Στα μυστικά της ζωής (προοπτικές της γενετικής)

Οι επιτυχίες της σύγχρονης βιολογίας συνδέονται κυρίως με τον κλάδο της, που ονομάζεται μοριακή βιολογία. Ιδιαίτερα εντυπωσιακά αποτελέσματα επιτεύχθηκαν στη μελέτη της κληρονομικότητας - των ιδιοτήτων των οργανισμών, οι οποίοι για μεγάλο χρονικό διάστημα παρέμειναν μυστηριώδεις. Οι επιστήμονες κατάφεραν να αποκαλύψουν τη φύση του γονιδίου. Για αιώνες φαινόταν να είναι κάτι μυστικιστικό, σχεδόν ανύπαρκτο. Και αποδείχθηκε μια πολύ πραγματική χημική δομή - ένα συγκεκριμένο κομμάτι δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA), το οποίο είναι ο φορέας των γενετικών πληροφοριών.

Ο γενετικός κώδικας έχει αποκρυπτογραφηθεί - ένας τρόπος καταγραφής κληρονομικών γενετικών πληροφοριών που έχει επιλέξει η φύση. Γνωρίζουμε ότι ένα άτομο χρησιμοποιεί διαφορετικούς τρόπους καταγραφής πληροφοριών. Μηχανικά - σε βιβλία, μεμονωμένα γράμματα, λέξεις, φράσεις, εκτυπώνονται σε μηχανήματα, τα παίρνουμε με τη μορφή εκτυπώσεων. Η μαγνητική μέθοδος καταγραφής πληροφοριών χρησιμοποιείται στην ηλεκτρολογία. Υπάρχει ένα οπτικό - σε διάφορες συσκευές βίντεο. Αλλά η φύση επέλεξε έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο - τον γενετικό κώδικα. Είναι πλέον γνωστό ότι το μόριο δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) αποτελείται από ξεχωριστές, σχετικά απλές χημικές δομές. Υπάρχουν μόνο τέσσερις ποικιλίες από αυτές. Φανταστείτε ένα αλφάβητο με τέσσερα γράμματα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γράψετε όλη την ποικιλία των λέξεων και των εννοιών. Είναι λοιπόν εδώ: η εναλλαγή τεσσάρων στοιχειωδών δομών στο μόριο δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος είναι μια καταγραφή κληρονομικών, γενετικών πληροφοριών.

Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τον μαγνητισμό των γενετικών διεργασιών. Τώρα γνωρίζουμε ότι όλες οι αναδιατάξεις που συμβαίνουν στο DNA (και αυτές είναι οι αναδιατάξεις που οδηγούν σε αλλαγή των κληρονομικών ιδιοτήτων των οργανισμών) πραγματοποιούνται με τη βοήθεια βιολογικών καταλυτών - ενζύμων. Κάτω από ένα μικροσκόπιο, οι απλούστερες αναδιατάξεις φαίνεται να είναι καθαρά μηχανικές: πήραν, για παράδειγμα, ένα ραβδί, το οποίο μοιάζει με ένα μόριο DNA που μοιάζει με νήμα, και το έσπασε και στη συνέχεια με κάποιο τρόπο το διόρθωσαν ξανά. Στην πραγματικότητα, όλα είναι πιο περίπλοκα ... Υπάρχουν ειδικά ένζυμα που κάνουν αυτό το σπάσιμο στο μόριο DNA και άλλα ένζυμα που ράβουν το νήμα. Αυτό συμβαίνει επίσης με άλλες γενετικές αναδιατάξεις. Ανακάλυψε έναν τεράστιο αριθμό ενζύμων που εμπλέκονται στη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, σε διάφορες αναδιατάξεις των μορίων τους.

Πολλά είναι τώρα γνωστά για τους μηχανισμούς των χημικών αντιδράσεων που εμφανίζονται στο κύτταρο και σε ολόκληρο τον οργανισμό. Μελετήθηκαν οι διαδικασίες σχηματισμού και χρήσης ενέργειας. Η κυτταρική βιοενέργεια είναι πολύ περίπλοκη. Στην τεχνολογία, ασχολούμαστε με τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας. Η θερμική ενέργεια δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο κελί. Κυρίως χρησιμοποιείται η χημική ενέργεια, η οποία μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της συστολής των μυών, που δαπανάται για την κίνηση των θρεπτικών συστατικών και τα παρόμοια.

