Elävien salaisuuksiin (genetiikan näkökulmat)

Nykyaikaisen biologian menestys liittyy lähinnä sen haaraan, jota kutsutaan molekyylibiologiaksi. Erityisen silmiinpistäviä tuloksia on saavutettu tutkimalla perinnöllisyyttä - organismien ominaisuuksia, jotka pysyivät pitkään salaperäisinä. Tutkijat ovat onnistuneet paljastamaan geenin luonteen. Vuosisatojen ajan se näytti olevan jotain mystistä, melkein olematonta. Ja se osoittautui hyvin todelliseksi kemialliseksi rakenteeksi - tietyksi palaksi deoksiribonukleiinihappoa (DNA), joka on geneettisen tiedon kantaja.

Geneettinen koodi on purettu - tapa tallentaa perinnöllinen geneettinen tieto, jonka luonto on valinnut. Tiedämme, että henkilö käyttää erilaisia ​​tapoja tallentaa tietoja. Mekaaninen - kirjoissa, yksittäisillä kirjaimilla, sanoilla, lauseilla, ne painetaan koneille, saamme ne tulosteiden muodossa. Magneettista menetelmää tietojen tallentamiseksi käytetään sähkötekniikassa. On optinen - eri videolaitteissa. Mutta luonto on valinnut aivan toisen tavan - geneettisen koodin. Nyt tiedetään, että deoksiribonukleiinihappomolekyyli (DNA) koostuu erillisistä, suhteellisen yksinkertaisista kemiallisista rakenteista. Lajikkeita on vain neljä. Kuvittele aakkoset neljästä kirjaimesta, joita voidaan käyttää kirjoittamaan kaikki sanat ja käsitteet. Joten se on täällä: Neljän alkuainerakenteen vuorottelu deoksiribonukleiinihapon molekyylissä on ennätys perinnöllisestä, geneettisestä tiedosta.

Tutkijat ovat tutkineet geneettisten prosessien magnetismia. Nyt tiedämme, että kaikki DNA: ssa esiintyvät uudelleenjärjestelyt (ja juuri nämä uudelleenjärjestelyt johtavat organismien perinnöllisten ominaisuuksien muutokseen) toteutetaan biologisten katalyyttien - entsyymien - avulla. Mikroskoopin alla yksinkertaisimmat uudelleenjärjestelyt näyttävät olevan puhtaasti mekaanisia: he ottivat esimerkiksi kepin, joka on langankaltainen DNA-molekyyli, ja rikkoivat sen, ja sitten jotenkin kiinnittivät sen uudelleen. Itse asiassa kaikki on monimutkaisempaa ... On olemassa erityisiä entsyymejä, jotka tekevät tämän tauon DNA-molekyylissä, ja muita entsyymejä, jotka ompelevat langan. Tämä pätee muihin geneettisiin uudelleenjärjestelyihin. On löydetty valtava määrä entsyymejä, jotka osallistuvat nukleiinihappojen synteesiin, molekyylien erilaisiin järjestelyihin.

Solussa ja koko organismissa esiintyvien kemiallisten reaktioiden mekanismeista tiedetään nyt paljon. Energian muodostumisen ja käytön prosesseja on tutkittu. Solun bioenergia on hyvin monimutkaista. Teknologiassa olemme tekemisissä lämpöenergian muuntamisen kanssa. Lämpöenergiaa ei voida käyttää häkissä. Pääasiassa käytetään kemiallista energiaa, joka muuttuu mekaaniseksi energiaksi esimerkiksi lihasten supistumisen aikana, kulutetaan ravinteiden liikkumiseen ja vastaaviin.

Suuria edistysaskeleita on saavutettu proteiinien, nukleiinihappojen ja erilaisten solunsisäisten rakenteiden tutkimuksessa. Tieto kerääntyy vaihtelevalla nopeudella. Kaikki nämä ovat viimeisen 50 vuoden löytöjä, ja jos puhumme tärkeimmistä - sitten 25 vuodesta. He loivat modernin biologian, auttoivat meitä pääsemään lähelle tietoa elävien sisimmistä salaisuuksista.

