Nella moderna comunità scientifica, ci sono diverse teorie sul metodo di trasmissione delle informazioni dai genitori ai discendenti: dall'onda al tipo futuristico di gruppi supermind. Tuttavia, il fatto che siano le molecole di DNA a costituire la base materiale per la continuità degli organismi non causa controversie. Comprendere come sono state formate prove nella comunità scientifica sul ruolo genetico del DNA e quali sono è lo scopo di questo articolo.
Un po 'di teoria per i non biologi
Per comprendere l'argomento e l'essenza stessa della prova del ruolo del DNA nell'ereditarietà, ricordiamo solo alcuni concetti e termini generali usati nel testo. I biologi molecolari e altri biologi professionisti potrebbero non leggere questa parte: i concetti sono riportati in una versione semplificata per la parte interessata dei lettori. Sebbene la moderna specializzazione in biologia oggi sia cresciuta così tanto che un ambientalista professionista non sfuggirà sempre alla comprensione dell'essenza dei meccanismi evolutivi, e i dettagli dello sviluppo di un embrione di rana non sono inequivocabilmente compresi dai botanici. Quindi, questi sono i termini:
- Il DNA (acido desossiribonucleico) e l'RNA (acido ribonucleico) sono molecole lunghe e grandi costituite da monomeri - nucleotidi.
- DNA e RNA sono chiamati acidi nucleici.
- Il DNA e l'RNA sono formati da soli quattro nucleotidi (tre identici, uno diverso nel DNA e nell'RNA) - i nucleotidi sono universali per tutti gli esseri viventi sul pianeta. Questi sono composti organici complessi da una base azotata, un residuo di carboidrati e acido fosforico. Si chiamano adeina, guanina, timina e citosina (uracile).
- I nucleotidi formano triplette: codificano un aminoacido su venti.
- Le triplette formano catene nella composizione degli acidi nucleici, che corrispondono a una catena di aminoacidi o una specifica proteina. Le proteine sono la base della vita sul pianeta, sono specifiche e uniche.
- Un gene è un pezzo di acido nucleico che è responsabile di una proteina.
- Genoma: la totalità di tutto il materiale genetico del corpo.
Un po 'di storia
Il biologo svizzero F. Miescher nel 1869 vide catene nei nuclei delle cellule del pus (leucociti), che chiamò acidi nucleici.
Il tedesco A. Kassel come biochimico calcolò la loro composizione: zucchero, acido fosforico e cinque varietà di basi azotate. Nel 1891 dimostrò che ci sono due acidi nucleici: DNA e RNA. Nel periodo da queste scoperte fino al 1953, furono condotti studi sulla composizione chimica e l'organizzazione strutturale degli acidi nucleici. I cognomi famosi di questo periodo sono F. Lovanio, A. Todd, E. Chargaff. Gli esperimenti iniziati da F. Griffith (1928) e proseguiti da O. Avery, C. MacLeod e M. McCarthy (1944), hanno fornito prove del ruolo del DNA nel trasferimento di informazioni genetiche, più avanti in seguito. Nel 1953, gli americani J. Watson e F. Crick proposero un modello della struttura del DNA sotto forma di una doppia elica contorta, che era persino nota a uno scolaretto. Ecco, è nata la biologia molecolare!
Dalle proteine al DNA
A quel punto nel tempo, gli acidi nucleici sembravano uno strano materiale nel nucleo di una cellula. Per cosa sono necessarie queste formazioni, non lo sapevano, e ancor meno non cercavano prove del ruolo genetico degli acidi nucleici. Sono già state scoperte proteine costituite da aminoacidi e aventi una struttura chimica più complessa. Erano le proteine a essere considerate portatrici di informazioni ereditarie.
Il materiale che trasportava informazioni ereditarie fu il primo a dubitare del batteriologo inglese F. Griffith nel 1928. E sebbene non potesse fornire prove convincenti del ruolo genetico del DNA, i suoi esperimenti meritano attenzione.
Varietà pneumococciche di Griffith
Frederick Griffith, un batteriologo inglese, infettò i topi con virus Pneutnococcus pneumoniae, che causarono la polmonite in essi e gli animali morirono. I pneumococchi esistono in due forme: infettiva (virulenta) e non infettiva (avirulenta). Queste forme sono facili da distinguere. Il pneumococco virulento ha una capsula mucopolisaccaridica che protegge la cellula. Le capsule avirulenti non hanno e non possono difendersi dalle cellule immunitarie del topo; pertanto, i topi non sviluppano polmonite. Il postulato di quel tempo: il pneumococco virulento riscaldato diventa avirulento. Un biologo infetta i topi con una miscela di un ceppo virulento riscaldato e un avirulento vivo (senza capsule). I topi stanno morendo. Nei loro corpi, lo scienziato scopre pneumococchi vivi con un guscio di capsula. Conclusione di Griffith: dai pneumococchi virulenti morti alle forme viventi, ma senza capsule, viene trasmesso qualcosa (un "agente trasformante") che "trasforma" forme avirulente in virulente con un attributo fisso come ereditario (gli pneumococchi si moltiplicano rapidamente: quelli che ha trovato nei cadaveri topi - la centesima generazione della prima). E poiché i virus non hanno nulla nella struttura tranne gli acidi nucleici (DNA e RNA), in realtà è F. Griffith che possiede la prima prova del ruolo genetico del DNA e dell'RNA, sebbene li abbia chiamati "agente trasformante". Ricordiamo che questo è successo nel 1928.