Έχουν γίνει μεγάλες προόδους στη μελέτη πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων και διαφόρων ενδοκυτταρικών δομών. Η γνώση συσσωρεύεται με μεταβλητό ρυθμό. Όλα αυτά είναι ανακαλύψεις των τελευταίων 50, και αν μιλάμε για τα πιο σημαντικά - τότε 25 χρόνια. Δημιούργησαν τη σύγχρονη βιολογία, μας βοήθησαν να έρθουμε κοντά στη γνώση των βαθύτερων μυστικών της ζωής.

Η προσπάθεια γνώσης του κόσμου είναι μια αιώνια και υπέροχη ικανότητα ενός ατόμου. Η επιστήμη αποκτά γνώση - αυτός είναι ο σκοπός της. Όμως οι άνθρωποι έχουν το δικαίωμα να αναμένουν πρακτικά οφέλη από τη θεμελιώδη έρευνα, από τη γνώση των νόμων της φύσης. Πιθανώς, μπορούμε να μιλήσουμε για δύο μορφές πρακτικής χρήσης της γνώσης - ορατή και αόρατη.

Τι είναι προφανές σε εμάς; Η ανάπτυξη της γενετικής κατέστησε δυνατή τη δημιουργία νέων φυλών κατοικίδιων ζώων, την ανάπτυξη νέων ποικιλιών φυτών. Η πράσινη επανάσταση που πραγματοποιήθηκε είναι άμεσο αποτέλεσμα της γενετικής έρευνας.Η γνώση της δομής των φυσικών βιολογικά ενεργών ενώσεων βοήθησε τη χημεία να συνθέσει πολλά φάρμακα, χωρίς τα οποία η σύγχρονη ιατρική δεν μπορεί να φανταστεί.

Σήμερα, στη χώρα μας και σε άλλες χώρες του κόσμου, υπάρχει μια εκτεταμένη βιομηχανία που χρησιμοποιεί μικροβιολογικές μεθόδους για τη σύνθεση οργανικών ενώσεων. Με αυτόν τον τρόπο, για παράδειγμα, λαμβάνεται μια μικροβιακή πρωτεΐνη. Η μαγιά καλλιεργείται σε υδρογονάνθρακες πετρελαίου, το αλκοόλ είναι πιθανό να καλλιεργηθεί σε ορισμένα αέρια όπως το μεθάνιο ή το υδρογόνο στο εγγύς μέλλον. Και από τη μαγιά, λαμβάνεται μια πλήρης πρωτεΐνη, η οποία χρησιμοποιείται ως τροφή για ζώα εκτροφής.

Όλα αυτά είναι ορατά σε όλους. Αλλά τι σημαίνει «αόρατο»; Αυτές είναι οι ιδέες που δημιουργεί η θεμελιώδης επιστήμη. Μέσα στο εργαστήριο όπου προκύπτουν αυτές οι ιδέες, ενδέχεται να μην μεταφραστούν άμεσα στην πράξη. Αλλά μέσω του συστήματος της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης και με άλλους τρόπους, οι ιδέες γίνονται ιδιοκτησία πολλών, και ιδιαίτερα ειδικών που εργάζονται στη γεωργία, την ιατρική και τη βιομηχανία. Και εκεί το χρυσό ταμείο της γνώσης αποδίδει καρπούς. Αυτή η διαδικασία είναι μερικές φορές δύσκολη ακόμη και αν εντοπιστεί, πόσο μάλλον ποσοτικοποιείται, μοιάζει με ένα ρεύμα που πηγαίνει υπόγεια, απορροφά άλλα νερά εκεί και στη συνέχεια, κάπου στο βάθος, βγαίνει με τη μορφή ενός ρεύματος πολύ πιο ισχυρού από αυτό το στάλα που του έδωσε ζωή.

Η ιδέα της πρόληψης μολυσματικών ασθενειών με εμβολιασμούς εμφανίστηκε αρχικά ως μια απλή εργαστηριακή τεχνική για τη μελέτη της φυσιολογίας των μικροοργανισμών. Χρειάστηκαν χρόνος και προσπάθειες πολλών επαγγελματιών για να δημιουργήσουν μια ποικιλία εμβολίων, ένα ολόκληρο σύστημα κυβερνητικών μέτρων για την πρόληψη των μολυσματικών ασθενειών - εμβολιασμοί, ας πούμε, κατά της ευλογιάς, κατά φυματίωση, κατά της πολιομυελίτιδας. Και κανείς δεν θυμάται πια ότι όλα ξεκίνησαν με εργαστήριο, με δοκιμαστικό σωλήνα. Ενα άλλο παράδειγμα. Η τεράστια βιομηχανία αντιβιοτικών και η χρήση τους για τη θεραπεία πολλών ασθενειών προήλθαν από την ταπεινή παρατήρηση του Άγγλου μικροβιολόγου Fleming, ο οποίος κατά λάθος παρατήρησε ότι το υγρό στο οποίο μεγάλωσε καλούπια εμπόδισε την ανάπτυξη μικροβίων.

