I det moderna vetenskapliga samfundet finns det flera teorier om metoden att överföra information från föräldrar till ättlingar: från våg till futuristisk typ av supermindgrupper. Det faktum att det är DNA-molekyler som är den materiella basen för organismernas kontinuitet orsakar emellertid inte kontroverser. Syftet med denna artikel är att förstå hur bevis har bildats i det vetenskapliga samhället om DNA: s genetiska roll och vad de är.
Lite teori för icke-biologer
För att förstå ämnet och själva kärnan i beviset på DNA: s roll i ärftlighet, minns vi bara några allmänna begrepp och termer som används i texten. Molekylärbiologer och andra professionella biologer kanske inte läser denna del - begrepp ges i en förenklad version för den intresserade delen av läsarna. Även om den moderna specialiseringen i biologi idag har vuxit så mycket att en professionell miljövänlighet inte alltid kommer att bryta igenom för att förstå essensen av evolutionära mekanismer, och detaljerna i utvecklingen av ett grodembryo inte förstås entydigt av botaniker. Så dessa är villkoren:
- DNA (deoxyribonukleinsyra) och RNA (ribonukleinsyra) är långa och stora molekyler som består av monomerer - nukleotider.
- DNA och RNA kallas nukleinsyror.
- DNA och RNA bildas av endast fyra nukleotider (tre identiska, en olika i DNA och RNA) - nukleotider är universella för alla levande saker på planeten. Dessa är komplexa organiska föreningar från en kvävehaltig bas, en kolhydratrest och fosforsyra. De kallas adein, guanin, tymin och cytosin (uracil).
- Nukleotider bildar tripletter - de kodar en aminosyra av tjugo.
- Tripletter bildar kedjor i sammansättningen av nukleinsyror, vilket motsvarar en kedja av aminosyror eller ett specifikt protein. Proteiner är grunden för livet på planeten, de är specifika och unika.
- En gen är en bit nukleinsyra som ansvarar för ett protein.
- Genom - helheten av allt genetiskt material i kroppen.
Lite historia
Den schweiziska biologen F. Miescher såg 1869 kedjor i kärnorna i pusceller (leukocyter), som han kallade nukleinsyror.
Tyska A. Kassel som biokemist beräknade deras sammansättning: socker, fosforsyra och fem olika kvävebaser. Han bevisade 1891 att det finns två nukleinsyror - DNA och RNA. Under perioden från dessa upptäckter till 1953 genomfördes studier på den kemiska sammansättningen och strukturella organisationen av nukleinsyror. Kända efternamn till denna period är F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Experimenten som påbörjades av F. Griffith (1928) och fortsatte av O. Avery, C. MacLeod och M. McCarthy (1944), gav bevis på DNA: s roll i överföringen av genetisk information, mer om det senare. 1953 föreslog amerikanerna J. Watson och F. Crick en modell av DNA-strukturen i form av en dubbelvridad spiral, som till och med var känd för en student. Det är det, molekylärbiologi föddes!
Från protein till DNA
Vid den tidpunkten verkade nukleinsyror som konstigt material i en cellkärna. För vad dessa formationer behövs visste de inte, och ännu mindre letade inte efter bevis för nukleinsyrornas genetiska roll. Proteiner bestående av aminosyror och som har en mer komplex kemisk struktur har redan upptäckts. Det var proteiner som ansågs vara bärare av ärftlig information.
Materialet som innehåller ärftlig information var det första som tvivlade på den engelska bakteriologen F. Griffith 1928. Och även om han inte kunde ge övertygande bevis på DNA: s genetiska roll, förtjänar hans experiment uppmärksamhet.
Griffith pneumokockstammar
Frederick Griffith, en bakteriolog från England, infekterade möss med Pneutnococcus pneumoniae-virus, vilket orsakade lunginflammation hos dem, och djuren dog. Pneumokocker finns i två former - smittsam (virulent) och icke-smittsam (avirulent). Dessa former är lätta att skilja. Virulent pneumokock har en mukopolysackaridkapsel som skyddar cellen. Avirulenta kapslar har inte och kan inte försvara sig mot immunceller från mus, därför utvecklar inte möss lunginflammation. Tidens postulat: uppvärmd virulent pneumokock blir avirulent. En biolog infekterar möss med en blandning av en uppvärmd virulent stam och levande avirulent (kapselfritt). Mössen dör. I deras kroppar upptäcker forskaren levande pneumokocker med ett kapselskal. Griffiths slutsats: från döda virulenta pneumokocker till levande, men kapselfria former, överförs något (ett "transformeringsmedel") som "förvandlar" avirulenta former till virulenta former med ett fast attribut som ärftligt (pneumokocker multiplicerar snabbt: de som han hittade i lik möss - den första hundra generationen). Och eftersom virus inte har något i strukturen förutom nukleinsyror (DNA och RNA), är det faktiskt F. Griffith som äger de första bevisen på den genetiska rollen för DNA och RNA, även om han kallade dem ”transformeringsmedlet”. Minns att detta hände 1928.
