Till de levendes hemligheter (genetikens perspektiv)

Framgångarna med modern biologi är främst förknippade med den gren av den, som kallas molekylärbiologi. Särskilt slående resultat har uppnåtts i studien av ärftlighet - egenskaperna hos organismer, som länge förblev mystiska. Forskare har lyckats avslöja genens natur. I århundraden verkade det vara något mystiskt, nästan obefintligt. Och det visade sig vara en mycket verklig kemisk struktur - en viss bit deoxiribonukleinsyra (DNA), som är bäraren av genetisk information.

Den genetiska koden har dechiffrerats - ett sätt att registrera ärftlig genetisk information som naturen har valt. Vi vet att en person använder olika sätt att spela in information. Mekaniskt - i böcker, enskilda bokstäver, ord, fraser, de skrivs ut på maskiner, vi får dem i form av tryck. Den magnetiska metoden för registrering av information används inom elektroteknik. Det finns en optisk - i olika videoenheter. Men naturen har valt ett helt annat sätt - den genetiska koden. Det är nu känt att deoxiribonukleinsyra (DNA) -molekylen består av separata, relativt enkla kemiska strukturer. Det finns bara fyra sorter av dem. Föreställ dig ett alfabet med fyra bokstäver som kan användas för att skriva alla olika ord och begrepp. Så det är här: alterneringen av fyra elementära strukturer i molekylen deoxiribonukleinsyra är ett register över ärftlig, genetisk information.

Forskare har studerat magnetismen hos genetiska processer. Nu vet vi att alla omarrangemang som förekommer i DNA (och det är dessa omläggningar som leder till en förändring av arvsmässiga egenskaper hos organismer) utförs med hjälp av biologiska katalysatorer - enzymer. Under ett mikroskop verkar de enklaste omläggningarna vara rent mekaniska: de tog till exempel en pinne som ser ut som en trådliknande DNA-molekyl och bröt den och sedan fixade de på något sätt igen. I själva verket är allt mer komplicerat ... Det finns speciella enzymer som gör att detta bryter i DNA-molekylen och andra enzymer som syr tråden. Detta händer också med andra genetiska omläggningar. Ett stort antal enzymer har upptäckts som är involverade i syntesen av nukleinsyror, i olika omläggningar av deras molekyler.

Mycket är nu känt om mekanismerna för kemiska reaktioner som förekommer i cellen och i hela organismen. Processerna för bildning och användning av energi har studerats. Cellbioenergi är mycket komplex. Inom tekniken har vi att göra med omvandlingen av termisk energi. Värmeenergi kan inte användas i cellen. Huvudsakligen används kemisk energi, som omvandlas till mekanisk energi, till exempel under muskelkontraktion, spenderad på rörelse av näringsämnen och liknande.

Stora framsteg har gjorts i studien av proteiner, nukleinsyror och olika intracellulära strukturer. Kunskap ackumuleras i rörlig takt. Allt detta är upptäckter från de senaste 50, och om vi talar om det viktigaste - då 25 år. De skapade modern biologi, hjälpte oss att komma närmare kunskapen om de levendes innersta hemligheter.

Strävan efter kunskap om den omgivande världen är en människas eviga och underbara förmåga. Vetenskapen får kunskap - detta är dess syfte. Men människor har rätt att förvänta sig praktiska fördelar med grundläggande forskning, från kunskapen om naturlagarna. Förmodligen kan vi prata om två former av praktisk användning av kunskap - synlig och osynlig.

Vad är uppenbart för oss? Utvecklingen av genetik gjorde det möjligt att skapa nya raser av husdjur, att utveckla nya växtsorter. Den gröna revolutionen som har ägt rum är ett direkt resultat av genetisk forskning.Kunskap om strukturen hos naturligt biologiskt aktiva föreningar hjälpte kemin att syntetisera många läkemedel, utan vilka modern medicin inte kan föreställas.

Idag, i vårt land och i andra länder i världen, finns det en omfattande industri som använder mikrobiologiska metoder för syntes av organiska föreningar. På detta sätt erhålls exempelvis ett mikrobiellt protein. Jäst odlas på petroleumkolväten, alkohol kommer sannolikt att odlas på vissa gaser som metan eller väte inom en snar framtid. Och från jäst erhålls ett komplett protein som används som foder för husdjur.

