V modernej vedeckej komunite existuje niekoľko teórií o spôsobe prenosu informácií od rodičov k potomkom: od vlny po futuristický typ supermind skupín. Skutočnosť, že to sú molekuly DNA, ktoré sú materiálnym základom pre kontinuitu organizmov, však nespôsobuje polemiku. Účelom tohto článku je porozumieť tomu, ako sa vo vedeckej komunite vytvorili dôkazy o genetickej úlohe DNA a o čom sú.
Trocha teórie pre nebiológov
Aby sme pochopili predmet a samotnú podstatu dôkazu o úlohe DNA v dedičnosti, pripomíname iba niektoré všeobecné pojmy a pojmy použité v texte. Molekulárni biológovia a iní profesionálni biológovia nemusia túto časť prečítať - pojmy sú uvedené v zjednodušenej verzii pre zainteresovanú časť čitateľov. Aj keď moderná špecializácia v biológii dnes narástla natoľko, že profesionálny environmentalista nebude vždy prelomiť pochopenie podstaty vývojových mechanizmov a botanici jednoznačne nerozumejú špecifikám vývoja embrya žaby. Toto sú pojmy:
- DNA (kyselina deoxyribonukleová) a RNA (kyselina ribonukleová) sú dlhé a veľké molekuly pozostávajúce z monomérov - nukleotidov.
- DNA a RNA sa nazývajú nukleové kyseliny.
- DNA a RNA sú tvorené iba štyrmi nukleotidmi (tri rovnaké, jeden odlišný v DNA a RNA) - nukleotidy sú univerzálne pre všetky živé bytosti na planéte. Sú to komplexné organické zlúčeniny z dusíkatej bázy, uhľovodíkových zvyškov a kyseliny fosforečnej. Nazývajú sa adeín, guanín, tymín a cytozín (uracil).
- Nukleotidy tvoria triplety - kódujú jednu aminokyselinu z dvadsiatich.
- Triplety tvoria reťazce v zložení nukleových kyselín, čo zodpovedá reťazcu aminokyselín alebo jednému konkrétnemu proteínu. Bielkoviny sú základom života na planéte, sú špecifické a jedinečné.
- Gén je časť nukleovej kyseliny, ktorá je zodpovedná za jeden proteín.
- Genóm - súhrn všetkého genetického materiálu tela.
Trocha histórie
Švajčiarsky biológ F. Miescher v roku 1869 videl reťazce v jadrách hnisových buniek (leukocyty), ktoré nazval nukleové kyseliny.
Nemec A. Kassel ako biochemik vypočítal svoje zloženie: cukor, kyselina fosforečná a päť druhov dusíkatých zásad. V roku 1891 preukázal, že existujú dve nukleové kyseliny - DNA a RNA. V období od týchto objavov do roku 1953 sa uskutočňovali štúdie chemického zloženia a štruktúrnej organizácie nukleových kyselín. Slávnymi priezviskami tohto obdobia sú F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Pokusy, ktoré začali F. Griffith (1928) a pokračovali O. Avery, C. MacLeod a M. McCarthy (1944), poskytli dôkaz o úlohe DNA pri prenose genetických informácií, o tom neskôr. V roku 1953 Američania J. Watson a F. Crick navrhli model štruktúry DNA vo forme dvojitej skrutkovnice, ktorá bola školákovi dokonca známa. To je všetko, zrodila sa molekulárna biológia!
Z bielkovín na DNA
V tom okamihu sa nukleové kyseliny javili ako zvláštny materiál v jadre bunky. Čo sú tieto formácie potrebné, nevedeli a ešte menej nehľadali dôkaz genetickej úlohy nukleových kyselín. Boli už objavené proteíny pozostávajúce z aminokyselín, ktoré majú zložitejšiu chemickú štruktúru. Boli to proteíny, ktoré boli považované za nosiče dedičných informácií.
