Į gyvųjų paslaptis (genetikos perspektyvos) |
|
Genetinis kodas buvo iššifruotas - paveldimos genetinės informacijos įrašymo būdas, kurį pasirinko gamta. Mes žinome, kad asmuo naudoja skirtingus informacijos įrašymo būdus. Mechaninis - knygose, atskiromis raidėmis, žodžiais, frazėmis, jie spausdinami ant mašinų, mes juos gauname spaudinių pavidalu. Magnetinis informacijos įrašymo metodas naudojamas elektrotechnikoje. Yra optinis - įvairiuose vaizdo įrenginiuose. Tačiau gamta pasirinko visiškai kitokį kelią - genetinį kodą. Dabar yra žinoma, kad dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) molekulę sudaro atskiros, palyginti paprastos cheminės struktūros. Jų yra tik keturios veislės. Įsivaizduokite keturių raidžių abėcėlę, kuria galima rašyti įvairiausius žodžius ir sąvokas. Taigi čia: keturių elementarių struktūrų kaita deoksiribonukleino rūgšties molekulėje yra paveldimos, genetinės informacijos įrašas. Mokslininkai ištyrė genetinių procesų magnetizmą. Dabar mes žinome, kad visi DNR vykstantys pertvarkymai (ir būtent šie pertvarkymai lemia organizmų paveldimų savybių pasikeitimą) atliekami biologinių katalizatorių - fermentų pagalba. Mikroskopu atrodo, kad paprasčiausi pertvarkymai yra grynai mechaniniai: jie paėmė, pavyzdžiui, lazdą, kuri yra į siūlus panaši DNR molekulė, ir sulaužė ją, o tada kažkaip vėl ją sutvarkė. Tiesą sakant, viskas yra sudėtingiau ... Yra specialių fermentų, kurie daro šią pertrauką DNR molekulėje, ir kitų fermentų, siuvančių siūlą. Tai pasakytina apie kitus genetinius pertvarkymus. Aptikta daugybė fermentų, kurie dalyvauja nukleorūgščių sintezėje, įvairiuose jų molekulių pertvarkymuose. Dabar daug žinoma apie ląstelėje ir visame organizme vykstančių cheminių reakcijų mechanizmus. Ištirti energijos susidarymo ir naudojimo procesai. Ląstelių bioenergija yra labai sudėtinga. Technologijoje mes susiduriame su šilumos energijos konversija. Šilumos energija negali būti naudojama ląstelėje. Daugiausia naudojama cheminė energija, kuri paverčiama mechanine energija, pavyzdžiui, raumenų susitraukimo metu, išleidžiama maistinių medžiagų judėjimui ir panašiai. Didelė pažanga padaryta tiriant baltymus, nukleorūgštis ir įvairias tarpląstelines struktūras. Žinios kaupiamos kintamu greičiu. Visa tai yra pastarųjų 50 metų atradimai, o jei kalbėsime apie svarbiausius - tada 25 metus. Jie sukūrė šiuolaikinę biologiją, padėjo mums priartėti prie giliausių gyvųjų paslapčių.
