Do tajemnic żyjących (perspektywy genetyki)

Sukcesy współczesnej biologii wiążą się głównie z tą dziedziną, którą nazywamy biologią molekularną. Szczególnie uderzające wyniki uzyskano w badaniu dziedziczności - właściwości organizmów, które przez długi czas pozostawały tajemnicze. Naukowcom udało się odkryć naturę genu. Przez wieki wydawał się czymś mistycznym, prawie nie istniejącym. Okazało się, że jest to bardzo realna struktura chemiczna - pewien kawałek kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), który jest nośnikiem informacji genetycznej.

Kod genetyczny został rozszyfrowany - sposób na zapisanie dziedzicznej informacji genetycznej, którą wybrała natura. Wiemy, że osoba używa różnych sposobów rejestrowania informacji. Mechaniczne - w książkach poszczególne litery, słowa, frazy drukowane są na maszynach, otrzymujemy je w postaci nadruków. Magnetyczna metoda zapisu informacji jest stosowana w elektrotechnice. Jest optyczny - w różnych urządzeniach wideo. Ale natura wybrała zupełnie inną drogę - kod genetyczny. Obecnie wiadomo, że cząsteczka kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) składa się z oddzielnych, stosunkowo prostych struktur chemicznych. Istnieją tylko cztery odmiany. Wyobraź sobie alfabet złożony z czterech liter, których można użyć do napisania różnorodnych słów i pojęć. A więc tak jest: przemiana czterech elementarnych struktur w cząsteczce kwasu dezoksyrybonukleinowego jest zapisem dziedzicznej informacji genetycznej.

Naukowcy zbadali magnetyzm procesów genetycznych. Teraz wiemy, że wszystkie przegrupowania zachodzące w DNA (i to właśnie te przegrupowania prowadzą do zmiany dziedzicznych właściwości organizmów) są przeprowadzane za pomocą biologicznych katalizatorów - enzymów. Pod mikroskopem najprostsze przegrupowania wydają się być czysto mechaniczne: wzięli na przykład kij, który jest nitkowatą cząsteczką DNA, złamali go, a potem w jakiś sposób ponownie dopasowali. W rzeczywistości wszystko jest bardziej skomplikowane ... Istnieją specjalne enzymy, które powodują pęknięcie cząsteczki DNA, i inne enzymy, które zszywają nić. Tak jest w przypadku innych rearanżacji genetycznych. Odkryto ogromną liczbę enzymów biorących udział w syntezie kwasów nukleinowych, w różnych rearanżacjach ich cząsteczek.

Obecnie wiele wiadomo o mechanizmach reakcji chemicznych zachodzących w komórce i całym organizmie. Zbadano procesy powstawania i wykorzystania energii. Bioenergia komórkowa jest bardzo złożona. W technologii mamy do czynienia z konwersją energii cieplnej. W klatce nie można wykorzystać energii cieplnej. Głównie wykorzystywana jest energia chemiczna, która jest zamieniana na energię mechaniczną, na przykład podczas skurczu mięśni, zużywaną na ruch składników odżywczych i tym podobne.

Poczyniono wielkie postępy w badaniach białek, kwasów nukleinowych i różnych struktur wewnątrzkomórkowych. Wiedza jest gromadzona w zmiennym tempie. To wszystko odkrycia ostatnich 50 lat, a jeśli mówimy o najważniejszych - to 25 lat. Stworzyli nowoczesną biologię, pomogli zbliżyć się do poznania najgłębszych tajemnic żywych.

Pragnienie poznania otaczającego nas świata jest wieczną i wspaniałą zdolnością człowieka. Nauka zdobywa wiedzę - taki jest jej cel. Ale ludzie mają prawo oczekiwać praktycznych korzyści z badań podstawowych, wynikających ze znajomości praw natury. Zapewne można mówić o dwóch formach praktycznego wykorzystania wiedzy - widzialnej i niewidzialnej.

