Прямих доказів генетичної ролі ДНК особливості, опис та цікаві факти
У сучасному науковому співтоваристві існує кілька теорій з приводу способу передачі інформації від батьків нащадкам: від хвильових до футуристичних типу сверхразума колективів. Однак те, що саме молекули ДНК є матеріальною основою наступності організмів, суперечок не викликає. Зрозуміти, як в науковому середовищі формувалися докази генетичної ролі ДНК і що вони собою являють, - ось мета даної статті.
Трохи теорії для НЕ біологів
- ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) і РНК (рибонуклеїнова кислота) - довгі і великі молекули, що складаються з мономерів - нуклеотидів.
- ДНК і РНК називають нуклеїновими кислотами.
- ДНК і РНК утворені за все чотирма нуклеотидами (три однакових, один різний в ДНК і РНК) - нуклеотиди універсальні для всього живого на планеті. Це складні органічні сполуки з азотистої основи, вуглеводного залишку і фосфорної кислоти. Називаються вони адеін, гуанін, тимін і цитозин (урацил).
- Нуклеотиди утворюють триплети - вони кодують одну амінокислоту з двадцяти.
- Триплети утворюють ланцюжки в складі нуклеїнових кислот, що відповідає ланцюжку амінокислот або одному специфічному білку. Білки - основа життя на планеті, вони специфічні і унікальні.
- Ген - це шматочок нуклеїнової кислоти, що відповідає за один білок.
- Геном - сукупність всього генетичного матеріалу організму.
Трохи історії
Швейцарський біолог Ф. Мішер в 1869 році побачив в ядрах клітин гною (лейкоцитах) ланцюжка, які назвав нуклеїновими кислотами.
Німець А. Кассель як біохімік обчислив їх склад: цукор, фосфорна кислота і п'ять різновидів азотистих основ. Він же в 1891 році довів, що нуклеїнових кислот дві - ДНК і РНК. У період від цих відкриттів до 1953 року велися дослідження хімічного складу і структурної організації нуклеїнових кислот. Відомі прізвища цього періоду - Ф. Левен, А. Тодд, Е. Чаргафф. Досліди, розпочаті Ф. Гриффітом (1928) і продовжені О. Евері, К. Маклеод і М. Маккарті (1944), представили докази ролі ДНК у передачі генетичної інформації, про що докладніше пізніше. У 1953 році американці Дж. Уотсон і Ф. Крик запропонували відому навіть школяреві модель структури ДНК у вигляді подвійної закрученої спіралі. Все, молекулярна біологія народилася!
Від білка до ДНК
На той момент часу нуклеїнові кислоти представлялися дивним матеріалом в ядрі клітини. Для чого потрібні ці освіти, не знали, і тим більше не шукали докази генетичної ролі нуклеїнових кислот. Вже були відкриті білки, що складаються з амінокислот і мають більш складну хімічну структуру. Саме білки вважали носіями спадкової інформації.
У матеріалі, який несе спадкову інформацію, першим засумнівався англійський бактеріолог Ф. Гріффіт в 1928 році. І хоча він не зміг представити переконливих доказів генетичної ролі ДНК, його досліди заслуговують на увагу.
Штами пневмококів Гріффіта
Фредерік Гріффіт, бактеріолог з Англії, заражав мишей вірусами Pneutnococcus pneumoniae, які викликали у них пневмонію, і тварини вмирали. Пневмококки існують в двох формах - заразною (вирулентной) і незаразной (авірулентние). Ці форми легко відрізнити. Отруйний пневмокок має мукополісахаридних капсулу, яка захищає клітину. Авірулентний капсули не має і не може захиститися від імунних клітин миші, тому миші і не хворіють на пневмонію. Постулат того часу: нагріте отруйний пневмокок стає авірулентним. Біолог заражає мишей сумішшю нагрітого вирулентного штаму і живого авірулентние (бескапсульних). Мишки вмирають. В їх тілах вчений виявляє живі пневмококи з капсульної оболонкою. Висновок Гріффіта: від мертвих вірулентних пневмококів до живих, але бескапсульних формам, передається щось ( «трансформує агент»), що «трансформує» авірулентние форми в вірулентні з закріпленням ознаки як спадкового (пневмококи швидко розмножуються: ті, яких він виявив в трупах мишей, - соте покоління перших). А так як віруси не мають в будові нічого, крім нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) фактично саме Ф. Гриффіту належить перший доказ генетичної ролі ДНК і РНК, хоча він і назвав їх «трансформує агент». Нагадаємо, сталося це в 1928 році.
