descrição é reduzida ao ponto.
O geneticista americano Alfred Hershey recebeu o Prêmio Nobel (1969) por esses experimentos. Uma interessante série de experimentos de Hershey e Martha Chase, realizada em 1952 na Universidade de Washington em St. Louis, com bactérias e bacteriófagos marcados com fósforo radioativo e enxofre. Suas descobertas de que é o DNA do bacteriófago que penetra nas bactérias e dá origem a novos bacteriófagos é uma prova clássica do papel genético do DNA.
Terceira experiência
O bioquímico germano-americano Heinz Ludwig Frenkel-Konrat recebeu o Prêmio Lasker (1958) por sua pesquisa. Na Universidade da Califórnia, em 1957, ele conduziu experimentos com o vírus do mosaico do tabaco. Seu esquema é semelhante ao de Griffith. Sua conquista é que ele provou a participação do RNA na transmissão de informações hereditárias.
Evidência moderna interessante
A moderna biologia molecular e genética nos fornecem constantemente novas evidências do papel genético do DNA. Alguns fatos muito interessantes, inesperados e impressionantes de estudos da ciência moderna, que de uma forma ou de outra provam o papel do DNA na formação de um organismo, são apresentados abaixo.
Em 2007, os cientistas conseguiram isolar uma parte do DNA dos anfíbios, responsável pela formação do olho. Hoje já existem salamandras com os olhos nos pés e na cauda.
No genoma de cabras, cientistas implantaram o gene da aranha responsável pela proteína da web, como resultado dessa proteína aparecer no leite de cabras. Depois do processamento especial e extração da proteína do leite, a seda de aranha forma-se.
Os holandeses criaram vacas com o gene humano responsável por uma proteína específica do leite das mulheres - lactoferrina. Esta proteína desempenha um papel importante na imunidade primária de lactentes. O teste do leite de vaca continua, mas as perspectivas de seu uso na medicina são impressionantes.
Suplementando o gene do embrião de leitões com o gene da proteína de água-viva fluorescente, os cientistas chineses criaram dois leitões com luz verde.
Em 2008, o mundo espalhou a notícia do nascimento de uma criança com um genoma artificialmente modificado. Isso aconteceu em Londres, onde uma mulher concordou com um experimento por causa das anormalidades genéticas descobertas no genoma do embrião.
Quimeras humanas existem. Em um teste de DNA de paternidade em 2002, um teste mostrou que a americana Lydia Fairchild não é a mãe de seu filho não nascido. Estudos repetidos, mas a análise mostrou os mesmos resultados. Descobriu-se que o corpo de Lydia se desenvolveu a partir de dois óvulos, fertilizados por diferentes espermatozóides e fundidos nos estágios iniciais da ontogênese. Portanto, seu corpo consiste em tecidos e células com um conjunto diferente de cromossomos.
Todo mundo sabe sobre o teste de DNA para paternidade ou na prática judicial. Mas os testes de DNA também são usados para verificar produtos para autenticidade. Por exemplo, você pode definir um local de reunião para caviar ou uvas para vinho fino.
Existem 4 famílias no mundo cujos membros não têm impressões digitais. A adermatoglifia é causada por uma mutação rara de um único gene.
A alternância de sono e vigília em humanos controla o gene hDEC2, sua mutação reduz a necessidade de sono para 4 horas.
A criogenética conseguiu clonar um rato congelado há 16 anos. Os cientistas não aprenderam a reviver os "exploradores polares", mas você pode cloná-los.
E um pouco sobre a molécula mais original
- 10 bilhões de quilômetros, da Terra a Plutão e vice-versa - este é o comprimento do DNA humano, se decomposto.
- É possível imprimir todo o genoma humano a uma velocidade de 8 caracteres por segundo, trabalhando 8 horas por dia, durante 50 anos.
- Todas as informações do mundo armazenadas em formato digital podem caber em dois gramas de DNA.
- No disco rígido "imortal" armazenado na estação espacial, no caso de um desastre, o DNA de pessoas famosas, incluindo Stephen Hawking e Lance Armstrong, é colocado.
- Em cada célula do nosso corpo, cada molécula de DNA sofre vários danos cerca de um milhão de vezes por dia. No entanto, ainda estamos vivos - oh, um milagre!
Para resumir
Apesar dos sucessos da biologia molecular e do nosso conhecimento do DNA, a humanidade ainda não conhece as respostas para muitas questões. Quem sabe o que as descobertas nos esperam no futuro, a humanidade se livrará de doenças hereditárias e o envelhecimento será derrotado ...