Allt detta är synligt för alla. Men vad menas med "osynlig"? Det här är de idéer som genereras av grundläggande vetenskap. Inom laboratoriet där dessa idéer uppstår kan de inte direkt översättas till praktiken. Men genom systemet för högre utbildning och på andra sätt blir idéer egendom för många, och särskilt specialister som arbetar inom jordbruk, medicin och industri. Och där bär den gyllene kunskapsfonden frukt. Denna process är ibland svår att spåra, än mindre kvantifiera, den liknar en ström som går under jorden, absorberar andra vatten där och sedan, någonstans i fjärran, kommer ut i form av en ström som är mycket kraftfullare än den sippret. hans liv.

Idén att förebygga infektionssjukdomar genom vaccinationer verkade först som en enkel laboratorieteknik för att studera mikroorganismernas fysiologi. Det tog tid och ansträngningar från många utövare att skapa en mängd olika vacciner, ett helt system av statliga åtgärder för att förhindra smittsamma sjukdomar - vaccinationer, säg, mot koppor, mot tuberkulos, mot polio. Och ingen minns längre att allt började med ett laboratorium, med ett provrör. Ett annat exempel. Den enorma antibiotikabranschen och deras användning för behandling av många sjukdomar härstammar från den ödmjuka observationen av den engelska mikrobiologen Fleming, som av misstag märkte att vätskan i vilken han odlade mögel förhindrade tillväxten av mikrober.

Låt mig uppmärksamma flera uppgifter som det moderna livet har ställt för vår vetenskap. Först och främst talar vi om användningen av biologiska metoder för att bevara miljön. Ta bekämpningsmedel. Många av dem har en skadlig inverkan på den levande världen. Men i princip kan du skapa andra bekämpningsmedel. De skulle förstöra skadedjur, men skulle inte ha en skadlig effekt på fåglar och nyttiga insekter, helt enkelt för att dessa kemiska föreningar skulle ha en mycket kort livslängd och skulle verka på ett begränsat antal organismer. Eller något annat. Oljeproduktionen expanderar nu inte bara på land utan också i havet. I detta avseende finns det en stor risk för förorening av olja och dess produkter från världshavet. För rengöring kan du mycket effektivt använda mikroorganismer som matar på olja och förstör den samtidigt.

Biologer måste bestämma graden av fara för miljön och människorna av viss industriproduktion, vars avfall kommer ut i atmosfären, vattnet och jorden. Att vara uppmärksam på skadliga effekter, bestämma deras storlek - innebär att ta det första steget mot att eliminera dem. Faktum är att de negativa konsekvenserna av förvaltningen för naturen ofta är främst förknippade med vår okunnighet. Detta var förresten fallet med bekämpningsmedel - då föreställde människor sig helt enkelt inte omfattningen av de negativa fenomen som deras utbredda användning kunde leda till.

Mänskligheten har rätt att från biologin förvänta sig lösningen på sådana viktiga problem som kampen mot cancer och ärftliga sjukdomar. Hittills finns det bara vissa möjligheter, beräkningar och förhoppningar. Men att döma av hur snabbt vetenskapen utvecklas idag är tiden inte långt borta då några effektiva metoder kan föreslås för att bekämpa dessa sjukdomar.

En till fråga.Alla kemiska processer i kroppen är enzymatiska. De går med hjälp av så kallade biologiska katalysatorer - enzymproteiner. Inom den kemiska industrin används också katalysatorer - reaktionsacceleratorer, men de är inte organiska, åtminstone inte proteinämnen. Det finns inget behov av att specifikt säga att biokemiska processer äger rum under mildare förhållanden, de är mycket mer effektiva. Förmodligen, inom en snar framtid, kommer en person att använda mer omfattande de kemiska reaktioner som förekommer i kroppen och för industriella ändamål. Framtiden för teknik är utan tvekan förknippad med biologi.

Vi är nu upptagen med problemen med genteknik. Detta är en ny riktning inom molekylärbiologi, den har funnits i mindre än fem år - en mycket kort tid för vetenskapen. Men denna riktning är extremt intressant och lovande. Målet med genteknik är att i laboratoriet på ett konstgjort sätt skapa nya genetiska strukturer. Efter att ha dechiffrerat den genetiska koden, efter att ha studerat mekanismerna för olika genetiska omvandlingar, efter att ha lärt sig att isolera enzymer som utför genetiska omläggningar av DNA, kunde forskare sätta sig en sådan uppgift.

Oavsett hur blygsamma dessa experiment kan verka, förblir faktum obestridligt: ​​för första gången kunde människan i ett provrör kombineras till en enda hel genetisk struktur som existerar separat i naturen. Deras sammanslagning var inte resultatet av en slumpmässig kollision av molekyler utan var resultatet av ett medvetet val och en tankeväckande plan. När allt kommer omkring, nya saker inom vetenskap och teknik uppträder ofta i en mycket blygsam form och bedöms inte alltid korrekt från början. Genetikens lagar, till exempel, som fastställts av G. Mendel, märktes inte av samtida, och de var tvungna att återupptäckas 40 år senare.