Kas mums akivaizdu? Genetikos raida leido sukurti naujas naminių gyvūnų veisles, sukurti naujas augalų veisles. Įvykusi žalioji revoliucija yra tiesioginis genetinių tyrimų rezultatas.Natūralių biologiškai aktyvių junginių struktūros išmanymas padėjo chemijai sintetinti daugelį vaistų, be kurių neįsivaizduojama šiuolaikinė medicina. Šiandien mūsų ir kitose pasaulio šalyse yra plati pramonė, kurioje organinių junginių sintezei naudojami mikrobiologiniai metodai. Tokiu būdu, pavyzdžiui, gaunamas mikrobinis baltymas. Mielės auginamos ant naftos angliavandenilių, tikėtina, kad artimiausiu metu alkoholis bus auginamas ant kai kurių dujų, tokių kaip metanas ar vandenilis. Iš mielių gaunamas visavertis baltymas, kuris naudojamas kaip ūkinių gyvūnų pašaras. Visa tai matoma visiems. Bet ką reiškia „nematomas“? Tai yra pagrindinio mokslo idėjos. Laboratorijoje, kurioje kyla šios idėjos, jos negali būti tiesiogiai įgyvendinamos praktiškai. Tačiau per aukštojo mokslo sistemą ir kitais būdais idėjos tampa daugelio, o ypač žemės ūkio, medicinos ir pramonės specialistų, nuosavybe. Ir ten auksinis žinių fondas duoda vaisių. Šį procesą kartais sunku net atsekti, jau nekalbant apie kiekybinį įvertinimą, jis primena upelį, einantį po žeme, sugeriantį ten kitus vandenis, o paskui kažkur toli išplaukiantį srautu, kuris yra daug galingesnis už tą srovę, kuri jam davė gyvenimo. Idėja užkirsti kelią infekcinėms ligoms skiepais iš pradžių pasirodė kaip paprasta laboratorinė technika tiriant mikroorganizmų fiziologiją. Reikėjo laiko ir daugelio praktikų pastangų, kad būtų sukurtos įvairios vakcinos, visa valdžios priemonių sistema užkertant kelią infekcinėms ligoms - vakcinos, tarkim, nuo raupų, prieš tuberkuliozė, prieš poliomielitą. Ir niekas nebeprisimena, kad viskas prasidėjo nuo laboratorijos, nuo mėgintuvėlio. Kitas pavyzdys. Didžiulė antibiotikų pramonė ir jų naudojimas daugeliui ligų atsirado kukliai stebint anglų mikrobiologui Flemingui, kuris netyčia pastebėjo, kad skystis, kuriame jis augino pelėsius, neleido daugintis mikrobams. Leiskite atkreipti jūsų dėmesį į keletą uždavinių, kuriuos šiuolaikinis gyvenimas iškėlė mūsų mokslui. Pirmiausia kalbame apie biologinių metodų naudojimą siekiant išsaugoti aplinką. Imkitės pesticidų. Daugelis jų kenkia gyvajam pasauliui. Bet iš principo galite kurti kitus pesticidus. Jie sunaikintų kenkėjus, tačiau neturėtų žalingo poveikio paukščiams ir naudingiems vabzdžiams vien todėl, kad šie cheminiai junginiai gyvuotų labai trumpai ir veiktų ribotą organizmų spektrą. Ar kažkas kita. Naftos gavyba žymiai plečiasi ne tik sausumoje, bet ir jūroje. Šiuo požiūriu naftos ir jos produktų teršimo pavojus Pasaulio vandenyne yra didelis. Valymui galite labai efektyviai naudoti mikroorganizmus, kurie maitinasi aliejumi ir tuo pačiu jį sunaikina. Biologai turi nustatyti tam tikros pramoninės gamybos, kurios atliekos patenka į atmosferą, vandenį ir dirvožemį, pavojaus aplinkai ir žmonėms laipsnį. Atkreipti dėmesį į žalingą poveikį, nustatyti jų dydį - reiškia žengti pirmąjį žingsnį jų pašalinimo link. Iš tiesų labai dažnai neigiamos valdymo pasekmės gamtai pirmiausia siejamos su mūsų nežinojimu. Taip, beje, buvo pesticidų atveju - tada žmonės tiesiog neįsivaizdavo, kokio masto gali būti tie neigiami reiškiniai, kuriuos gali sukelti jų platus naudojimas. Žmonija turi teisę iš biologijos tikėtis tokių svarbių problemų kaip kova su vėžiu ir paveldimomis ligomis sprendimo. Kol kas čia yra tik tam tikros galimybės, skaičiavimai ir viltys. Tačiau vertinant, kaip greitai mokslas vystosi šiandien, nėra laikas, kai galima pasiūlyti keletą veiksmingų metodų kovai su šiomis ligomis.