Pyrkimys ympäröivän maailman tuntemiseen on ihmisen iankaikkinen ja ihana kyky. Tiede saa tiedon - tämä on sen tarkoitus. Mutta ihmisillä on oikeus odottaa käytännön hyötyä perustutkimuksesta, luonnosta luonnonlaeista. Todennäköisesti voimme puhua kahdesta tiedon käytännön käytön muodosta - näkyvästä ja näkymättömästä.

Mikä on meille selvää? Genetiikan kehitys mahdollisti uusien kotieläinrotujen luomisen, uusien kasvilajikkeiden kehittämisen. Tapahtunut vihreä vallankumous on suora tulos geenitutkimuksesta.Luonnollisten biologisesti aktiivisten yhdisteiden rakenteen tuntemus auttoi kemiaa syntetisoimaan monia lääkkeitä, joita ilman modernia lääketiedettä ei voida kuvitella.

Nykyään maassamme ja muissa maailman maissa on laaja teollisuus, joka käyttää mikrobiologisia menetelmiä orgaanisten yhdisteiden synteesissä. Tällä tavalla saadaan esimerkiksi mikrobiproteiini. Hiivaa kasvatetaan öljyhiilivedyillä, alkoholia todennäköisesti kasvaa joillakin kaasuilla, kuten metaanilla tai vedyllä, lähitulevaisuudessa. Ja hiivasta saadaan täydellinen proteiini, jota käytetään tuotantoeläinten rehuna.

Kaikki tämä näkyy kaikille. Mutta mitä tarkoitetaan "näkymättömällä"? Nämä ovat ajatuksia, jotka perustutkimus synnyttää. Laboratoriossa, jossa nämä ideat syntyvät, niitä ei välttämättä voida suoraan toteuttaa käytännössä. Mutta korkeakoulujärjestelmän kautta ja muilla tavoin ideoista tulee monien, erityisesti maataloudessa, lääketieteessä ja teollisuudessa työskentelevien asiantuntijoiden, omaisuutta. Ja siellä tiedon kultainen rahasto tuottaa hedelmää. Tätä prosessia on joskus vaikea edes jäljittää, puhumattakaan kvantifioimisesta, se muistuttaa virtausta, joka menee maan alle, absorboi siellä muita vesiä ja tulee sitten jossain etäisyydessä virtauksena, joka on paljon voimakkaampi kuin tämä valuma. se antoi hänelle elämän.

Ajatus tartuntatautien ehkäisemisestä rokotuksilla ilmeni aluksi yksinkertaisena laboratoriotekniikkana mikro-organismien fysiologian tutkimiseen. Erilaisten rokotteiden, kokonaisen hallituksen toimenpiteiden luominen tartuntatautien ehkäisemiseksi vaati aikaa ja monien ammattilaisten ponnisteluja - rokotukset, sanoa, isorokkoa vastaan, vastaan tuberkuloosi, poliota vastaan. Ja kukaan ei enää muista, että kaikki alkoi laboratoriosta, koeputkesta. Toinen esimerkki. Valtava antibiootiteollisuus ja niiden käyttö monien sairauksien hoidossa sai alkunsa englantilaisen mikrobiologin Flemingin nöyrästä havainnosta, joka huomasi vahingossa, että neste, jossa hän kasvatti hometta, estää mikrobien kasvua.

Haluan kiinnittää huomionne useisiin tehtäviin, jotka moderni elämä on asettanut tieteellemme. Ensinnäkin puhumme biologisten menetelmien käytöstä ympäristön suojelemiseksi. Ota torjunta-aineita. Monet heistä ovat haitallisia elävälle maailmalle. Mutta periaatteessa voit luoda muita torjunta-aineita. Ne tuhoaisivat tuholaisia, mutta niillä ei olisi haitallisia vaikutuksia lintuihin ja hyödyllisiin hyönteisiin yksinkertaisesti siksi, että näillä kemiallisilla yhdisteillä olisi hyvin lyhyt käyttöikä ja ne toimisivat rajoitetulla joukolla organismeja. Tai jotain muuta. Öljyntuotanto kasvaa merkittävästi paitsi maalla, myös merellä. Tältä osin öljyn ja sen tuotteiden aiheuttama pilaantumisen vaara Maailman valtamerellä on suuri. Puhdistuksessa voit käyttää erittäin tehokkaasti mikro-organismeja, jotka ruokkivat öljyä ja samalla tuhoavat sen.