Co jest dla nas oczywiste? Rozwój genetyki umożliwił stworzenie nowych ras zwierząt domowych, opracowanie nowych odmian roślin. Zielona rewolucja, która się dokonała, jest bezpośrednim wynikiem badań genetycznych.Znajomość budowy naturalnych związków biologicznie czynnych pomogła chemii w syntezie wielu leków, bez których nie można sobie wyobrazić współczesnej medycyny.

Dziś w naszym kraju i innych krajach świata istnieje rozbudowany przemysł, który wykorzystuje mikrobiologiczne metody do syntezy związków organicznych. W ten sposób uzyskuje się na przykład białko drobnoustrojów. Drożdże są hodowane na węglowodorach ropopochodnych, aw najbliższej przyszłości alkohol prawdopodobnie będzie powstawał na niektórych gazach, takich jak metan lub wodór. Z drożdży uzyskuje się kompletne białko, które służy jako pasza dla zwierząt hodowlanych.

Wszystko to jest widoczne dla każdego. Ale co należy rozumieć przez „niewidzialne”? Takie są idee, które rodzi fundamentalna nauka. W laboratorium, w którym pojawiają się te pomysły, nie można ich bezpośrednio przełożyć na praktykę. Ale poprzez system szkolnictwa wyższego i na inne sposoby idee stają się własnością wielu, a zwłaszcza specjalistów pracujących w rolnictwie, medycynie i przemyśle. I tam złoty zasób wiedzy wydaje owoce. Proces ten jest czasem trudny nawet do prześledzenia, nie mówiąc już o kwantyfikacji, przypomina strumień, który schodzi pod ziemię, pochłania tam inne wody, a potem, gdzieś w oddali, wypływa w postaci strumienia o wiele silniejszego niż ta strużka, która go dała. życie.

Pomysł zapobiegania chorobom zakaźnym poprzez szczepienia pojawił się początkowo jako prosta technika laboratoryjna do badania fizjologii mikroorganizmów. Stworzenie różnorodnych szczepionek, całego systemu rządowych środków zapobiegających chorobom zakaźnym wymagało czasu i wysiłku wielu praktyków - szczepieniapowiedzmy przeciw ospie, przeciw gruźlica, przeciwko polio. I nikt już nie pamięta, że ​​wszystko zaczęło się od laboratorium, z probówką. Inny przykład. Ogromny przemysł antybiotyków i ich zastosowanie w leczeniu wielu chorób zrodził się ze skromnej obserwacji angielskiego mikrobiologa Fleminga, który przypadkowo zauważył, że płyn, w którym wyhodował pleśnie, zapobiega rozwojowi drobnoustrojów.

Pozwólcie, że zwrócę waszą uwagę na kilka zadań, jakie współczesne życie postawiło przed naszą nauką. Przede wszystkim mówimy o zastosowaniu metod biologicznych do ochrony środowiska. Weź pestycydy. Wiele z nich jest szkodliwych dla świata żywego. Ale w zasadzie możesz tworzyć inne pestycydy. Niszczyłyby szkodniki, ale nie miałyby szkodliwego wpływu na ptaki i pożyteczne owady, po prostu dlatego, że te związki chemiczne miałyby bardzo krótką żywotność i działałyby na ograniczoną liczbę organizmów. Albo coś innego. Wydobycie ropy znacznie rośnie nie tylko na lądzie, ale także na morzu. Pod tym względem niebezpieczeństwo zanieczyszczenia ropą naftową i jej produktami z Oceanu Światowego jest ogromne. Do czyszczenia można bardzo skutecznie wykorzystać mikroorganizmy, które żywią się olejem i jednocześnie go niszczą.

