Naar de geheimen van de levenden (perspectieven van genetica)

De successen van de moderne biologie worden voornamelijk geassocieerd met die tak ervan, die moleculaire biologie wordt genoemd. Bijzonder opvallende resultaten werden bereikt bij de studie van erfelijkheid - de eigenschappen van organismen, die lange tijd mysterieus bleven. Wetenschappers zijn erin geslaagd de aard van het gen te achterhalen. Eeuwenlang leek het iets mystieks te zijn, bijna onbestaande. En het bleek een heel reële chemische structuur te zijn - een bepaald stuk deoxyribonucleïnezuur (DNA), dat de drager is van genetische informatie.

De genetische code is ontcijferd - een manier om erfelijke genetische informatie vast te leggen die de natuur heeft gekozen. We weten dat een persoon verschillende manieren gebruikt om informatie vast te leggen. Mechanisch - in boeken, individuele letters, woorden, zinnen, ze worden op machines gedrukt, we krijgen ze in de vorm van afdrukken. De magnetische methode voor het registreren van informatie wordt gebruikt in de elektrotechniek. Er is een optische - in verschillende video-apparaten. Maar de natuur heeft voor een heel andere manier gekozen: de genetische code. Het is nu bekend dat het deoxyribonucleïnezuur (DNA) -molecuul is samengesteld uit afzonderlijke, relatief eenvoudige chemische structuren. Er zijn slechts vier varianten. Stel je een alfabet van vier letters voor dat kan worden gebruikt om alle verschillende woorden en concepten te schrijven. Dus het is hier: de afwisseling van vier elementaire structuren in een molecuul deoxyribonucleïnezuur is een record van erfelijke, genetische informatie.

Wetenschappers hebben het magnetisme van genetische processen onderzocht. Nu weten we dat alle herschikkingen die in het DNA voorkomen (en het zijn deze herschikkingen die leiden tot een verandering in de erfelijke eigenschappen van organismen) worden uitgevoerd met behulp van biologische katalysatoren - enzymen. Onder een microscoop lijken de eenvoudigste herschikkingen puur mechanisch te zijn: ze namen bijvoorbeeld een stokje, dat eruitziet als een draadachtig DNA-molecuul, en braken het, en op de een of andere manier repareerden ze het weer. In feite is alles ingewikkelder ... Er zijn speciale enzymen die deze breuk in het DNA-molecuul maken, en andere enzymen die de draad naaien. Dit is het geval bij andere genetische herschikkingen. Er is een groot aantal enzymen ontdekt die betrokken zijn bij de synthese van nucleïnezuren, bij verschillende herschikkingen van hun moleculen.

Er is nu veel bekend over de mechanismen van chemische reacties die plaatsvinden in de cel en in het hele organisme. De processen van vorming en gebruik van energie zijn bestudeerd. Bio-energie van cellen is erg complex. In de techniek hebben we te maken met de omzetting van thermische energie. Warmte-energie kan niet worden gebruikt in de kooi. Hoofdzakelijk gebruikt is chemische energie, die wordt omgezet in mechanische energie, bijvoorbeeld tijdens spiercontractie, besteed aan de beweging van voedingsstoffen en dergelijke.

Er zijn grote vorderingen gemaakt bij de studie van eiwitten, nucleïnezuren en verschillende intracellulaire structuren. Kennis wordt met een variabele snelheid opgebouwd. Dit zijn allemaal ontdekkingen van de afgelopen 50 jaar, en als we het over de belangrijkste hebben - dan 25 jaar. Ze creëerden moderne biologie, hielpen ons dicht bij de kennis van de diepste geheimen van de levenden te komen.

Het streven naar kennis van de omringende wereld is een eeuwig en wonderbaarlijk vermogen van een persoon. Wetenschap verkrijgt kennis - dit is het doel. Maar mensen hebben het recht om praktische voordelen te verwachten van fundamenteel onderzoek, van kennis van de natuurwetten. Waarschijnlijk kunnen we spreken over twee vormen van praktisch gebruik van kennis: zichtbaar en onzichtbaar.

