La secretele celor vii (perspective ale geneticii)

Succesele biologiei moderne sunt asociate în principal cu acea ramură a acesteia, care se numește biologie moleculară. Rezultate deosebit de izbitoare au fost obținute în studiul eredității - proprietățile organismelor, care pentru mult timp au rămas misterioase. Oamenii de știință au reușit să descopere natura genei. Timp de secole, părea să fie ceva mistic, aproape inexistent. Și s-a dovedit a fi o structură chimică foarte reală - o anumită bucată de acid dezoxiribonucleic (ADN), care este purtătorul informațiilor genetice.

Codul genetic a fost descifrat - un mod de înregistrare a informațiilor genetice ereditare pe care natura le-a ales. Știm că o persoană folosește diferite moduri de înregistrare a informațiilor. Mecanice - în cărți, litere individuale, cuvinte, fraze, acestea sunt tipărite pe mașini, le obținem sub formă de tipărituri. Metoda magnetică de înregistrare a informațiilor este utilizată în ingineria electrică. Există una optică - în diferite dispozitive video. Dar natura a ales un mod complet diferit - codul genetic. Se știe acum că molecula de acid dezoxiribonucleic (ADN) este compusă din structuri chimice separate, relativ simple. Există doar patru soiuri. Imaginați-vă un alfabet de patru litere care poate fi folosit pentru a scrie toată varietatea de cuvinte și concepte. Așa este aici: alternarea a patru structuri elementare într-o moleculă de acid dezoxiribonucleic este o înregistrare a informațiilor genetice ereditare.

Oamenii de știință au studiat magnetismul proceselor genetice. Acum știm că toate rearanjările care apar în ADN (și aceste rearanjări conduc la o schimbare a proprietăților ereditare ale organismelor) se efectuează cu ajutorul catalizatorilor biologici - enzime. La microscop, cele mai simple rearanjări par a fi pur mecanice: au luat, de exemplu, un băț, care seamănă cu o moleculă de ADN asemănător firului, și l-au rupt, apoi l-au fixat cumva din nou. De fapt, totul este mai complicat ... Există enzime speciale care fac această rupere în molecula ADN și alte enzime care coase firul. Acest lucru se întâmplă și cu alte rearanjări genetice. Au fost descoperite un număr imens de enzime care sunt implicate în sinteza acizilor nucleici, în diferite rearanjări ale moleculelor lor.

Acum se știu multe despre mecanismele reacțiilor chimice care apar în celulă și în întregul organism. Au fost studiate procesele de formare și utilizare a energiei. Bioenergia celulară este foarte complexă. În tehnologie, avem de-a face cu conversia energiei termice. Energia termică nu poate fi utilizată în celulă. Utilizată în principal este energia chimică, care este transformată în energie mecanică, de exemplu, în timpul contracției musculare, cheltuită pentru mișcarea nutrienților și altele asemenea.

S-au făcut mari progrese în studiul proteinelor, acizilor nucleici și a diverselor structuri intracelulare. Cunoștințele se acumulează la o rată variabilă. Toate acestea sunt descoperiri ale ultimilor 50 și, dacă vorbim despre cele mai importante - atunci 25 de ani. Au creat biologia modernă, ne-au ajutat să ne apropiem de cunoașterea celor mai interioare secrete ale celor vii.

Strădania pentru cunoașterea lumii înconjurătoare este o capacitate eternă și minunată a unei persoane. Știința obține cunoștințe - acesta este scopul ei. Dar oamenii au dreptul să se aștepte la beneficii practice din cercetarea fundamentală, din cunoașterea legilor naturii. Probabil, putem vorbi despre două forme de utilizare practică a cunoștințelor - vizibile și invizibile.

Ce este evident pentru noi? Dezvoltarea geneticii a făcut posibilă crearea de noi rase de animale domestice, dezvoltarea de noi soiuri de plante. Revoluția verde care a avut loc este un rezultat direct al cercetării genetice.Cunoașterea structurii compușilor naturali biologic activi a ajutat chimia să sintetizeze multe medicamente, fără de care este imposibil să ne imaginăm medicina modernă.

Astăzi, în țara noastră și în alte țări ale lumii, există o industrie extinsă care folosește metode microbiologice pentru sinteza compușilor organici. În acest fel, de exemplu, se obține o proteină microbiană. Drojdia este cultivată pe hidrocarburi petroliere, iar alcoolul ar putea fi cultivat pe anumite gaze, cum ar fi metanul sau hidrogenul, în viitorul apropiat. Și din drojdie, se obține o proteină completă, care este utilizată ca hrană pentru animalele de fermă.