Vilka framtidsutsikter öppnar genteknik, vad lovar det oss?

Många saker. Först och främst inom medicin, i kampen mot ärftliga sjukdomar. Vanligtvis är de associerade med defekter i en av de tusentals gener som finns i människokroppen. Genteknik tillåter i princip vilken gen som helst som ska tillverkas i laboratoriet. Och efter att ha fått en gen kan vi få produkten av denna gen och använda den för att kompensera för en ärftlig defekt med hjälp av genterapi - skapa så att säga en genetisk protes.

Genteknik kan också användas för att producera hormoner. Mest troligt kommer insulin snart att produceras på detta sätt. Istället för att ta emot det i slakteriet från grisar eller nötkreatur kommer det att erhållas i bakteriekultur. Genom att införa främmande gener på mikroorganismer kan vi tvinga dem att producera det nödvändiga hormonet i nästan obegränsade mängder.

Naturligtvis är detta inte de enda tillämpningarna av genteknik. Genterapi verkar vara utanför fantasin. Nästan ingen gen har ännu erhållits för behandling av sjukdomar. Men erfarenheterna från de senaste decennierna har visat hur snabbt forskning utvecklas om den bygger på rätt teori och utförs med tillförlitliga metoder. Därför kommer jag att säga: denna fantasi är inte grundlös. Detta är inte ens en fantasi, utan verkliga mätningar, de uppgifter vi står inför och som kommer att lösas inom en ganska nära framtid.

Kan de negativa konsekvenserna av framsteg förhindras? De kan förhindras. I själva verket, vad är de kopplade till? Som regel, med ofullständigheten av vår kunskap, med det faktum att vi inte alltid fullt ut kan bedöma och förutse de möjliga resultaten. Om inte alla konsekvenser kan förutses i förväg, är det nödvändigt att bedöma dem i maximal skala och vidta alla försiktighetsåtgärder i förväg.

Arbetet pågår för att eliminera ett antal skadliga effekter. I industriföretag har byggandet av reningsanläggningar utvecklats i stor utsträckning, kontroll över avlopp och utsläpp till atmosfären har blivit strängare, stängda produktionscykler skapas.Kemister arbetar med "ofarliga" bekämpningsmedel, syntetiska material skapas som kommer att "andas" och mycket mer.

Det finns en slags dialektik i detta: framsteg inom vetenskapen hjälper till att eliminera de skadliga konsekvenserna av vetenskaplig och teknisk utveckling. Nu arbetar forskare på problemet med biologisk kvävefixering. Vad är poängen? Användningen av kvävegödselmedel är utan tvekan framsteg. De gynnar fälten och ökar avkastningen. Men mineralkväve har också sina negativa konsekvenser - kvävehaltiga föreningar tvättas ut i vattenkroppar, vilket orsakar utveckling av oönskad flora där, vilket försämrar vattenkompositionen. Kan du klara dig utan gödselmedel? Naturligtvis inte alls med intensivt jordbruk, men det är möjligt att minska deras användning. Det är känt att baljväxter (t.ex. sojabönor) assimilerar kväve från luften. Det finns små bollar på sina rötter - kolonier av bakterier som lever i symbios med växter. De har förmågan att binda atmosfäriskt kväve och omvandla det till en form som soja lätt kan absorbera.

Om det finns mikroorganismer som kan leva på spannmålsrötter och binda atmosfäriskt kväve, är det möjligt att applicera mindre gödselmedel på jorden. Vilka enorma besparingar detta lovar, hur det kommer att hjälpa till att bevara naturen! I vilka riktningar pågår sökningarna? Och på traditionella - efter val. Och genom genteknik. Föreställ dig: vi överför generna för att assimilera atmosfäriskt kväve från nodulära bakterier till andra bakterier som kan leva i symbios med vete eller till och med i spannmålsblad ...

Mycket kan inte lösas genom små förbättringar av befintliga metoder, vare sig det är tekniska eller jordbruksmetoder, utan genom radikala förändringar, tack vare fundamentalt nya upptäckter. Det här är framtiden. Mänskligheten har inte uttömt sätt att förhindra de negativa konsekvenser som är förknippade med samhällets utveckling.

A. Baev

Liknande publikationer

Hur proteinstrukturer byggs

Vad är en bur?

Interferon vinner