Wat is ons duidelijk? De ontwikkeling van genetica maakte het mogelijk om nieuwe rassen van huisdieren te creëren, om nieuwe variëteiten van planten te ontwikkelen. De groene revolutie die heeft plaatsgevonden is een direct resultaat van genetisch onderzoek.Kennis van de structuur van natuurlijke biologisch actieve verbindingen hielp de chemie om veel medicijnen te synthetiseren, zonder welke de moderne geneeskunde niet kan worden gedacht.

Tegenwoordig is er in ons land en in andere landen van de wereld een uitgebreide industrie die microbiologische methoden gebruikt voor de synthese van organische verbindingen. Op deze manier wordt bijvoorbeeld een microbieel eiwit verkregen. Gist wordt gekweekt op petroleumkoolwaterstoffen, alcohol zal waarschijnlijk in de nabije toekomst worden verbouwd op sommige gassen zoals methaan of waterstof. En uit gist wordt een compleet eiwit verkregen, dat wordt gebruikt als voer voor landbouwhuisdieren.

Dit alles is voor iedereen zichtbaar. Maar wat wordt bedoeld met "onzichtbaar"? Dit zijn de ideeën die de fundamentele wetenschap oproept. Binnen het laboratorium, waar deze ideeën ontstaan, mogen ze niet direct in de praktijk worden vertaald. Maar door het systeem van hoger onderwijs en op andere manieren worden ideeën het eigendom van velen, en vooral specialisten die in de landbouw, de geneeskunde en de industrie werken. En daar draagt ​​het gouden fonds van kennis vrucht. Dit proces is soms zelfs moeilijk te traceren, laat staan ​​te kwantificeren, het lijkt op een stroom die ondergronds gaat, daar andere wateren absorbeert en dan, ergens in de verte, naar buiten komt in de vorm van een stroom die veel krachtiger is dan dat straaltje dat hem gaf leven.

Het idee om infectieziekten door vaccinaties te voorkomen, verscheen aanvankelijk als een eenvoudige laboratoriumtechniek om de fysiologie van micro-organismen te bestuderen. Het kostte veel tijd en inspanningen van veel beoefenaars om een ​​verscheidenheid aan vaccins te creëren, een heel systeem van overheidsmaatregelen om infectieziekten te voorkomen - vaccinaties, zeg maar tegen pokken, tegen tuberculose, tegen polio. En niemand herinnert zich meer dat het allemaal begon met een laboratorium, met een reageerbuis. Een ander voorbeeld. De enorme industrie van antibiotica en het gebruik ervan voor de behandeling van vele ziekten is ontstaan ​​uit de bescheiden observatie van de Engelse microbioloog Fleming, die per ongeluk opmerkte dat de vloeistof waarin hij schimmels kweekte, de groei van microben verhinderde.

Laat me uw aandacht vestigen op verschillende taken die het moderne leven voor onze wetenschap heeft gesteld. Allereerst hebben we het over het gebruik van biologische methoden om het milieu te beschermen. Neem pesticiden. Velen van hen zijn schadelijk voor de levende wereld. Maar in principe kun je andere bestrijdingsmiddelen maken. Ze zouden ongedierte vernietigen, maar zouden geen schadelijk effect hebben op vogels en nuttige insecten, simpelweg omdat deze chemische verbindingen een zeer korte levensduur zouden hebben en zouden werken op een beperkt aantal organismen. Of iets anders. De olieproductie neemt niet alleen op het land aanzienlijk toe, maar ook in zee. In dit opzicht is het gevaar van vervuiling door olie en zijn producten van de Wereldoceaan groot. Voor het reinigen kunt u zeer effectief micro-organismen gebruiken die zich voeden met olie en deze tegelijkertijd vernietigen.