Toate acestea sunt vizibile pentru toată lumea. Dar ce se înțelege prin „invizibil”? Acestea sunt ideile la care dă naștere știința fundamentală. În cadrul laboratorului în care apar aceste idei, este posibil să nu fie transpuse direct în practică. Dar prin sistemul de învățământ superior și în alte moduri, ideile devin proprietatea multor și, în special, a specialiștilor care lucrează în agricultură, medicină și industrie. Și acolo fondul de aur al cunoașterii dă roade. Acest proces este uneori dificil chiar și de urmărit, să nu mai vorbim de cuantificare, seamănă cu un pârâu care intră sub pământ, absoarbe alte ape acolo și apoi, undeva în depărtare, iese sub forma unui pârâu mult mai puternic decât acel firicel. el viata.

Ideea prevenirii bolilor infecțioase prin vaccinări a apărut la început ca o simplă tehnică de laborator pentru studierea fiziologiei microorganismelor. A fost nevoie de timp și eforturi pentru mulți practicieni pentru a crea o varietate de vaccinuri, un întreg sistem de măsuri guvernamentale pentru prevenirea bolilor infecțioase - vaccinări, să zicem, împotriva variolei, împotriva tuberculoză, împotriva poliomielitei. Și nimeni nu-și mai amintește că totul a început cu un laborator, cu o eprubetă. Alt exemplu. Industria uriașă a antibioticelor și utilizarea lor pentru tratamentul multor boli au provenit din umila observație a microbiologului englez Fleming, care a observat din greșeală că lichidul în care a crescut mucegaiuri a împiedicat dezvoltarea microbilor.

Permiteți-mi să vă atrag atenția asupra mai multor sarcini pe care viața modernă le-a stabilit științei noastre. În primul rând, vorbim despre utilizarea metodelor biologice pentru conservarea mediului. Luați pesticide. Multe dintre ele sunt dăunătoare lumii vii. Dar, în principiu, puteți crea și alte pesticide. Ar distruge dăunătorii, dar nu ar avea un efect dăunător asupra păsărilor și insectelor benefice, pur și simplu pentru că acești compuși chimici ar avea o durată de viață foarte scurtă și ar acționa asupra unui număr limitat de organisme. Sau altceva. Producția de petrol se extinde semnificativ nu numai pe uscat, ci și în larg. În acest sens, pericolul poluării cu petrol și produsele sale din Oceanul Mondial este mare. Pentru curățare, puteți utiliza foarte eficient microorganisme care se hrănesc cu ulei și, în același timp, îl distrug.

Biologii trebuie să stabilească gradul de pericol pentru mediu și oameni din anumite industrii industriale, ale căror deșeuri pătrund în atmosferă, apă și sol. A acorda atenție efectelor nocive, a determina mărimea acestora - înseamnă a face primul pas spre eliminarea lor. Într-adevăr, foarte des consecințele negative ale managementului asupra naturii sunt asociate în primul rând cu ignoranța noastră. Apropo, acesta a fost cazul pesticidelor - atunci oamenii pur și simplu nu și-au imaginat amploarea acelor fenomene negative la care ar putea duce utilizarea lor pe scară largă.

Omenirea are dreptul să aștepte de la biologie soluția unor probleme atât de importante precum lupta împotriva cancerului și a bolilor ereditare. Până acum există doar anumite posibilități, calcule și speranțe aici. Dar, judecând după cât de repede se dezvoltă știința astăzi, nu este departe momentul în care pot fi propuse unele metode eficiente pentru combaterea acestor boli.

Inca o intrebare.Toate procesele chimice din organism sunt enzimatice. Acestea merg cu ajutorul așa-numiților catalizatori biologici - proteine ​​enzimatice. În industria chimică se folosesc și catalizatori - acceleratori de reacție, dar nu sunt organici, cel puțin nu substanțe proteice. Nu este necesar să spunem în mod specific că procesele biochimice au loc în condiții mai blânde, ele sunt mult mai eficiente. Probabil, în viitorul apropiat, o persoană va începe să folosească mai larg acele reacții chimice care apar în organism și în scopuri industriale. Viitorul tehnologiei este, fără îndoială, asociat cu biologia.

Acum suntem ocupați cu problemele ingineriei genetice. Aceasta este o nouă direcție în biologia moleculară, a existat de mai puțin de cinci ani - un timp foarte scurt pentru știință. Dar această direcție este extrem de interesantă și promițătoare. Scopul ingineriei genetice este de a crea artificial, în laborator, noi structuri genetice. După ce au descifrat codul genetic, după ce au studiat mecanismele diferitelor transformări genetice, după ce au învățat să izoleze enzimele care efectuează rearanjări genetice ale ADN-ului, oamenii de știință au putut să își stabilească o astfel de sarcină.