Prove sperimentali per il ruolo del DNA nel trasferimento di informazioni
Quasi la stessa cosa che fece Griffith, solo senza topi poveri, fu fatta nel 1944 da O. T. Avery, K. M. MacLeod e M. McCarthy. Al Rockefeller Institute for Medical Research di New York, ottennero in vitro (in vitro) un puro agente trasformatore di Griffith da forme virulente uccise e lo mischiarono, sempre in vitro, con forme avirulente. Patogeni incapsulati ricevuti. E poi abbiamo studiato la composizione di questo stesso agente. Inizialmente, hanno dimostrato che non si trattava di proteine e che di per sé era già un'innovazione. Bene, allora sono arrivati alla conclusione che questo agente è acido nucleico. Questi esperimenti americani sono la prova diretta del ruolo genetico del DNA nella trasmissione di informazioni ereditarie. Ma non gli unici che la scienza considera classici.
La seconda delle classiche prove del ruolo genetico del DNA
Il primo che abbiamo già descritto - questi sono gli esperimenti di Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Classici della biologia: altri due esperimenti come prova diretta del ruolo genetico del DNA. La descrizione è ridotta al punto.
Il genetista americano Alfred Hershey ricevette il premio Nobel (1969) per questi esperimenti. Un'interessante serie di esperimenti di Hershey e Martha Chase, condotti nel 1952 all'Università di Washington a St. Louis con batteri e batteriofagi etichettati con fosforo radioattivo e zolfo. Le loro scoperte che è il DNA del batteriofago che penetra nei batteri e dà origine a nuovi batteriofagi è una prova classica del ruolo genetico del DNA.
Terza esperienza
Il biochimico tedesco-americano Heinz Ludwig Frenkel-Konrat ricevette il premio Lasker (1958) per le sue ricerche. All'Università della California nel 1957, condusse esperimenti con il virus del mosaico del tabacco. Il loro schema è simile a quelli di Griffith. Il suo risultato è che ha dimostrato la partecipazione dell'RNA alla trasmissione di informazioni ereditarie.
Prove moderne interessanti
La moderna biologia molecolare e la genetica ci forniscono costantemente nuove prove del ruolo genetico del DNA. Di seguito sono riportati alcuni fatti molto interessanti, inaspettati e impressionanti tratti da studi di scienza moderna, che in un modo o nell'altro dimostrano il ruolo del DNA nella formazione di un organismo.
Nel 2007, gli scienziati sono stati in grado di isolare una parte del DNA degli anfibi, che è responsabile della formazione dell'occhio. Oggi ci sono già salamandre con gli occhi su piedi e coda.
Nel genoma delle capre, gli scienziati hanno impiantato il gene del ragno responsabile della proteina web, a seguito di questa proteina apparsa nel latte delle capre. Dopo la lavorazione speciale e l'estrazione di proteine dal latte, si forma la seta del ragno.
Gli olandesi allevano mucche con il gene umano responsabile di una specifica proteina del latte femminile: la lattoferrina. Questa proteina svolge un ruolo importante nell'immunità primaria dei neonati. I test sul latte di mucca continuano, ma le prospettive per il suo uso in medicina sono impressionanti.
Integrando il gene dell'embrione di maialino con il gene della proteina medusa fluorescente, gli scienziati cinesi hanno coltivato due maialini illuminati di verde.
Nel 2008, il mondo ha diffuso la notizia della nascita di un bambino con un genoma modificato artificialmente. Questo è successo a Londra, dove una donna ha accettato un esperimento a causa delle anomalie genetiche scoperte nel genoma dell'embrione.
Esistono chimere umane. In un test del DNA per la paternità del 2002, un test ha mostrato che l'americana Lydia Fairchild non è la madre del suo bambino non ancora nato. Gli studi si sono ripetuti, ma l'analisi ha mostrato gli stessi risultati. Si è scoperto che il corpo di Lydia si è sviluppato da due uova, fecondate da diversi spermatozoi e fuse nelle prime fasi dell'ontogenesi. Pertanto, il suo corpo è costituito da tessuti e cellule con un diverso set di cromosomi.
Tutti conoscono i test del DNA per la paternità o nella pratica giudiziaria. Ma i test del DNA vengono anche utilizzati per verificare l'autenticità dei prodotti. Ad esempio, è possibile impostare un luogo di raccolta per caviale o uva per il buon vino.
Ci sono 4 famiglie nel mondo i cui membri non hanno impronte digitali. L'adermatoglicia è causata da una rara mutazione di un singolo gene.
L'alternanza di sonno e veglia nell'uomo controlla il gene hDEC2; la sua mutazione riduce la necessità di dormire a 4 ore.
La criogenetica ha avuto successo nella clonazione di un topo che è stato congelato per 16 anni. Gli scienziati non hanno imparato a far rivivere gli "esploratori polari", ma puoi clonarli.
E un po 'della molecola più unica
- 10 miliardi di chilometri, dalla terra a Plutone e viceversa: questa è la lunghezza del DNA umano, se decomposto.
- È possibile stampare l'intero genoma umano alla velocità di 8 caratteri al secondo, lavorando 8 ore al giorno, per 50 anni.
- Tutte le informazioni al mondo archiviate in formato digitale possono contenere due grammi di DNA.
- Sul disco rigido "immortale" immagazzinato nella stazione spaziale, in caso di disastro, viene collocato il DNA di personaggi famosi, tra cui Stephen Hawking e Lance Armstrong.
- In ogni cellula del nostro corpo, ogni molecola di DNA subisce vari danni circa un milione di volte al giorno. Tuttavia, siamo ancora vivi - oh, un miracolo!
Riassumendo
Nonostante i successi della biologia molecolare e la nostra conoscenza del DNA, l'umanità non conosce ancora le risposte a molte domande. Chissà quali scoperte ci aspettano in futuro, il genere umano si sbarazzerà delle malattie ereditarie e l'invecchiamento sarà sconfitto ...