V moderní vědecké komunitě existuje několik teorií o způsobu předávání informací od rodičů k potomkům: od vlny po futuristický typ supermind skupin. Skutečnost, že jsou to molekuly DNA, které jsou hmotným základem pro kontinuitu organismů, však nezpůsobuje polemiku. Účelem tohoto článku je pochopení toho, jak byly ve vědecké komunitě vytvořeny důkazy o genetické úloze DNA a o čem jsou.
Trocha teorie pro nebiologové
Abychom pochopili předmět a samotnou podstatu důkazu o úloze DNA v dědičnosti, připomínáme pouze některé obecné pojmy a pojmy použité v textu. Molekulární biologové a další profesionální biologové nemusí tuto část číst - pojmy jsou pro zjednodušenou část čtenářů uvedeny ve zjednodušené verzi. Ačkoli moderní specializace v biologii dnes rostla natolik, že profesionální environmentalista nebude vždy prorazit, aby pochopil podstatu evolučních mechanismů, a specifika vývoje žabního embrya není botaniky jednoznačně pochopena. Toto jsou pojmy:
- DNA (kyselina deoxyribonukleová) a RNA (kyselina ribonukleová) jsou dlouhé a velké molekuly tvořené monomery - nukleotidy.
- DNA a RNA se nazývají nukleové kyseliny.
- DNA a RNA jsou tvořeny pouze čtyřmi nukleotidy (tři identické, jeden odlišný v DNA a RNA) - nukleotidy jsou univerzální pro všechny živé bytosti na planetě. Jsou to komplexní organické sloučeniny z dusíkaté báze, uhlohydrátového zbytku a kyseliny fosforečné. Říká se jim adein, guanin, tymin a cytosin (uracil).
- Nukleotidy tvoří trojice - kódují jednu aminokyselinu z dvaceti.
- Triplety tvoří řetězce ve složení nukleových kyselin, což odpovídá řetězci aminokyselin nebo jednomu specifickému proteinu. Proteiny jsou základem života na planetě, jsou specifické a jedinečné.
- Gen je část nukleové kyseliny, která je zodpovědná za jeden protein.
- Genom - souhrn veškerého genetického materiálu těla.
Trocha historie
Švýcarský biolog F. Miescher v roce 1869 viděl řetězce v jádrech hnisových buněk (leukocyty), které nazýval nukleové kyseliny.
Němec A. Kassel jako biochemik vypočítal jejich složení: cukr, kyselina fosforečná a pět druhů dusíkatých bází. V roce 1891 dokázal, že existují dvě nukleové kyseliny - DNA a RNA. V období od těchto objevů do roku 1953 byly prováděny studie chemického složení a strukturní organizace nukleových kyselin. Slavná příjmení tohoto období jsou F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Pokusy, které zahájili F. Griffith (1928) a pokračovaly O. Avery, C. MacLeod a M. McCarthy (1944), poskytly důkazy o úloze DNA při přenosu genetické informace, o tom později. V roce 1953 navrhli Američané J. Watson a F. Crick model struktury DNA ve formě dvojité kroucené šroubovice, která byla školákovi dokonce známa. To je ono, zrodila se molekulární biologie!
Z proteinu na DNA
V tom okamžiku vypadaly nukleové kyseliny jako podivný materiál v jádru buňky. Co jsou tyto formace potřebné, nevěděli a ještě méně nehledali důkaz genetické úlohy nukleových kyselin. Proteiny sestávající z aminokyselin a mající složitější chemickou strukturu již byly objeveny. Byly to proteiny, které byly považovány za nositele dědičných informací.
Materiál, který nese dědičné informace, byl první, kdo pochyboval o anglickém bakteriologovi F. Griffithovi v roce 1928. A ačkoli nemohl poskytnout přesvědčivý důkaz genetické úlohy DNA, jeho experimenty si zaslouží pozornost.
Griffithovy pneumokokové kmeny
Frederick Griffith, bakteriolog z Anglie, infikoval myši viry Pneutnococcus pneumoniae, které v nich způsobily pneumonii, a zvířata uhynula. Pneumokoky existují ve dvou formách - infekční (virulentní) a neinfekční (avirulentní). Tyto formy lze snadno rozlišit. Virulentní pneumokok má mukopolysacharidovou tobolku, která chrání buňku. Avirulentní tobolky nemají a nemohou se bránit proti myším imunitním buňkám, proto se u myší nevyvíjí pneumonie. Postulát té doby: vyhřívaný virulentní pneumokok se stává avirulentním. Biolog infikuje myši směsí vyhřívaného virulentního kmene a živého avirulentu (bez kapslí). Myši umírají. V jejich tělech objevuje vědec živé pneumokoky s pouzdrem tobolky. Griffithův závěr: od mrtvých virulentních pneumokoků k živým, ale bez tobolkových forem se něco přenáší („transformující agent“), které „transformuje“ avirulentní formy na virulentní s pevným atributem jako dědičný (pneumokoky se množí rychle: ty, které našel v těle) myši - sté generace první). A protože viry nemají nic jiného než struktury nukleových kyselin (DNA a RNA), je to vlastně F. Griffith, kdo vlastní první důkaz genetické role DNA a RNA, ačkoli je nazýval „transformační činidlo“. Připomeňme, že se to stalo v roce 1928.
