În comunitatea științifică modernă, există mai multe teorii despre metoda de transmitere a informațiilor de la părinți la descendenți: de la val la tip futurist de grupuri de superminți. Cu toate acestea, faptul că moleculele de ADN sunt baza materială pentru continuitatea organismelor nu provoacă controverse. Înțelegerea modului în care s-au format dovezi în comunitatea științifică despre rolul genetic al ADN-ului și care sunt acestea este scopul acestui articol.
Un pic de teorie pentru non-biologi
Pentru a înțelege subiectul și esența însăși a dovezii rolului ADN-ului în ereditate, amintim doar câteva concepte și termeni generali folosiți în text. Biologii moleculari și alți biologi profesioniști pot să nu citească această parte - conceptele sunt prezentate într-o versiune simplificată pentru partea interesată a cititorilor. Cu toate că astăzi, specializarea modernă în biologie a crescut atât de mult, încât un mediu ecologist profesionist nu va fi întotdeauna înțeles pentru a înțelege esența mecanismelor evolutive, iar specificul dezvoltării unui embrion de broască nu sunt înțelese fără echivoc de botanici. Deci, aceștia sunt termenii:
- ADN-ul (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acidul ribonucleic) sunt molecule lungi și mari constând din monomeri - nucleotide.
- ADN-ul și ARN se numesc acizi nucleici.
- ADN-ul și ARN-ul sunt formate doar de patru nucleotide (trei identice, unul diferit în ADN și ARN) - nucleotidele sunt universale pentru toate viețuitoarele de pe planetă. Aceștia sunt compuși organici complexi dintr-o bază azotată, un reziduu de carbohidrați și acid fosforic. Se numesc adeină, guanină, timină și citozină (uracil).
- Nucleotidele formează triplete - codifică un aminoacid din douăzeci.
- Tripletele formează lanțuri în compoziția acizilor nucleici, care corespunde unui lanț de aminoacizi sau unei proteine specifice. Proteinele sunt baza vieții de pe planetă, sunt specifice și unice.
- O genă este o bucată de acid nucleic care este responsabilă pentru o proteină.
- Genomul - totalitatea întregului material genetic al organismului.
Un pic de istorie
Biologul elvețian F. Miescher, în 1869, a văzut lanțuri în nucleele celulelor purificatoare (leucocite), pe care le-a numit acizi nucleici.
Germanul A. Kassel ca biochimist și-a calculat compoziția: zahăr, acid fosforic și cinci soiuri de baze azotate. El în 1891 a dovedit că există doi acizi nucleici - ADN și ARN. În perioada de la aceste descoperiri până în 1953, au fost efectuate studii privind compoziția chimică și organizarea structurală a acizilor nucleici. Prenumele celebre din această perioadă sunt F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Experimentele începute de F. Griffith (1928) și continuate de O. Avery, C. MacLeod și M. McCarthy (1944), au oferit dovezi ale rolului ADN-ului în transferul informațiilor genetice, mai mult pe urmă. În 1953, americanii J. Watson și F. Crick au propus un model al structurii ADN sub forma unei helix duble răsucite, care era cunoscut chiar de un școlar. Asta e, s-a născut biologia moleculară!
De la proteine la ADN
În acel moment, acizii nucleici păreau a fi un material ciudat în nucleul unei celule. Pentru ce sunt necesare aceste formațiuni, nu știau și cu atât mai puțin nu au căutat dovezi ale rolului genetic al acizilor nucleici. Proteine constând din aminoacizi și având o structură chimică mai complexă au fost deja descoperite. Erau proteine care erau considerate purtătoare de informații ereditare.
Materialul care poartă informații ereditare a fost primul care s-a pus la îndoială de bacteriologul englez F. Griffith în 1928. Și deși nu a putut oferi dovezi convingătoare despre rolul genetic al ADN-ului, experimentele sale merită atenție.
Tulpinile pneumococice Griffith
Frederick Griffith, un bacteriolog din Anglia, a infectat șoareci cu virusuri Pneutnococcus pneumoniae, care au provocat pneumonie în ele, iar animalele au murit. Pneumococii există sub două forme - infecțioase (virulente) și non-infecțioase (avirulente). Aceste forme sunt ușor de distins. Pneumococul virulent are o capsulă mucopolizaharidă care protejează celula. Capsulele avirulente nu au și nu se pot apăra împotriva celulelor imune la șoarece, prin urmare, șoarecii nu dezvoltă pneumonie. Postulatul acelei perioade: pneumococul virulent încălzit devine avirulent. Un biolog infectează șoarecii cu un amestec de tulpină virulentă încălzită și avirulent viu (fără capsule). Șoarecii mor. În corpurile lor, omul de știință descoperă pneumococi vii cu o coajă de capsulă. Concluzia lui Griffith: de la pneumococi virulenți morți la forme vii, dar fără capsule, se transmite ceva (un „agent transformator”) care „transformă” formele avirulente în virulente cu un atribut fix ca ereditar (pneumococurile se înmulțesc rapid: cele pe care le-a găsit în cadavre șoareci - generația a suta a primului). Și având în vedere că virusurile nu au nimic în structură decât acizii nucleici (ADN și ARN), de fapt F. Griffith este cel care deține primele dovezi ale rolului genetic al ADN-ului și ARN-ului, deși i-a numit „agentul transformator”. Reamintim că acest lucru s-a întâmplat în 1928.