Materiál, ktorý nesie dedičné informácie, bol prvým, ktorý pochyboval o anglickom bakteriológovi F. Griffithovi v roku 1928. A hoci nedokázal poskytnúť presvedčivé dôkazy o genetickej úlohe DNA, jeho experimenty si zaslúžia pozornosť.
Griffitské pneumokokové kmene
Frederick Griffith, bakteriológ z Anglicka, infikoval myši vírusmi Pneutnococcus pneumoniae, ktoré u nich spôsobili zápal pľúc, a zvieratá uhynuli. Pneumokoky existujú v dvoch formách - infekčné (virulentné) a neinfekčné (avirulentné). Tieto formy sa dajú ľahko rozlíšiť. Virulentný pneumokok má mukopolysacharidovú kapsulu, ktorá chráni bunku. Avirulentné kapsuly nemajú a nemôžu sa brániť proti imunitným bunkám myši, a preto sa u myší nevyvíja pneumónia. Postulát tej doby: zahrievaný virulentný pneumokok sa stáva avirulentným. Biológ infikuje myši zmesou zahrievaného virulentného kmeňa a živého avirulentu (bez kapsuly). Myši umierajú. Vedec vo svojich telách objavuje živé pneumokoky s plášťom kapsuly. Griffithov záver: od mŕtvych virulentných pneumokokov k živým, ale bez kapsulových foriem sa niečo prenáša („transformujúci prostriedok“), ktorý „transformuje“ avirulentné formy na virulentné s pevným atribútom ako dedičný (pneumokoky sa množia rýchlo: tie, ktoré našiel v mŕtvolách) myši - stotá generácia prvej). A keďže vírusy nemajú nič iné ako nukleové kyseliny (DNA a RNA), v skutočnosti je to práve F. Griffith, ktorý vlastní prvý dôkaz genetickej úlohy DNA a RNA, hoci ich nazýval „transformujúcim činiteľom“. Pripomeňme, že sa to stalo v roku 1928.
Experimentálne dôkazy o úlohe DNA pri prenose informácií
Takmer to isté, čo urobil Griffith, iba bez zlých myší, urobili v roku 1944 O. T. Avery, K. M. MacLeod a M. McCarthy. V Rockefellerovom inštitúte pre lekársky výskum v New Yorku získali in vitro (in vitro) čisté transformačné činidlo Griffith z usmrtených virulentných foriem a znova ho zmiešali s avirulentnými formami. Prijaté zapuzdrené patogény. A potom sme študovali zloženie toho istého agenta. Spočiatku dokázali, že to nie je bielkovina a že sama osebe už bola inováciou. Potom dospeli k záveru, že týmto činidlom je nukleová kyselina. Tieto americké experimenty sú priamym dôkazom genetickej úlohy DNA pri prenose dedičných informácií. Ale nie iba tí, ktorých veda považuje za klasikov.
Druhý z klasických dôkazov o genetickej úlohe DNA
Prvé, ktoré sme už opísali - to sú experimenty s Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Klasika biológie - ďalšie dva experimenty ako priamy dôkaz genetickej úlohy DNA. Opis sa zredukuje na bod.
Americký genetik Alfred Hershey za tieto experimenty získal Nobelovu cenu (1969). Zaujímavá séria experimentov Hersheyho a Martha Chaseovej, ktorá sa uskutočnila v roku 1952 na University of Washington v St. Louis s baktériami a bakteriofágmi označenými rádioaktívnym fosforom a sírou. Ich objavy, že bakteriofágová DNA preniká do baktérií a vedie k vzniku nových bakteriofágov, sú klasickým dôkazom genetickej úlohy DNA.
Tretia skúsenosť
Nemecko-americký biochemik Heinz Ludwig Frenkel-Konrat získal za svoj výskum Laskerovu cenu (1958). Na Kalifornskej univerzite v roku 1957 uskutočnil experimenty s vírusom tabakovej mozaiky. Ich schéma je podobná Griffithovým. Jeho úspechom je, že preukázal účasť RNA na prenose dedičných informácií.