Biologen moeten de mate van gevaar voor het milieu en de mens bepalen van bepaalde industriële productie, waarvan het afval in de atmosfeer, het water en de bodem terechtkomt. Aandacht schenken aan schadelijke effecten, hun grootte bepalen - betekent de eerste stap zetten naar hun eliminatie. De nadelige gevolgen van beheer voor de natuur worden inderdaad vaak voornamelijk in verband gebracht met onze onwetendheid. Dit was trouwens het geval met pesticiden - toen hadden de mensen zich eenvoudigweg niet voorgesteld de omvang van die negatieve verschijnselen waartoe hun wijdverbreide gebruik zou kunnen leiden.

De mensheid heeft het recht om van de biologie de oplossing te verwachten van belangrijke problemen als de strijd tegen kanker en erfelijke ziekten. Tot nu toe zijn er hier slechts bepaalde mogelijkheden, berekeningen en hoop. Maar afgaande op de snelheid waarmee de wetenschap zich tegenwoordig ontwikkelt, is de tijd niet ver weg dat er enkele effectieve methoden kunnen worden voorgesteld om deze ziekten te bestrijden.

Nog een vraag.Alle chemische processen in het lichaam zijn enzymatisch. Ze gaan met behulp van zogenaamde biologische katalysatoren - enzymeiwitten. In de chemische industrie worden ook katalysatoren gebruikt - versnellers van reacties, maar het zijn niet organische, althans geen eiwitstoffen. Het is niet nodig om specifiek te zeggen dat biochemische processen plaatsvinden onder mildere omstandigheden, ze zijn veel effectiever. Waarschijnlijk zal een persoon in de nabije toekomst op grotere schaal die chemische reacties die in het lichaam voorkomen en voor industriële doeleinden gaan gebruiken. De toekomst van technologie wordt ongetwijfeld geassocieerd met biologie.

We zijn nu bezig met de problemen van genetische manipulatie. Dit is een nieuwe richting in de moleculaire biologie, het bestaat minder dan vijf jaar - een zeer korte tijd voor de wetenschap. Maar deze richting is buitengewoon interessant en veelbelovend. Het doel van genetische manipulatie is om in het laboratorium kunstmatig nieuwe genetische structuren te creëren. Na het ontcijferen van de genetische code, het bestuderen van de mechanismen van verschillende genetische transformaties, het leren isoleren van enzymen die genetische herschikkingen van DNA uitvoeren, konden wetenschappers zichzelf zo'n taak stellen.

Hoe bescheiden deze experimenten ook mogen lijken, het feit blijft onweerlegbaar: voor het eerst was de mens in staat om in een reageerbuis te combineren tot één geheel genetische structuren die afzonderlijk in de natuur bestaan. Hun fusie was niet het resultaat van een willekeurige botsing van moleculen, maar was het resultaat van een bewuste keuze en een doordacht plan. Nieuwe dingen op het gebied van wetenschap en technologie verschijnen immers vaak in een zeer bescheiden vorm en worden niet altijd eens correct beoordeeld vanaf het begin. De wetten van de genetica, bijvoorbeeld opgesteld door G. Mendel, werden niet opgemerkt door tijdgenoten, en ze moesten 40 jaar later herontdekt worden.

Welke vooruitzichten biedt genetische manipulatie, wat belooft het ons?

Veel dingen. Allereerst in de geneeskunde, in de strijd tegen erfelijke ziekten. Meestal worden ze geassocieerd met defecten in een van de duizenden genen die in het menselijk lichaam worden aangetroffen. Met genetische manipulatie kan in principe elk gen in het laboratorium worden gemaakt. En nadat we een gen hebben ontvangen, kunnen we het product van het werk van dit gen krijgen en het gebruiken om een ​​erfelijk defect te compenseren met behulp van gentherapie - zogezegd een genetische prothese creëren.

Genetische manipulatietechnieken kunnen ook worden gebruikt om hormonen te produceren. Op deze manier wordt hoogstwaarschijnlijk binnenkort insuline aangemaakt. In plaats van het in het slachthuis te krijgen van varkens of runderen, wordt het verkregen in bacteriekweek. Door vreemde genen aan micro-organismen op te leggen, kunnen we ze dwingen het benodigde hormoon in bijna onbeperkte hoeveelheden te produceren.