Επιτρέψτε μου να επιστήσω την προσοχή σας σε πολλά καθήκοντα που η σύγχρονη ζωή έχει θέσει για την επιστήμη μας. Πρώτα απ 'όλα, μιλάμε για τη χρήση βιολογικών μεθόδων για τη διατήρηση του περιβάλλοντος. Πάρτε φυτοφάρμακα. Πολλά από αυτά είναι επιβλαβή για τον ζωντανό κόσμο. Αλλά κατ 'αρχήν, μπορείτε να δημιουργήσετε άλλα φυτοφάρμακα. Θα καταστρέψουν τα παράσιτα, αλλά δεν θα έχουν επιβλαβείς επιπτώσεις στα πουλιά και τα ευεργετικά έντομα, απλώς και μόνο επειδή αυτές οι χημικές ενώσεις θα έχουν πολύ σύντομη διάρκεια ζωής και θα δρουν σε ένα περιορισμένο φάσμα οργανισμών. Ή κάτι άλλο. Η παραγωγή πετρελαίου επεκτείνεται σημαντικά όχι μόνο στην ξηρά αλλά και στην υπεράκτια. Από αυτήν την άποψη, ο κίνδυνος ρύπανσης από το πετρέλαιο και τα προϊόντα του στον Παγκόσμιο Ωκεανό είναι μεγάλος. Για τον καθαρισμό, μπορείτε πολύ αποτελεσματικά να χρησιμοποιείτε μικροοργανισμούς που τρέφονται με λάδι και το καταστρέφουν ταυτόχρονα.

Οι βιολόγοι πρέπει να προσδιορίσουν το βαθμό κινδύνου για το περιβάλλον και τους ανθρώπους συγκεκριμένης βιομηχανικής παραγωγής, των οποίων τα απόβλητα εισέρχονται στην ατμόσφαιρα, το νερό και το έδαφος. Δίνοντας προσοχή σε επιβλαβή αποτελέσματα, προσδιορίζοντας το μέγεθός τους - σημαίνει να κάνετε το πρώτο βήμα για την εξάλειψή τους. Πράγματι, πολύ συχνά οι αρνητικές συνέπειες της διαχείρισης για τη φύση σχετίζονται κυρίως με την άγνοιά μας. Αυτό συνέβη, παρεμπιπτόντως, με τα φυτοφάρμακα - τότε οι άνθρωποι απλά δεν φαντάστηκαν την έκταση αυτών των αρνητικών φαινομένων στα οποία θα μπορούσε να οδηγήσει η ευρεία χρήση τους.

Η ανθρωπότητα έχει το δικαίωμα να αναμένει από τη βιολογία τη λύση τόσο σημαντικών προβλημάτων όπως η καταπολέμηση του καρκίνου και των κληρονομικών ασθενειών. Μέχρι στιγμής υπάρχουν μόνο ορισμένες δυνατότητες, υπολογισμοί, ελπίδες. Όμως, κρίνοντας από το πόσο γρήγορα εξελίσσεται η επιστήμη σήμερα, ο χρόνος δεν είναι μακριά όταν μπορούν να προταθούν ορισμένες αποτελεσματικές μέθοδοι για την καταπολέμηση αυτών των ασθενειών.

Μία ακόμα ερώτηση.Όλες οι χημικές διεργασίες στο σώμα είναι ενζυματικές. Πηγαίνουν με τη βοήθεια των λεγόμενων βιολογικών καταλυτών - ενζύμων πρωτεϊνών. Στη χημική βιομηχανία, χρησιμοποιούνται επίσης καταλύτες - επιταχυντές των αντιδράσεων, αλλά δεν είναι οργανικοί, τουλάχιστον όχι πρωτεϊνικές ουσίες. Δεν χρειάζεται να πούμε συγκεκριμένα ότι οι βιοχημικές διεργασίες πραγματοποιούνται σε ήπιες συνθήκες, είναι πολύ πιο αποτελεσματικές. Πιθανώς, στο εγγύς μέλλον, ένα άτομο θα αρχίσει να χρησιμοποιεί ευρύτερα τις χημικές αντιδράσεις που εμφανίζονται στο σώμα και για βιομηχανικούς σκοπούς. Το μέλλον της τεχνολογίας συνδέεται αναμφίβολα με τη βιολογία.