Oricât de modeste ar părea aceste experimente, faptul rămâne irefutabil: pentru prima dată, omul a reușit să se combine într-o eprubetă într-o singură structură genetică întreagă, care există separat în natură. Fuziunea lor nu a fost rezultatul unei coliziuni aleatorii de molecule, ci a fost rezultatul unei alegeri conștiente și a unui plan atent. La urma urmei, lucrurile noi din știință și tehnologie apar adesea într-o formă foarte modestă și nu sunt întotdeauna nici măcar corect evaluate încă de la început. Legile geneticii, de exemplu, stabilite de G. Mendel, nu au fost observate de contemporani și au trebuit redescoperite 40 de ani mai târziu.

Ce perspective ne deschide ingineria genetică, ce ne promite?

O gramada de lucruri. În primul rând, în medicină, în lupta împotriva bolilor ereditare. De obicei, acestea sunt asociate cu defecte ale uneia dintre miile de gene care se găsesc în corpul uman. Ingineria genetică permite practic orice genă în laborator. Și după ce am primit o genă, putem obține produsul muncii acestei gene și îl putem folosi pentru a compensa un defect ereditar cu ajutorul terapiei genetice - creând, ca să spunem așa, o proteză genetică.

Tehnicile de inginerie genetică pot fi, de asemenea, utilizate pentru a produce hormoni. Cel mai probabil, insulina va fi produsă în curând în acest fel. În loc să-l primească în abator de la porci sau vite, va fi obținut în cultură bacteriană. Impunând gene străine asupra microorganismelor, îi putem forța să producă hormonul necesar în cantități aproape nelimitate.

Bineînțeles, acestea nu sunt singurele aplicații ale ingineriei genetice. Terapia genică pare a fi în afara fanteziei. Aproape nici o genă nu a fost încă obținută pentru tratamentul bolilor. Dar experiența din ultimele decenii a arătat cât de repede se dezvoltă cercetarea dacă se bazează pe teoria corectă și se desfășoară folosind metode fiabile. Prin urmare, voi spune: această fantezie nu este neîntemeiată. Aceasta nu este nici măcar o fantezie, ci măsurători reale, sarcinile cu care ne confruntăm și care vor fi rezolvate în viitorul apropiat.

Pot fi prevenite consecințele negative ale progresului? Ele pot fi prevenite. De fapt, cu ce sunt legate? De regulă, cu incompletitudinea cunoștințelor noastre, cu faptul că nu putem întotdeauna să evaluăm pe deplin și să prevedem rezultatele posibile. Dacă nu toate consecințele pot fi prevăzute în avans, acestea trebuie evaluate la scara maximă și toate măsurile de precauție trebuie luate în avans.

Se lucrează pentru a elimina o serie de efecte nocive. La întreprinderile industriale, construcția de instalații de tratare a fost desfășurată pe scară largă, controlul efluenților și emisiilor în atmosferă a devenit mai strict și se creează cicluri de producție închise.Chimiștii lucrează la pesticide „inofensive”, se creează materiale sintetice care vor „respira” și multe altele.

Există un fel de dialectică în acest sens: succesele științelor vor ajuta la eliminarea consecințelor nocive ale progresului științific și tehnologic. Acum oamenii de știință lucrează la problema fixării biologice a azotului. Care e ideea? Utilizarea îngrășămintelor azotate este un progres fără îndoială. Beneficiază câmpurile și sporesc randamentele. Dar azotul mineral are și consecințele sale negative - compușii azotati sunt spălați în corpuri de apă, provocând dezvoltarea florei nedorite acolo, ceea ce agravează compoziția apei. Te poți descurca fără îngrășăminte? Desigur, deloc cu agricultura intensivă, dar le puteți reduce utilizarea. Se știe că leguminoasele (soia, de exemplu) asimilează azotul din aer. Pe rădăcinile lor există bile mici - colonii de bacterii care trăiesc în simbioză cu plantele. Au capacitatea de a lega azotul atmosferic și de a-l transforma într-o formă pe care soia o poate absorbi cu ușurință.

Dacă se găsesc microorganisme care pot trăi pe rădăcinile cerealelor și pot lega azotul atmosferic, va fi posibil să se aplice mai puțin îngrășământ pe sol. Ce economii extraordinare promite acest lucru, cum va ajuta la conservarea naturii! În ce direcții merg căutările? Și pe cele tradiționale - prin selecție. Și prin inginerie genetică. Imaginați-vă: transferăm genele pentru asimilarea azotului atmosferic de la bacteriile nodulare în alte bacterii care ar putea trăi în simbioză cu grâul sau chiar în frunzele cerealelor ...

Multe lucruri pot fi rezolvate nu prin mici îmbunătățiri ale metodelor existente, fie că sunt metode tehnice sau agricole, ci prin schimbări fundamentale, datorită descoperirilor fundamental noi. Acesta este viitorul. Omenirea nu a epuizat modalități de a preveni consecințele negative asociate cu dezvoltarea societății.

A. Baev

Publicații similare

Cum sunt construite structurile proteice

Ce este o cușcă?

Interferonul câștigă