Biolodzy muszą określić stopień zagrożenia dla środowiska i ludzi określonej produkcji przemysłowej, której odpady dostają się do atmosfery, wody i gleby. Zwracanie uwagi na szkodliwe skutki, określanie ich wielkości - oznacza podjęcie pierwszego kroku w kierunku ich eliminacji. Rzeczywiście, bardzo często negatywne konsekwencje zarządzania dla przyrody są związane przede wszystkim z naszą ignorancją. Tak było, nawiasem mówiąc, w przypadku pestycydów - wtedy ludzie po prostu nie wyobrażali sobie rozmiarów tych negatywnych zjawisk, do których mogłoby doprowadzić ich powszechne stosowanie.

Ludzkość ma prawo oczekiwać od biologii rozwiązania tak ważnych problemów, jak walka z rakiem i chorobami dziedzicznymi. Na razie są tu tylko pewne możliwości, obliczenia i nadzieje. Ale sądząc po tym, jak szybko rozwija się dziś nauka, nie jest odległy czas, kiedy można zaproponować skuteczne metody zwalczania tych chorób.

Jeszcze jedno pytanie.Wszystkie procesy chemiczne zachodzące w organizmie są enzymatyczne. Działają przy pomocy tzw. Katalizatorów biologicznych - białek enzymatycznych. W przemyśle chemicznym stosuje się także katalizatory - przyspieszacze reakcji, ale nie są to substancje organiczne, a przynajmniej nie są to substancje białkowe. Nie ma co konkretnie mówić, że procesy biochemiczne zachodzą w łagodniejszych warunkach, są one dużo bardziej efektywne. Prawdopodobnie w niedalekiej przyszłości osoba zacznie szerzej wykorzystywać reakcje chemiczne zachodzące w organizmie i do celów przemysłowych. Przyszłość technologii niewątpliwie wiąże się z biologią.

Jesteśmy teraz zajęci problemami inżynierii genetycznej. To nowy kierunek w biologii molekularnej, istnieje mniej niż pięć lat - bardzo krótki czas dla nauki. Ale ten kierunek jest niezwykle interesujący i obiecujący. Celem inżynierii genetycznej jest sztuczne tworzenie w laboratorium nowych struktur genetycznych. Po rozszyfrowaniu kodu genetycznego, zbadaniu mechanizmów różnych przemian genetycznych, nauce izolowania enzymów, które przeprowadzają genetyczne przegrupowania DNA, naukowcy byli w stanie postawić sobie takie zadanie.

Bez względu na to, jak skromne mogą się wydawać te eksperymenty, fakt pozostaje niezbity: po raz pierwszy człowiek był w stanie połączyć się w probówce w jedną całość struktur genetycznych, które istnieją oddzielnie w przyrodzie. Ich połączenie nie było wynikiem przypadkowego zderzenia cząsteczek, ale było wynikiem świadomego wyboru i przemyślanego planu. Przecież nowości w nauce i technice często pojawiają się w bardzo skromnej formie i nie zawsze są nawet poprawnie oceniane od samego początku. Na przykład prawa genetyki, ustanowione przez G. Mendla, nie zostały dostrzeżone przez współczesnych i trzeba było je odkryć na nowo 40 lat później.

Jakie perspektywy otwiera inżynieria genetyczna, co nam obiecuje?

Dużo rzeczy. Przede wszystkim w medycynie w walce z chorobami dziedzicznymi. Zazwyczaj są one związane z defektami jednego z tysięcy genów występujących w ludzkim ciele. Inżynieria genetyczna zasadniczo pozwala na wytworzenie dowolnego genu w laboratorium. Otrzymawszy gen, możemy otrzymać produkt jego pracy i wykorzystać go do uzupełnienia dziedzicznej wady za pomocą terapii genowej - tworząc, że tak powiem, protezę genetyczną.

Do produkcji hormonów można również wykorzystać techniki inżynierii genetycznej. Najprawdopodobniej wkrótce w ten sposób powstanie insulina. Zamiast odbierać go w rzeźni od świń lub bydła, zostanie pozyskany w hodowli bakteryjnej. Narzucając obce geny mikroorganizmom, możemy zmusić je do produkcji niezbędnego hormonu w niemal nieograniczonych ilościach.