Biologien on määritettävä ympäristölle ja ihmisille aiheutuvien vaarojen aste tietystä teollisesta tuotannosta, jonka jätteet pääsevät ilmakehään, veteen ja maaperään. Haitallisiin vaikutuksiin kiinnittäminen, niiden koon määrittäminen tarkoittaa ensimmäisen askeleen poistamista. Itse asiassa hyvin usein hoidon haitalliset vaikutukset luontoon liittyvät ensisijaisesti tietämättömyyteen. Näin oli muuten torjunta-aineiden kohdalla - silloin ihmiset eivät yksinkertaisesti kuvitelleet niiden negatiivisten ilmiöiden laajuutta, joihin niiden laaja käyttö voisi johtaa.

Ihmiskunnalla on oikeus odottaa biologialta ratkaisua tärkeisiin ongelmiin, kuten syövän ja perinnöllisten sairauksien torjunta. Toistaiseksi on olemassa vain tiettyjä mahdollisuuksia, laskelmia, toiveita. Mutta sen perusteella, kuinka nopeasti tiede kehittyy tänään, ei ole kaukana, kun voidaan ehdottaa joitain tehokkaita menetelmiä näiden tautien torjumiseksi.

Vielä yksi kysymys.Kaikki kehon kemialliset prosessit ovat entsymaattisia. Ne menevät ns. Biologisten katalyyttien - entsyymiproteiinien - avulla. Kemianteollisuudessa käytetään myös katalyyttejä - reaktioiden kiihdyttimiä, mutta ne eivät ole orgaanisia ainakaan proteiiniaineita. Ei tarvitse erikseen sanoa, että biokemialliset prosessit etenevät lievemmissä olosuhteissa, ne ovat paljon tehokkaampia. Luultavasti lähitulevaisuudessa henkilö alkaa käyttää laajemmin kehossa tapahtuvia kemiallisia reaktioita ja teollisiin tarkoituksiin. Teknologian tulevaisuus liittyy epäilemättä biologiaan.

Olemme nyt kiireisiä geenitekniikan ongelmien parissa. Tämä on uusi molekyylibiologian suunta, se on ollut olemassa alle viisi vuotta - hyvin lyhyt aika tieteelle. Mutta tämä suunta on erittäin mielenkiintoinen ja lupaava. Geenitekniikan tavoitteena on luoda laboratoriossa keinotekoisesti uusia geenirakenteita. Salattuaan geneettisen koodin, tutkittuaan erilaisten geneettisten transformaatioiden mekanismit, oppinut eristämään entsyymejä, jotka suorittavat DNA: n geneettisiä uudelleenjärjestelyjä, tutkijat pystyivät asettamaan itselleen tällaisen tehtävän.

Ei ole väliä kuinka vaatimaton nämä kokeet vaikuttavat, tosiasia on kuitenkin kiistämätön: ihminen pystyi ensimmäistä kertaa yhdistymään koeputkessa yhdeksi kokonaisuudeksi geneettisiksi rakenteiksi, jotka ovat luonnossa erillään. Heidän sulautumisensa ei johtunut satunnaisesta molekyylien törmäyksestä, vaan tietoisen valinnan ja harkitun suunnitelman tulos. Loppujen lopuksi tieteen ja tekniikan uudet asiat esiintyvät usein hyvin vaatimattomassa muodossa, eikä niitä arvioida edes oikein oikein alusta alkaen. Esimerkiksi G. Mendelin laatimat genetiikan lait eivät huomanneet aikalaisia, ja ne oli löydettävä uudelleen 40 vuotta myöhemmin.

Mitä näkymiä geenitekniikka avaa, mitä se lupaa meille?

Paljon asioita. Ensinnäkin lääketieteessä, perinnöllisten sairauksien torjunnassa. Tyypillisesti niihin liittyy vikoja yhdessä tuhansista ihmiskehossa olevista geeneistä. Geenitekniikka sallii periaatteessa minkä tahansa geenin valmistamisen laboratoriossa. Ja kun olemme saaneet geenin, voimme saada tämän geenin työn tuloksen ja käyttää sitä korvaamaan perinnöllinen vika geeniterapian avulla - luomalla niin sanotusti geneettinen proteesi.

