In de moderne wetenschappelijke gemeenschap zijn er verschillende theorieën over de methode voor het overbrengen van informatie van ouders op afstammelingen: van golf tot futuristisch type supermindgroepen. Het feit dat het DNA-moleculen zijn die de materiële basis vormen voor de continuïteit van organismen veroorzaakt echter geen controverse. Het doel van dit artikel is te begrijpen hoe er in de wetenschappelijke gemeenschap bewijs is gevormd over de genetische rol van DNA en wat ze zijn.
Een beetje theorie voor niet-biologen
Om het onderwerp en de essentie van het bewijs van de rol van DNA in erfelijkheid te begrijpen, herinneren we ons slechts enkele algemene concepten en termen die in de tekst worden gebruikt. Moleculaire biologen en andere professionele biologen lezen dit deel mogelijk niet - concepten worden gegeven in een vereenvoudigde versie voor het geïnteresseerde deel van lezers. Hoewel de moderne specialisatie in de biologie tegenwoordig zo is gegroeid dat een professionele milieuactivist niet altijd zal doorbreken om de essentie van evolutionaire mechanismen te begrijpen, en de specifieke kenmerken van de ontwikkeling van een kikkerembryo niet ondubbelzinnig worden begrepen door botanici. Dus dit zijn de voorwaarden:
- DNA (deoxyribonucleïnezuur) en RNA (ribonucleïnezuur) zijn lange en grote moleculen bestaande uit monomeren - nucleotiden.
- DNA en RNA worden nucleïnezuren genoemd.
- DNA en RNA worden gevormd door slechts vier nucleotiden (drie identiek, één verschillend in DNA en RNA) - nucleotiden zijn universeel voor alle levende wezens op de planeet. Dit zijn complexe organische verbindingen op basis van stikstof, een koolhydraatresidu en fosforzuur. Ze worden adeïne, guanine, thymine en cytosine (uracil) genoemd.
- Nucleotiden vormen drieling - ze coderen voor één van de twintig aminozuren.
- Tripletten vormen ketens in de samenstelling van nucleïnezuren, wat overeenkomt met een keten van aminozuren of een specifiek eiwit. Eiwitten zijn de basis van het leven op de planeet, ze zijn specifiek en uniek.
- Een gen is een stuk nucleïnezuur dat verantwoordelijk is voor één eiwit.
- Genoom - de totaliteit van al het genetische materiaal van het lichaam.
Een beetje geschiedenis
De Zwitserse bioloog F. Miescher zag in 1869 ketens in de kernen van puscellen (leukocyten), die hij nucleïnezuren noemde.
De Duitser A. Kassel als biochemicus berekende hun samenstelling: suiker, fosforzuur en vijf soorten stikstofbasen. Hij bewees in 1891 dat er twee nucleïnezuren zijn - DNA en RNA. In de periode van deze ontdekkingen tot 1953 werden studies uitgevoerd naar de chemische samenstelling en de structurele organisatie van nucleïnezuren. Bekende achternamen uit deze periode zijn F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. De experimenten begonnen door F. Griffith (1928) en voortgezet door O. Avery, C. MacLeod en M. McCarthy (1944), leverden bewijs voor de rol van DNA in de overdracht van genetische informatie, waarover later meer. In 1953 stelden Amerikanen J. Watson en F. Crick een model voor van de DNA-structuur in de vorm van een dubbele gedraaide helix, die zelfs bij een schooljongen bekend was. Dat is alles, moleculaire biologie was geboren!
Van eiwit tot DNA
Op dat moment leken nucleïnezuren vreemd materiaal in de kern van een cel. Wat deze formaties nodig hebben, wisten ze niet, en nog minder zochten ze niet naar bewijs voor de genetische rol van nucleïnezuren. Eiwitten bestaande uit aminozuren en met een complexere chemische structuur zijn al ontdekt. Het waren eiwitten die werden beschouwd als dragers van erfelijke informatie.
Het materiaal met erfelijke informatie betwijfelde als eerste de Engelse bacterioloog F. Griffith in 1928. En hoewel hij geen overtuigend bewijs kon leveren van de genetische rol van DNA, verdienen zijn experimenten aandacht.