Oczywiście nie są to jedyne zastosowania inżynierii genetycznej. Terapia genowa wydaje się być poza sferą fantazji. Jak dotąd nie uzyskano prawie żadnego genu do leczenia choroby. Jednak doświadczenie ostatnich dziesięcioleci pokazało, jak szybko rozwijają się badania naukowe, jeśli opierają się na poprawnej teorii i są prowadzone przy użyciu wiarygodnych metod. Dlatego powiem: ta fantazja nie jest bezpodstawna. To nie jest nawet fantazja, ale rzeczywiste pomiary, zadania, przed którymi stoimy i które zostaną rozwiązane w dość niedalekiej przyszłości.

Czy można zapobiec negatywnym konsekwencjom postępu? Można im zapobiec. W rzeczywistości z czym są związane? Z reguły przy niekompletności naszej wiedzy, z tym, że nie zawsze możemy w pełni ocenić i przewidzieć możliwe wyniki. Jeśli nie wszystkie konsekwencje można przewidzieć z wyprzedzeniem, należy je ocenić w maksymalnej skali i z wyprzedzeniem podjąć wszelkie środki ostrożności.

Trwają prace nad wyeliminowaniem szeregu szkodliwych skutków. W przedsiębiorstwach przemysłowych szeroko rozwinęła się budowa oczyszczalni, zaostrzono kontrolę nad ściekami i emisjami do atmosfery oraz powstają zamknięte cykle produkcyjne.Chemicy pracują nad „nieszkodliwymi” pestycydami, tworzone są syntetyczne materiały, które „oddychają” i nie tylko.

Jest w tym swego rodzaju dialektyka: sukcesy nauk pomogą wyeliminować szkodliwe skutki postępu naukowo-technicznego. Teraz naukowcy pracują nad problemem biologicznego wiązania azotu. Jaki jest sens? Stosowanie nawozów azotowych to niewątpliwy postęp. Korzystają na polach i zwiększają plony. Ale azot mineralny ma też swoje negatywne konsekwencje - do zbiorników wodnych wypłukiwane są związki azotowe, powodując rozwój tam niepożądanej flory, która pogarsza skład wody. Czy możesz obejść się bez nawozów? Oczywiście wcale nie przy intensywnym uprawie, ale możesz ograniczyć ich użycie. Wiadomo, że rośliny strączkowe (na przykład soja) asymilują azot z powietrza. Na ich korzeniach są małe kulki - kolonie bakterii żyjących w symbiozie z roślinami. Mają zdolność wiązania azotu atmosferycznego i przekształcania go w formę łatwo przyswajalną przez soję.

Jeśli zostaną znalezione mikroorganizmy, które mogą żyć na korzeniach zbóż i wiązać azot atmosferyczny, możliwe będzie zastosowanie mniejszej ilości nawozu do gleby. Jakie ogromne oszczędności obiecuje to, jak pomoże to w ochronie przyrody! W jakim kierunku idą wyszukiwania? A na tradycyjnych - według selekcji. I poprzez inżynierię genetyczną. Wyobraź sobie: przenosimy geny do asymilacji azotu atmosferycznego z bakterii brodawkowych do innych bakterii, które mogłyby żyć w symbiozie z pszenicą lub nawet w liściach zbóż ...

Wiele można rozwiązać nie przez drobne ulepszenia istniejących metod, czy to technicznych czy rolniczych, ale przez radykalne zmiany, dzięki całkowicie nowym odkryciom. To jest przyszłość. Ludzkość nie wyczerpała sposobów zapobiegania negatywnym konsekwencjom związanym z rozwojem społeczeństwa.

A. Baev

Podobne publikacje

Jak zbudowane są struktury białkowe

Co to jest klatka?

Interferon wygrywa