Експериментальні докази ролі ДНК у передачі інформації
Практично те ж саме, що зробив Гріффіт, тільки без бідних мишей, зробили в 1944 році О. Т. Евері, К. М. Маклеод і М. Маккарті. У Рокфеллеровском інституті медичних досліджень в Нью-Йорку вони отримали in vitro (у пробірці) чистий трансформирующий агент Гріффіта з убитих вірулентних форм і змішували його, знову ж в пробірці, з авірулентнимі формами. Отримували капсульованих збудників. А потім вивчали склад цього самого агента. Спочатку вони довели, що це не білок, і це саме по собі вже було новаторством. Ну а потім і прийшли до того, що цей агент і є нуклеїнова кислота. Ці досліди американців - прямі докази генетичної ролі ДНК у передачі спадкової інформації. Але не єдині, які наука вважає класикою.
Друге з класичних доказів генетичної ролі ДНК
Перший ми вже описали - це досліди Евері - Маклеод - М. МакКарті.
Класика біології - ще два досвіду як прямі докази генетичної ролі ДНК. Опис скоротимо до суті.
третій досвід
Німецько-американський біохімік Гейнц Людвіг Френкель-Конрат отримав за свої дослідження премію Ласкера (1958). У каліфорнійському університеті в 1957 році він проводив досліди з вірусом тютюнової мозаїки. Схема їх схожа з Гріффітовскімі. Його досягнення - в тому, що він довів участь РНК в передачі спадкової інформації.
Цікаві сучасні докази
Сучасна молекулярна біологія і генетика постійно постачають нам нові докази генетичної ролі ДНК. Кілька вельми цікавих, несподіваних і вражаючих фактів з досліджень сучасної науки, які так чи інакше доводять роль ДНК в формуванні організму, наведено далі.
У геном кіз вчені вживили ген павука, який відповідає за білок павутини, в результаті цей білок з'явився в молоці кіз. Після спеціальної обробки та вилучення білка з молока утворюється павуковий шовк.
Голландці виростили корів з людським геном, відповідальним за специфічний білок молока жінок - лактоферрин. Цей білок відіграє важливу роль в первинному імунітет немовлят. Тестування молока корів триває, але перспективи застосування його в медицині вражають.
Доповнивши ген ембріона поросят геном білка флуоресцентної медузи, китайські вчені виростили двох світяться зеленим кольором поросят.
Про ДНК-тестування на встановлення батьківства або в судовій практиці знають всі. Але ДНК-тести використовують і при перевірці продуктів на справжність. Наприклад, можна встановити місце збору ікри або винограду для марочного вина.
У світі відомо 4 сім'ї, члени яких не мають відбитків пальців. Адерматогліфія викликана рідкісною мутацією одного-єдиного гена.
Чергування сну і неспання у людини контролює ген hDEC2, його мутація скорочує необхідність сну до 4 годин.
Кріогенетіка досягла успіху в клонуванні миші, що пробула замороженої 16 років. Оживляти «полярників» вчені не навчилися, а от клонувати їх можна.
І трохи про саму унікальною молекулі
- 10 мільярдів кілометрів, від землі до Плутона і назад - ось довжина людської ДНК, якщо її розкласти.
- Надрукувати весь геном людини при швидкості 8 символів в секунду, працюючи по 8 годин на добу, можна за 50 років.
- Всю інформацію світу, що зберігається в цифровому форматі, можна вмістити в двох грамах ДНК.
- На «невмирущого» жорсткому диску, що зберігається на космічній станції, на випадок катастрофи поміщені ДНК відомих людей, в тому числі Стівена Хокінга і Ленса Армстронга.
- У кожній клітині нашого тіла кожна молекула ДНК близько мільйона разів на добу піддається різних ушкоджень. Однак ми ще живі - о, диво!
Підведемо підсумок
Незважаючи на успіхи молекулярної біології і наші знання про ДНК, на багато питань людство поки не знає відповідей. Хто знає, які відкриття чекають нас в майбутньому, чи позбудеться людство від спадкових хвороб і чи буде переможене старіння.