Griffith pneumokokkenstammen
Frederick Griffith, een bacterioloog uit Engeland, infecteerde muizen met Pneutnococcus pneumoniae-virussen, die longontsteking veroorzaakten, en de dieren stierven. Pneumokokken bestaan in twee vormen - infectieus (virulent) en niet-infectieus (avirulent). Deze vormen zijn gemakkelijk te onderscheiden. Virulente pneumococcus heeft een mucopolysaccharidecapsule die de cel beschermt. Avirulent-capsules hebben geen en kunnen zichzelf niet verdedigen tegen immuuncellen van muizen; daarom ontwikkelen muizen geen longontsteking. Het postulaat van die tijd: verwarmde virulente pneumococcus wordt avirulent. Een bioloog infecteert muizen met een mengsel van een verwarmde virulente stam en levende avirulent (capsulevrij). De muizen sterven. In hun lichaam ontdekt de wetenschapper levende pneumokokken met een capsulehuls. Griffith's conclusie: van dode virulente pneumokokken tot levende, maar capsulevrije vormen, er wordt iets overgedragen (een "transformerend middel") dat avirulente vormen "transformeert" in virulente vormen met een vast attribuut als erfelijk (pneumokokken multiply snel: die hij in lijken vond) muizen - de honderdste generatie van de eerste). En omdat virussen niets anders in structuur hebben dan nucleïnezuren (DNA en RNA), is het eigenlijk F. Griffith die het eerste bewijs bezit van de genetische rol van DNA en RNA, hoewel hij ze de "transformerende agent" noemde. Bedenk dat dit in 1928 gebeurde.
Experimenteel bewijs voor de rol van DNA bij informatieoverdracht
Bijna hetzelfde als wat Griffith deed, alleen zonder arme muizen, werd in 1944 gedaan door O. T. Avery, K. M. MacLeod en M. McCarthy. Bij het Rockefeller Institute for Medical Research in New York verkregen ze in vitro (in vitro) een puur transformerend middel van Griffith uit gedode virulente vormen en mengden het, opnieuw in vitro, met avirulente vormen. Ontvangen ingekapselde pathogenen. En toen bestudeerden we de samenstelling van dezelfde agent. In het begin bewezen ze dat het geen eiwit was en dat het op zichzelf al een innovatie was. Nou, toen kwamen ze tot de conclusie dat dit middel nucleïnezuur is. Deze Amerikaanse experimenten zijn direct bewijs van de genetische rol van DNA bij de overdracht van erfelijke informatie. Maar niet de enige die de wetenschap als klassiekers beschouwt.
Het tweede van het klassieke bewijs voor de genetische rol van DNA
De eerste die we al hebben beschreven - dit zijn de experimenten van Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Klassiekers van de biologie - nog twee experimenten als direct bewijs van de genetische rol van DNA. De beschrijving is beperkt tot het punt.
De Amerikaanse geneticus Alfred Hershey ontving de Nobelprijs (1969) voor deze experimenten. Een interessante serie experimenten van Hershey en Martha Chase, uitgevoerd in 1952 aan de Universiteit van Washington in St. Louis met bacteriën en bacteriofagen gelabeld met radioactieve fosfor en zwavel. Hun bevindingen dat het bacteriofaag-DNA is dat bacteriën doordringt en nieuwe bacteriofagen veroorzaakt, is een klassiek bewijs van de genetische rol van DNA.
Derde ervaring
De Duits-Amerikaanse biochemicus Heinz Ludwig Frenkel-Konrat ontving de Laskerprijs (1958) voor zijn onderzoek. Aan de Universiteit van Californië in 1957 voerde hij experimenten uit met het tabaksmozaïekvirus. Hun schema is vergelijkbaar met die van Griffith. Zijn prestatie is dat hij de deelname van RNA aan de overdracht van erfelijke informatie heeft bewezen.