Experimentella bevis för DNA: s roll i informationsöverföring
Nästan samma sak som Griffith gjorde, bara utan fattiga möss, gjordes 1944 av O. T. Avery, K. M. MacLeod och M. McCarthy. Vid Rockefeller Institute for Medical Research i New York erhöll de in vitro (in vitro) ett rent Griffith-omvandlingsmedel från dödade virulenta former och blandade det, igen in vitro, med avirulenta former. Mottagna inkapslade patogener. Och sedan studerade vi sammansättningen av samma agent. Till att börja med bevisade de att det inte var protein, och att det i sig redan var en innovation. Då kom de till slutsatsen att detta medel är nukleinsyra. Dessa amerikanska experiment är direkt bevis på DNA: s genetiska roll vid överföring av ärftlig information. Men inte de enda som vetenskapen betraktar klassiker.
Den andra av de klassiska bevisen för DNA: s genetiska roll
Den första vi redan har beskrivit - det här är experimenten från Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Klassiker av biologi - ytterligare två experiment som direkt bevis på DNA: s genetiska roll. Beskrivningen reduceras till punkten.
Den amerikanska genetikern Alfred Hershey fick Nobelpriset (1969) för dessa experiment. En intressant serie experiment av Hershey och Martha Chase, genomförd 1952 vid University of Washington i St. Louis med bakterier och bakteriofager märkta med radioaktivt fosfor och svavel. Deras fynd att det är bakteriofag-DNA som penetrerar bakterier och ger upphov till nya bakteriofager är ett klassiskt bevis på DNA: s genetiska roll.
Tredje erfarenhet
Den tysk-amerikanska biokemisten Heinz Ludwig Frenkel-Konrat fick Laskerpriset (1958) för sin forskning. Vid University of California 1957 genomförde han experiment med tobaksmosaikviruset. Deras system liknar de Griffith. Hans prestation är att han bevisade RNA: s deltagande i överföringen av ärftlig information.
Intressant modernt bevis
Modern molekylärbiologi och genetik ger oss ständigt nya bevis på DNA: s genetiska roll. Nedan ges några mycket intressanta, oväntade och imponerande fakta från studier av modern vetenskap, som på ett eller annat sätt bevisar DNA: s roll i bildandet av en organisme.
Under 2007 kunde forskare isolera en del av DNA från amfibier, som är ansvarig för bildandet av ögat. Idag finns det redan salamandrar med ögon på fötterna och svansen.
I getet genom, implanterade forskare den spindelgen som är ansvarig för webbproteinet, som ett resultat av detta protein dök upp i mjölken från getterna. Efter speciell bearbetning och extraktion av protein från mjölk bildas spindelsilke.
Holländarna uppfödde kor med den mänskliga genen ansvarig för ett specifikt mjölkprotein hos kvinnor - laktoferrin. Detta protein spelar en viktig roll i spädbarns primära immunitet. Testning av komjölk fortsätter, men utsikterna för dess användning inom medicin är imponerande.
Tillägg av grisembryogenen med den fluorescerande manetproteingenen har kinesiska forskare odlat två grönbelysade smågrisar.
2008 sprider världen nyheten om ett barns födelse med ett konstgjordt modifierat genom. Detta hände i London, där en kvinna gick med på ett experiment på grund av de upptäckta genetiska avvikelserna i emboomets genom.
Mänskliga chimärer finns. I ett DNA-test 2002 för faderskap visade ett test att amerikanska Lydia Fairchild inte är mamman till hennes ofödda barn. Studier upprepades, men analysen visade samma resultat. Det visade sig att Lydias kropp utvecklades från två ägg, befruktade av olika spermier och slogs samman i de tidiga stadierna av ontogenes. Därför består hennes kropp av vävnader och celler med en annan uppsättning kromosomer.
Alla vet om DNA-testning för faderskap eller i rättslig praxis. Men DNA-test används också för att verifiera produkter för äkthet. Du kan till exempel ange en samlingsplats för kaviar eller druvor för fint vin.
Det finns fyra familjer i världen vars medlemmar inte har fingeravtryck. Adermatoglyphy orsakas av en sällsynt mutation av en enda gen.
Växlingen av sömn och vakenhet hos människor styr hDEC2-genen, dess mutation reducerar behovet av sömn till 4 timmar.
Cryogenetics har lyckats klona en mus som har frysts i 16 år. Forskare har inte lärt sig att återuppliva "polarutforskarna", men du kan klona dem.
Och lite om den mest unika molekylen
- 10 miljarder kilometer, från jorden till Pluto och vice versa - detta är längden på mänskligt DNA, om det sönderdelas.
- Det är möjligt att skriva ut hela det mänskliga genomet med en hastighet av 8 tecken per sekund, som arbetar 8 timmar om dagen, i 50 år.
- All information i världen som lagras i digitalt format kan passa in i två gram DNA.
- På den "odödliga" hårddisken lagrad på rymdstationen, i händelse av en katastrof, placeras DNA från kända personer, inklusive Stephen Hawking och Lance Armstrong,.
- I varje cell i vår kropp genomgår varje DNA-molekyl olika skador ungefär en miljon gånger om dagen. Vi lever dock fortfarande - åh, ett mirakel!
För att sammanfatta
Trots framgångarna med molekylärbiologi och vår kunskap om DNA vet människan ännu inte svaren på många frågor. Vem vet vilka upptäckter som väntar oss i framtiden, kommer mänskligheten att bli av med ärftliga sjukdomar och kommer åldrandet besegras ...