Είμαστε απασχολημένοι τώρα με τα προβλήματα της γενετικής μηχανικής. Αυτή είναι μια νέα κατεύθυνση στη μοριακή βιολογία, υπάρχει για λιγότερο από πέντε χρόνια - πολύ σύντομος χρόνος για την επιστήμη. Αλλά αυτή η κατεύθυνση είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα και πολλά υποσχόμενη. Ο στόχος της γενετικής μηχανικής είναι να δημιουργήσει τεχνητά, στο εργαστήριο, νέες γενετικές δομές. Έχοντας αποκρυπτογραφήσει τον γενετικό κώδικα, έχοντας μελετήσει τους μηχανισμούς διαφόρων γενετικών μετασχηματισμών, έχοντας μάθει να απομονώνει ένζυμα που πραγματοποιούν γενετικές αναδιατάξεις του DNA, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αναλάβουν ένα τέτοιο έργο.

Ανεξάρτητα από το πόσο μετριοπαθή είναι αυτά τα πειράματα, το γεγονός παραμένει αναμφισβήτητο: για πρώτη φορά, ο άνθρωπος μπόρεσε να συνδυάσει σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα σε μία ολόκληρη γενετική δομή που υπάρχει ξεχωριστά στη φύση. Η συγχώνευση τους δεν ήταν το αποτέλεσμα μιας τυχαίας σύγκρουσης μορίων, αλλά ήταν το αποτέλεσμα μιας συνειδητής επιλογής και ενός στοχαστικού σχεδίου. Σε τελική ανάλυση, νέα πράγματα στην επιστήμη και την τεχνολογία εμφανίζονται συχνά σε πολύ μέτρια μορφή και δεν αξιολογούνται πάντοτε σωστά από την αρχή. Οι νόμοι της γενετικής, για παράδειγμα, που θεσπίστηκαν από τον G. Mendel, δεν παρατηρήθηκαν από τους συγχρόνους, και έπρεπε να ανακαλυφθούν ξανά 40 χρόνια αργότερα.

Ποιες προοπτικές ανοίγει η γενετική μηχανική, τι μας υπόσχεται;

Πολλά πράγματα. Πρώτα απ 'όλα, στην ιατρική, στην καταπολέμηση των κληρονομικών ασθενειών. Συνήθως, σχετίζονται με ελαττώματα σε ένα από τα χιλιάδες γονίδια που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα. Η γενετική μηχανική επιτρέπει ουσιαστικά την παραγωγή οποιουδήποτε γονιδίου στο εργαστήριο. Και έχοντας λάβει ένα γονίδιο, μπορούμε να πάρουμε το προϊόν της εργασίας αυτού του γονιδίου και να το χρησιμοποιήσουμε για να καλύψουμε ένα κληρονομικό ελάττωμα με τη βοήθεια της γονιδιακής θεραπείας - δημιουργώντας, για παράδειγμα, μια γενετική πρόθεση.

Οι τεχνικές γενετικής μηχανικής μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ορμονών. Πιθανότατα, η ινσουλίνη θα παραχθεί σύντομα με αυτόν τον τρόπο. Αντί να το λαμβάνετε στο σφαγείο από χοίρους ή βοοειδή, θα λαμβάνεται σε βακτηριακή καλλιέργεια. Επιβάλλοντας ξένα γονίδια σε μικροοργανισμούς, μπορούμε να τα αναγκάσουμε να παράγουν την απαραίτητη ορμόνη σε σχεδόν απεριόριστες ποσότητες.

Φυσικά, αυτές δεν είναι οι μόνες εφαρμογές της γενετικής μηχανικής. Η γονιδιακή θεραπεία φαίνεται να είναι εκτός της σφαίρας της φαντασίας. Σχεδόν κανένα γονίδιο δεν έχει ακόμη ληφθεί για τη θεραπεία της νόσου. Όμως, η εμπειρία των τελευταίων δεκαετιών έδειξε πόσο γρήγορα αναπτύσσεται η έρευνα εάν βασίζεται στη σωστή θεωρία και πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας αξιόπιστες μεθόδους. Επομένως, θα πω: αυτή η φαντασία δεν είναι αβάσιμη. Αυτό δεν είναι καν φαντασίωση, αλλά πραγματικές μετρήσεις, οι εργασίες που αντιμετωπίζουμε και οι οποίες θα επιλυθούν στο εγγύς μέλλον.