Dit zijn natuurlijk niet de enige toepassingen van genetische manipulatie. Gentherapie lijkt buiten het rijk van de fantasie te vallen. Er is nog bijna geen gen voor de behandeling van ziekten. Maar de ervaring van de afgelopen decennia heeft geleerd hoe snel onderzoek zich ontwikkelt als het op de juiste theorie is gebaseerd en met betrouwbare methoden wordt uitgevoerd. Daarom zal ik zeggen: deze fantasie is niet ongegrond. Dit is niet eens een fantasie, maar echte metingen, taken waar we voor staan ​​en die in een vrij nabije toekomst zullen worden opgelost.

Kunnen de negatieve gevolgen van vooruitgang worden voorkomen? Ze kunnen worden voorkomen. Waar zijn ze eigenlijk mee verbonden? In de regel met de onvolledigheid van onze kennis, met het feit dat we de mogelijke resultaten niet altijd volledig kunnen beoordelen en voorzien. Als niet alle gevolgen van tevoren kunnen worden voorzien, is het noodzakelijk om ze op maximale schaal te beoordelen en vooraf alle voorzorgsmaatregelen te nemen.

Er wordt gewerkt aan het elimineren van een aantal schadelijke effecten. Bij industriële ondernemingen is de bouw van verwerkingsinstallaties op grote schaal toegepast, is de controle over afvalwater en emissies naar de atmosfeer strenger geworden en ontstaan ​​er gesloten productiecycli.Chemici werken aan "onschadelijke" pesticiden, er worden synthetische materialen gemaakt die "ademen" en nog veel meer.

Hier zit een soort dialectiek in: de successen van de wetenschappen helpen de schadelijke gevolgen van wetenschappelijke en technologische vooruitgang weg te nemen. Nu werken wetenschappers aan het probleem van biologische stikstoffixatie. Wat is het punt? Het gebruik van stikstofhoudende meststoffen is ongetwijfeld een vooruitgang. Ze komen ten goede aan de velden en verhogen de opbrengst. Maar minerale stikstof heeft ook zijn negatieve gevolgen: stikstofverbindingen worden weggespoeld in waterlichamen, waardoor daar ongewenste flora ontstaat, wat de samenstelling van het water verslechtert. Kun je zonder meststoffen? Natuurlijk helemaal niet bij intensieve landbouw, maar het is mogelijk om het gebruik ervan te verminderen. Het is bekend dat peulvruchten (bijvoorbeeld sojabonen) stikstof uit de lucht opnemen. Er zitten kleine balletjes op hun wortels - bacteriekolonies die in symbiose met planten leven. Ze hebben het vermogen om atmosferische stikstof te binden en om te zetten in een vorm die soja gemakkelijk kan opnemen.

Als er micro-organismen worden gevonden die op de wortels van granen kunnen leven en stikstof uit de lucht kunnen binden, is het mogelijk om minder kunstmest op de bodem aan te brengen. Wat een geweldige besparing belooft dit, hoe het zal bijdragen aan het behoud van de natuur! In welke richting gaan de zoekopdrachten? En op traditionele - door selectie. En door genetische manipulatie. Stel je voor: we dragen de genen voor het assimileren van stikstof uit de lucht van knobbelbacteriën over naar andere bacteriën die in symbiose kunnen leven met tarwe of zelfs in de bladeren van granen ...

Veel kan niet worden opgelost door kleine verbeteringen aan bestaande methoden, of het nu technische of landbouwmethoden zijn, maar door radicale veranderingen, dankzij fundamenteel nieuwe ontdekkingen. Dit is de toekomst. De mensheid heeft nog niet uitgeput om de negatieve gevolgen van de ontwikkeling van de samenleving te voorkomen.

A. Baev

Vergelijkbare publicaties

Hoe eiwitstructuren worden gebouwd

Wat is een kooi?

Interferon wint