Experimentální důkazy o úloze DNA při přenosu informací
Téměř totéž, co Griffith udělal, pouze bez ubohých myší, provedli v roce 1944 O. T. Avery, K. M. MacLeod a M. McCarthy. V Rockefellerově ústavu pro lékařský výzkum v New Yorku získali in vitro (in vitro) čisté transformační činidlo Griffith z usmrcených virulentních forem a smísili jej znovu in vitro s avirulentními formami. Přijaté zapouzdřené patogeny. A pak jsme studovali složení stejného agenta. Nejprve dokázali, že to není bílkovina, a že sama o sobě již byla inovací. Pak dospěli k závěru, že tato látka je nukleová kyselina. Tyto americké experimenty jsou přímým důkazem genetické úlohy DNA při přenosu dědičných informací. Ale ne jediní, kteří věda považuje za klasiku.
Druhý z klasických důkazů o genetické roli DNA
První, který jsme již popsali - jedná se o experimenty Averyho - MacLeoda - M. McCarthyho.
Klasika biologie - další dva experimenty jako přímý důkaz genetické role DNA. Popis je zúžen do bodu.
Americký genetik Alfred Hershey obdržel za tyto experimenty Nobelovu cenu (1969). Zajímavá série experimentů Hersheyho a Marthy Chaseové provedená v roce 1952 na Washingtonské univerzitě v St. Louis s bakteriemi a bakteriofágy značenými radioaktivním fosforem a sírou. Jejich zjištění, že bakteriofágová DNA proniká bakteriemi a vytváří nové bakteriofágy, je klasickým důkazem genetické úlohy DNA.
Třetí zkušenost
Německo-americký biochemik Heinz Ludwig Frenkel-Konrat získal za svůj výzkum Laskerovu cenu (1958). Na Kalifornské univerzitě v roce 1957 prováděl experimenty s virem tabákové mozaiky. Jejich schéma je podobné těm Griffithovým. Jeho úspěchem je, že prokázal účast RNA na přenosu dědičných informací.
Zajímavé moderní důkazy
Moderní molekulární biologie a genetika nám neustále poskytují nové důkazy o genetické úloze DNA. Níže jsou uvedena některá velmi zajímavá, nečekaná a působivá fakta ze studií moderní vědy, která nějakým způsobem dokazují roli DNA při formování organismu.
V roce 2007 byli vědci schopni izolovat část DNA obojživelníků, která je zodpovědná za tvorbu oka. Dnes již mloci mají oči na nohou a ocasu.
V genomu koz si vědci implantovali pavoučí gen zodpovědný za webový protein, v důsledku čehož se tento protein objevil v mléce koz. Po speciálním zpracování a extrakci bílkovin z mléka se vytvoří pavoučí hedvábí.
Nizozemci chovali krávy s lidským genem odpovědným za specifický mléčný protein žen - laktoferrin. Tento protein hraje důležitou roli v primární imunitě kojenců. Testování kravského mléka pokračuje, ale vyhlídky na jeho použití v medicíně jsou působivé.
Čínští vědci, kteří doplňují gen pro embryo selat s fluorescenčním proteinem pro medúzy, vyrostli dvě zeleně osvětlená selata.
V roce 2008 svět rozšířil zprávu o narození dítěte s uměle upraveným genomem. Stalo se to v Londýně, kde žena souhlasila s experimentem kvůli objeveným genetickým abnormalitám v genomu embrya.
Existují lidské chiméry. V testu DNA na otcovství z roku 2002 test ukázal, že American Lydia Fairchild není matkou jejího nenarozeného dítěte. Studie se opakovaly, ale analýza ukázala stejné výsledky. Ukázalo se, že Lydiové tělo se vyvinulo ze dvou vajec, oplodněných různými spermiemi a sloučilo se v raných stádiích ontogeneze. Její tělo se tedy skládá z tkání a buněk s odlišnou sadou chromozomů.
Každý ví o testování DNA na otcovství nebo v soudní praxi. Testy DNA se však používají také k ověření pravosti produktů. Můžete například nastavit místo pro sběr kaviáru nebo hrozny pro kvalitní víno.
Na světě jsou 4 rodiny, jejichž členové nemají otisky prstů. Adermatoglyfie je způsobena vzácnou mutací jediného genu.
Střídání spánku a bdění u lidí řídí gen hDEC2, jeho mutace snižuje potřebu spánku na 4 hodiny.
Kryogenetika byla úspěšná při klonování myši, která byla zmrazena 16 let. Vědci se nenaučili oživovat „polární průzkumníky“, ale můžete je klonovat.
A trochu o nejunikátnější molekule
- 10 miliard kilometrů od Země k Plutu a naopak - jedná se o délku lidské DNA, pokud se rozloží.
- Je možné tisknout celý lidský genom rychlostí 8 znaků za sekundu, pracující 8 hodin denně, po dobu 50 let.
- Všechny informace na světě uložené v digitálním formátu se vejdou do dvou gramů DNA.
- Na „nesmrtelný“ pevný disk uložený ve vesmírné stanici se v případě katastrofy umístí DNA slavných lidí, včetně Stephena Hawkinga a Lance Armstronga.
- V každé buňce našeho těla každá molekula DNA podléhá různým škodám asi miliónkrát denně. Jsme však stále naživu - oh, zázrak!
Shrnout
Přes úspěchy molekulární biologie a naše znalosti o DNA lidstvo dosud nezná odpovědi na mnoho otázek. Kdo ví, jaké objevy nás v budoucnu čekají, zbaví lidstvo dědičných chorob a porazí stárnutí ...