Μπορούν να προληφθούν οι αρνητικές συνέπειες της προόδου; Μπορούν να προληφθούν. Στην πραγματικότητα, με τι συνδέονται; Κατά κανόνα, με την ελλιπή γνώση μας, με το γεγονός ότι δεν μπορούμε πάντα να αξιολογούμε πλήρως και να προβλέπουμε τα πιθανά αποτελέσματα. Εάν δεν μπορούν να προβλεφθούν όλες οι συνέπειες εκ των προτέρων, πρέπει να αξιολογούνται στη μέγιστη κλίμακα και όλες οι προφυλάξεις πρέπει να λαμβάνονται εκ των προτέρων.

Έχουν ξεκινήσει εργασίες για την εξάλειψη ορισμένων επιβλαβών επιπτώσεων Στις βιομηχανικές επιχειρήσεις, η κατασκευή εγκαταστάσεων επεξεργασίας έχει αναπτυχθεί ευρέως, ο έλεγχος των λυμάτων και των εκπομπών στην ατμόσφαιρα έχει γίνει αυστηρότερος και δημιουργούνται κλειστοί κύκλοι παραγωγής.Οι χημικοί εργάζονται για «ακίνδυνα» φυτοφάρμακα, δημιουργούνται συνθετικά υλικά που θα «αναπνέουν» και πολλά άλλα.

Υπάρχει μια περίεργη διαλεκτική σε αυτό: οι εξελίξεις στην επιστήμη θα βοηθήσουν στην εξάλειψη των επιβλαβών συνεπειών της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου. Τώρα οι επιστήμονες εργάζονται για το πρόβλημα της βιολογικής στερέωσης αζώτου. Ποιο ειναι το νοημα? Η χρήση αζωτούχων λιπασμάτων είναι αναμφίβολα πρόοδος. Ωφελούν τα χωράφια και αυξάνουν τις αποδόσεις. Αλλά το ορυκτό άζωτο έχει επίσης τις αρνητικές του συνέπειες - οι αζωτούχες ενώσεις ξεπλένονται σε υδάτινα σώματα, προκαλώντας την ανάπτυξη ανεπιθύμητης χλωρίδας εκεί, γεγονός που επιδεινώνει τη σύνθεση του νερού. Μπορείτε να κάνετε χωρίς λιπάσματα; Φυσικά, όχι καθόλου με την εντατική καλλιέργεια, αλλά μπορείτε να μειώσετε τη χρήση τους. Είναι γνωστό ότι τα όσπρια (για παράδειγμα, η σόγια) αφομοιώνουν το άζωτο από τον αέρα. Υπάρχουν μικρές μπάλες στις ρίζες τους - αποικίες βακτηρίων που ζουν σε συμβίωση με φυτά. Έχουν τη δυνατότητα να δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και να το μετατρέπουν σε μορφή που η σόγια μπορεί εύκολα να απορροφήσει.

Εάν βρεθούν μικροοργανισμοί που μπορούν να ζήσουν στις ρίζες των δημητριακών και να δεσμεύσουν το ατμοσφαιρικό άζωτο, θα είναι δυνατό να εφαρμοστεί λιγότερο λίπασμα στο έδαφος. Τι τεράστια εξοικονόμηση υπόσχεται, πώς θα βοηθήσει στη διατήρηση της φύσης! Σε ποιες κατευθύνσεις πηγαίνουν οι αναζητήσεις; Και στα παραδοσιακά - κατά επιλογή. Και μέσω της γενετικής μηχανικής. Φανταστείτε: μεταφέρουμε τα γονίδια για την αφομοίωση του ατμοσφαιρικού αζώτου από βακτήρια οζιδίων σε άλλα βακτήρια που θα μπορούσαν να ζουν σε συμβίωση με σιτάρι ή ακόμη και στα φύλλα των δημητριακών ...

Πολλά μπορούν να επιλυθούν όχι με μικρές βελτιώσεις στις υπάρχουσες μεθόδους, είτε πρόκειται για τεχνικές είτε για γεωργικές μεθόδους, αλλά από ριζικές αλλαγές, χάρη σε ουσιαστικά νέες ανακαλύψεις. Αυτό είναι το μέλλον. Η ανθρωπότητα δεν έχει εξαντλήσει τρόπους για να αποτρέψει τις αρνητικές συνέπειες που σχετίζονται με την ανάπτυξη της κοινωνίας.

Α. Baev

Παρόμοιες δημοσιεύσεις

Πώς χτίζονται οι δομές πρωτεϊνών

Τι είναι το κλουβί;

Η Ιντερφερόνη κερδίζει