Dovezi experimentale pentru rolul ADN-ului în transferul de informații
Aproape același lucru pe care l-a făcut Griffith, numai fără șoareci săraci, a fost făcut în 1944 de O. T. Avery, K. M. MacLeod și M. McCarthy. La Rockefeller Institute for Medical Research din New York, au obținut in vitro (in vitro) un agent transformator pur al Griffith din forme virulente ucise și l-au amestecat, din nou in vitro, cu forme avirulente. Agenți patogeni încapsulați. Și apoi am studiat compoziția aceluiași agent. La început, ei au dovedit că nu este proteină și că în sine era deja o inovație. Ei bine, atunci au ajuns la concluzia că acest agent este acidul nucleic. Aceste experimente americane sunt dovezi directe ale rolului genetic al ADN-ului în transmiterea informațiilor ereditare. Dar nu singurele pe care știința le consideră clasice.
A doua din dovezi clasice pentru rolul genetic al ADN-ului
Primele pe care le-am descris deja - acestea sunt experimentele lui Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Clasice ale biologiei - încă două experimente ca dovadă directă a rolului genetic al ADN-ului. Descrierea este redusă la obiect.
Geneticianul american Alfred Hershey a primit Premiul Nobel (1969) pentru aceste experimente. O serie interesantă de experimente realizate de Hershey și Martha Chase, efectuate în 1952 la Universitatea Washington din St. Louis cu bacterii și bacteriofage etichetate cu fosfor radioactiv și sulf. Descoperirile lor că ADN-ul bacteriofagului care pătrunde în bacterii și dă naștere bacteriofagilor noi este o dovadă clasică a rolului genetic al ADN-ului.
A treia experiență
Biochimistul germano-american Heinz Ludwig Frenkel-Konrat a primit premiul Lasker (1958) pentru cercetările sale. La 1957, la Universitatea din California, a efectuat experimente cu virusul mozaicului de tutun. Schema lor este similară cu cea Griffith. Realizarea lui este că a dovedit participarea ARN la transmiterea informațiilor ereditare.
Dovadă modernă interesantă
Biologia moleculară modernă și genetica ne oferă constant noi dovezi ale rolului genetic al ADN-ului. Câteva fapte foarte interesante, neașteptate și impresionante din studiile științei moderne, care demonstrează într-un fel sau altul rolul ADN-ului în formarea unui organism, sunt prezentate mai jos.
În 2007, oamenii de știință au reușit să izoleze o porțiune din ADN-ul amfibian, care este responsabil pentru formarea ochiului. Astăzi există deja salamandre cu ochii pe picioare și coadă.
În genomul caprelor, oamenii de știință au implantat gena păianjen responsabilă de proteina web, ca urmare a acestei proteine apărută în laptele de capră. După prelucrarea specială și extragerea proteinelor din lapte, se formează mătase de păianjen.
Olandezii au crescut vacile cu gena umană responsabilă pentru o proteină specifică laptelui pentru femei - lactoferrina. Această proteină joacă un rol important în imunitatea primară a sugarilor. Testarea laptelui de vacă continuă, dar perspectivele pentru utilizarea acestuia în medicină sunt impresionante.
Suplimentând gena embrionului purcelului cu gena fluorescentă a proteinei meduze, oamenii de știință chinezi au crescut doi purcei cu lumină verde.
În 2008, lumea a răspândit vestea nașterii unui copil cu un genom modificat artificial. Acest lucru s-a întâmplat la Londra, unde o femeie a fost de acord cu un experiment din cauza anomaliilor genetice descoperite în genomul embrionului.
Chimere umane există. Într-un test ADN pentru paternitate din 2002, un test a arătat că americanul Lydia Fairchild nu este mama copilului ei nenăscut. Studiile s-au repetat, dar analiza a arătat aceleași rezultate. S-a dovedit că corpul Lydia s-a dezvoltat din două ouă, fertilizate de spermatozoizi diferiți și fuzionate în stadiile incipiente ale ontogenezei. Prin urmare, corpul ei este format din țesuturi și celule cu un set diferit de cromozomi.
Toată lumea știe despre testarea ADN pentru paternitate sau în practica judiciară. Însă testele ADN sunt folosite și pentru verificarea autenticității produselor. De exemplu, puteți seta un loc de adunare pentru caviar sau struguri pentru vin fin.
În lume există 4 familii ai căror membri nu au amprente. Adermatoglicia este cauzată de o mutație rară a unei singure gene.
Alternarea somnului și veghe la om controlează gena hDEC2, mutația sa reduce nevoia de somn la 4 ore.
Criogenetica a reușit să cloneze un șoarece care a fost înghețat timp de 16 ani. Oamenii de știință nu au învățat să reînvie „exploratorii polari”, dar îi puteți clona.
Și puțin despre molecula cea mai unică
- 10 miliarde de kilometri, de la pământ la Pluton și invers - aceasta este lungimea ADN-ului uman, dacă este descompusă.
- Este posibil să imprimați întregul genom uman cu o viteză de 8 caractere pe secundă, lucrând 8 ore pe zi, timp de 50 de ani.
- Toate informațiile din lume care sunt stocate în format digital se pot încadra în două grame de ADN.
- Pe hard disk-ul „nemuritor” stocat la stația spațială, în cazul unui dezastru, se plasează ADN-ul unor persoane faimoase, inclusiv Stephen Hawking și Lance Armstrong.
- În fiecare celulă a corpului nostru, fiecare moleculă de ADN suferă diverse daune de aproximativ un milion de ori pe zi. Cu toate acestea, suntem încă în viață - oh, o minune!
Pentru a rezuma
În ciuda succeselor biologiei moleculare și a cunoștințelor noastre despre ADN, omenirea nu cunoaște încă răspunsurile la multe întrebări. Cine știe ce descoperiri ne așteaptă în viitor, omenirea va scăpa de boli ereditare și va îmbătrâni va fi învinsă ...