Zaujímavé moderné dôkazy
Moderná molekulárna biológia a genetika nám neustále poskytujú nové dôkazy o genetickej úlohe DNA. Nižšie sú uvedené niektoré veľmi zaujímavé, neočakávané a pôsobivé fakty zo štúdií modernej vedy, ktoré tak či onak dokazujú úlohu DNA pri formovaní organizmu.
V roku 2007 vedci dokázali izolovať časť DNA obojživelníkov, ktorá je zodpovedná za tvorbu oka. Dnes už mloci majú oči na nohách a chvostoch.
Vedci do genómu kôz implantovali pavučinový gén zodpovedný za proteín bielkovín, čo je dôsledkom toho, že sa tento proteín objavil v mlieku kôz. Po špeciálnom spracovaní a extrakcii bielkovín z mlieka sa vytvorí pavučina.
Holandci chovali kravy s ľudským génom zodpovedným za špecifický mliečny proteín žien - laktoferín. Tento proteín hrá dôležitú úlohu v primárnej imunite dojčiat. Testovanie kravského mlieka pokračuje, ale vyhliadky na jeho použitie v medicíne sú pôsobivé.
Čínski vedci, ktorí dopĺňajú gén pre embryo prasiatok s fluorescenčným génom pre proteín medúzy, vypestovali dve zelené prasiatka.
V roku 2008 svet šíril správy o narodení dieťaťa s umelo upraveným genómom. Stalo sa to v Londýne, kde žena súhlasila s experimentom z dôvodu zistených genetických abnormalít v genóme embrya.
Existujú ľudské chiméry. V roku 2002 test DNA na otcovstvo, test ukázal, že American Lydia Fairchild nie je matkou jej nenarodeného dieťaťa. Štúdie sa opakovali, ale analýza ukázala rovnaké výsledky. Ukázalo sa, že telo Lydie sa vyvinulo z dvoch vajíčok, oplodnilo sa rôznymi spermiami a zlúčilo sa v skorých štádiách ontogenézy. Jej telo sa preto skladá z tkanív a buniek s odlišnou sadou chromozómov.
Každý vie o testovaní DNA na otcovstvo alebo v súdnej praxi. Testy DNA sa však používajú aj na overenie pravosti výrobkov. Napríklad môžete nastaviť zhromažďovacie miesto pre kaviár alebo hrozno pre kvalitné víno.
Na svete existujú 4 rodiny, ktorých členovia nemajú odtlačky prstov. Adermatoglyfia je spôsobená vzácnou mutáciou jedného génu.
Striedanie spánku a bdelosti u ľudí riadi gén hDEC2, ktorého mutácia znižuje potrebu spánku na 4 hodiny.
Kryogenetika bola úspešná pri klonovaní myši, ktorá bola zmrazená 16 rokov. Vedci sa nenaučili oživovať „polárnych prieskumníkov“, ale môžete ich klonovať.
A trochu o najunikátnejšej molekule
- 10 miliárd kilometrov od Zeme k Plutu a naopak - je to dĺžka ľudskej DNA, ak sa rozloží.
- Je možné tlačiť celý ľudský genóm rýchlosťou 8 znakov za sekundu, pracujúcou 8 hodín denne, po dobu 50 rokov.
- Všetky informácie na svete, ktoré sú uložené v digitálnom formáte, sa zmestia do dvoch gramov DNA.
- Na „nesmrteľný“ pevný disk uložený v vesmírnej stanici sa v prípade katastrofy umiestni DNA slávnych ľudí vrátane Stephena Hawkinga a Lance Armstronga.
- V každej bunke nášho tela je každá molekula DNA vystavená rôznym škodám asi miliónkrát denne. Stále však žijeme - zázrak!
Aby som to zhrnul
Napriek úspechom molekulárnej biológie a našim poznatkom o DNA ľudstvo zatiaľ nepozná odpovede na mnohé otázky. Kto vie, aké objavy nás čakajú v budúcnosti, zbaví ľudstvo dedičné choroby a bude porazené starnutie ...