Interessant modern bewijs
Moderne moleculaire biologie en genetica leveren ons voortdurend nieuw bewijs voor de genetische rol van DNA. Enkele zeer interessante, onverwachte en indrukwekkende feiten uit studies van de moderne wetenschap, die op een of andere manier de rol van DNA in de vorming van een organisme bewijzen, worden hieronder gegeven.
In 2007 konden wetenschappers het amfibieën-DNA isoleren dat verantwoordelijk is voor de vorming van het oog. Vandaag zijn er al salamanders met ogen op hun voeten en staart.
In het genoom van geiten hebben wetenschappers het spingen geïmplanteerd dat verantwoordelijk is voor het webeiwit, omdat dit eiwit in de geitenmelk verscheen. Na speciale verwerking en extractie van eiwit uit melk wordt spiderzijde gevormd.
Nederlanders hebben koeien grootgebracht met het menselijke gen dat verantwoordelijk is voor een specifiek melkeiwit van vrouwen - lactoferrine. Dit eiwit speelt een belangrijke rol in de primaire immuniteit van zuigelingen. Het testen van koemelk gaat door, maar de vooruitzichten voor het gebruik ervan in de geneeskunde zijn indrukwekkend.
Als aanvulling op het biggenembryogen met het fluorescerende eiwit van kwalleneiwit, hebben Chinese wetenschappers twee groen verlichte biggen gekweekt.
In 2008 verspreidde de wereld het nieuws van de geboorte van een kind met een kunstmatig gemodificeerd genoom. Dit gebeurde in Londen, waar een vrouw instemde met een experiment vanwege de ontdekte genetische afwijkingen in het genoom van het embryo.
Menselijke chimera's bestaan. In een DNA-test voor vaderschap in 2002 toonde een test aan dat de Amerikaanse Lydia Fairchild niet de moeder is van haar ongeboren kind. Studies herhaald, maar analyse toonde dezelfde resultaten. Het bleek dat het lichaam van Lydia zich ontwikkelde uit twee eieren, bevrucht door verschillende zaadcellen en samengevoegd in de vroege stadia van ontogenese. Daarom bestaat haar lichaam uit weefsels en cellen met een andere set chromosomen.
Iedereen is op de hoogte van DNA-testen voor vaderschap of in de gerechtelijke praktijk. Maar DNA-tests worden ook gebruikt om producten op echtheid te verifiëren. U kunt bijvoorbeeld een verzamelplaats instellen voor kaviaar of druiven voor goede wijn.
Er zijn 4 families in de wereld waarvan de leden geen vingerafdrukken hebben. Adermatoglyphia wordt veroorzaakt door een zeldzame mutatie van een enkel gen.
De afwisseling van slaap en waakzaamheid bij mensen regelt het hDEC2-gen; de mutatie vermindert de behoefte aan slaap tot 4 uur.
Cryogenetics is succesvol geweest in het klonen van een muis die al 16 jaar bevroren is. Wetenschappers hebben niet geleerd om de "poolreizigers" nieuw leven in te blazen, maar je kunt ze wel klonen.
En een beetje over de meest unieke molecule
- 10 miljard kilometer, van aarde tot Pluto en vice versa - dit is de lengte van menselijk DNA, indien ontbonden.
- Het is mogelijk om het hele menselijke genoom af te drukken met een snelheid van 8 tekens per seconde, gedurende 8 jaar 8 uur per dag werkend.
- Alle informatie in de wereld die in digitaal formaat wordt opgeslagen, past in twee gram DNA.
- Op de "onsterfelijke" harde schijf die in het ruimtestation is opgeslagen, wordt in geval van een ramp het DNA van beroemde mensen, waaronder Stephen Hawking en Lance Armstrong, geplaatst.
- In elke cel van ons lichaam ondergaat elk DNA-molecuul ongeveer een miljoen keer per dag verschillende schade. We leven echter nog steeds - oh, een wonder!
Samenvatten
Ondanks de successen van de moleculaire biologie en onze kennis van DNA, weet de mensheid nog niet de antwoorden op veel vragen. Wie weet welke ontdekkingen ons wachten in de toekomst, zal de mensheid zich ontdoen van erfelijke ziekten en zal veroudering worden verslagen ...