Geenitekniikan tekniikoita voidaan käyttää myös hormonien tuottamiseen. Todennäköisesti insuliini tuotetaan pian tällä tavalla. Sen sijaan, että se saisi teurastamossa sikoja tai nautoja, se saadaan bakteeriviljelmässä. Asettamalla vieraita geenejä mikro-organismeille voimme pakottaa ne tuottamaan tarvittavaa hormonia melkein rajoittamattomina määrinä.

Luonnollisesti nämä eivät ole ainoat geenitekniikan sovellukset. Geeniterapia näyttää olevan fantasian ulottumattomissa. Lähes yhtään geeniä ei ole vielä saatu sairauksien hoitoon. Viime vuosikymmenien kokemus on kuitenkin osoittanut, kuinka nopeasti tutkimus kehittyy, jos se perustuu oikeaan teoriaan ja toteutetaan luotettavilla menetelmillä. Siksi sanon: tämä fantasia ei ole perusteeton. Tämä ei ole edes fantasia, vaan todelliset mittaukset, kohtaamamme tehtävät, jotka ratkaistaan ​​melko lähitulevaisuudessa.

Voiko kehityksen kielteiset seuraukset estää? Ne voidaan estää. Itse asiassa, mihin ne liittyvät? Pääsääntöisesti tietomme epätäydellisyydellä ja tosiasialla, että emme aina pysty arvioimaan ja ennakoimaan mahdollisia tuloksia täysin. Jos kaikkia seurauksia ei voida ennakoida etukäteen, ne on arvioitava enimmäiskaavassa ja kaikki varotoimet on toteutettava etukäteen.

Useiden haitallisten vaikutusten poistamiseksi on käynnissä työ. Teollisuusyrityksissä käsittelylaitosten rakentamista on kehitetty laajalti, päästöjen ja ilmakehän päästöjen hallinta on kiristynyt, suljettuja tuotantojaksoja luodaan.Kemistit työskentelevät "vaarattomien" torjunta-aineiden parissa, syntyy synteettisiä materiaaleja, jotka "hengittävät", ja paljon muuta.

Tässä on eräänlainen dialektiikka: tieteiden menestys auttaa poistamaan tieteen ja tekniikan kehityksen haitalliset seuraukset. Nyt tutkijat työskentelevät biologisen typen kiinnittymisen ongelman parissa. Mitä järkeä? Typpilannoitteiden käyttö on epäilemättä edistystä. Ne hyödyttävät peltoja ja lisäävät satoja. Mineraalityypillä on kuitenkin myös kielteiset seuraukset - typpiyhdisteet pestään vesistöihin aiheuttaen siellä ei-toivottua kasvistoa, mikä heikentää veden koostumusta. Voitko tehdä ilman lannoitteita? Tietenkään ei lainkaan intensiivisellä viljelyllä, mutta niiden käyttöä on mahdollista vähentää. Tiedetään, että palkokasvit (esimerkiksi soijapavut) omaksuvat typpeä ilmasta. Niiden juurissa on pieniä palloja - bakteeripesäkkeitä, jotka elävät symbioosissa kasvien kanssa. Heillä on kyky sitoa ilmakehän typpeä ja muuttaa se muotoon, jonka soija voi helposti absorboida.

Jos löydetään mikro-organismeja, jotka voivat elää viljan juurilla ja sitoa ilmakehän typpeä, on mahdollista levittää vähemmän lannoitteita maaperään. Millaisia ​​valtavia säästöjä tämä lupaa, kuinka se auttaa suojelemaan luontoa! Mihin suuntiin haut menevät? Ja perinteisissä - valinnalla. Ja geenitekniikan avulla. Kuvittele: siirrämme geenit ilmakehän typen omaksumiseksi kyhmyrakkulabakteereista muihin bakteereihin, jotka voisivat elää symbioosissa vehnän kanssa tai jopa viljalehdissä ...

Paljon voidaan ratkaista ei pienillä parannuksilla olemassa oleviin menetelmiin, olipa kyse sitten teknisistä tai maatalouden menetelmistä, vaan perusteellisilla muutoksilla pohjimmiltaan uusien löytöjen ansiosta. Tämä on tulevaisuus. Ihmiskunta ei ole tyhjentänyt tapoja estää yhteiskunnan kehitykseen liittyviä kielteisiä seurauksia.

A. Baev

Samanlaisia ​​julkaisuja

Kuinka proteiinirakenteet rakennetaan

Mikä on häkki?

Interferoni voittaa