Dabar esame užsiėmę genų inžinerijos problemomis. Tai yra nauja molekulinės biologijos kryptis, ji egzistuoja mažiau nei penkerius metus - labai trumpą laiką mokslui. Tačiau ši kryptis yra be galo įdomi ir perspektyvi. Genų inžinerijos tikslas - dirbtinai laboratorijoje sukurti naujas genetines struktūras. Iššifravę genetinį kodą, ištyrę įvairių genetinių virsmų mechanizmus, išmokę išskirti fermentus, kurie vykdo genetinius DNR pertvarkymus, mokslininkai sugebėjo išsikelti sau tokią užduotį. Kad ir kokie kuklūs atrodytų šie eksperimentai, faktas lieka nepaneigiamas: pirmą kartą žmogus mėgintuvėlyje galėjo sujungti į vieną ištisą genetinę struktūrą, egzistuojančią atskirai gamtoje. Jų susijungimas atsirado ne dėl atsitiktinio molekulių susidūrimo, o dėl sąmoningo pasirinkimo ir apgalvoto plano. Juk nauji mokslo ir technikos dalykai dažnai pasirodo labai kuklia forma ir ne visada yra teisingai vertinami nuo pat pradžių. Pavyzdžiui, genetikos dėsnių, nustatytų G. Mendelio, amžininkai nepastebėjo, o po 40 metų juos teko atrasti iš naujo. Kokias perspektyvas atveria genų inžinerija, ką ji mums žada? Daug dalykų. Pirmiausia medicinoje, kovoje su paveldimomis ligomis. Paprastai jie siejami su vieno iš tūkstančių genų, randamų žmogaus organizme, trūkumais. Genų inžinerija iš esmės leidžia bet kurį geną gaminti laboratorijoje. Ir gavę geną, mes galime gauti šio geno darbo produktą ir panaudoti jį paveldimam defektui kompensuoti genų terapijos pagalba - sukurdami, taip sakant, genetinį protezą. Genų inžinerijos metodai taip pat gali būti naudojami hormonų gamybai. Greičiausiai insulinas netrukus bus gaminamas tokiu būdu. Užuot gautas skerdykloje iš kiaulių ar galvijų, jis bus gautas bakterijų kultūroje. Priskirdami mikroorganizmams svetimus genus, galime priversti juos gaminti reikiamą hormoną beveik neribotais kiekiais. Natūralu, kad tai nėra vieninteliai genų inžinerijos pritaikymai. Panašu, kad genų terapija nepatenka į fantazijos sritį. Ligų gydymui dar nėra gauta beveik jokio geno. Tačiau pastarųjų dešimtmečių patirtis parodė, kaip greitai plėtojami tyrimai, jei jie pagrįsti teisinga teorija ir atliekami naudojant patikimus metodus. Todėl pasakysiu: ši fantazija nėra nepagrįsta. Tai net ne fantazija, o tikri matavimai, uždaviniai, su kuriais susiduriame ir kurie bus išspręsti gana artimoje ateityje. Ar galima išvengti neigiamų pažangos padarinių? Jų galima išvengti. Tiesą sakant, su kuo jie susiję? Paprastai, kai mūsų žinios yra neišsamios ir kad ne visada galime iki galo įvertinti ir numatyti galimus rezultatus. Jei ne visas pasekmes galima numatyti iš anksto, jas reikia įvertinti pagal didžiausią skalę ir iš anksto imtis visų atsargumo priemonių.
Tame yra tam tikra dialektika: mokslų sėkmė padės pašalinti žalingas mokslo ir technologinės pažangos pasekmes. Dabar mokslininkai dirba su biologinio azoto fiksavimo problema. Kokia prasmė? Azotinių trąšų naudojimas yra neabejotina pažanga. Jie naudingi laukams ir padidina derlių. Bet mineralinis azotas turi ir neigiamų pasekmių - azoto junginiai išplaunami į vandens telkinius, todėl ten išsivysto nepageidaujama flora, o tai blogina vandens sudėtį. Ar galite apsieiti be trąšų? Žinoma, visai ne intensyviai ūkininkaujant, tačiau įmanoma sumažinti jų naudojimą. Yra žinoma, kad ankštiniai augalai (pavyzdžiui, sojos pupelės) pasisavina azotą iš oro. Ant jų šaknų yra nedideli rutuliukai - bakterijų kolonijos, gyvenančios simbiozėje su augalais. Jie turi galimybę surišti atmosferos azotą ir paversti jį tokia forma, kurią soja galėtų lengvai absorbuoti. Jei bus rasti mikroorganizmai, kurie gali gyventi ant javų šaknų ir surišti atmosferos azotą, dirvožemį bus galima tręšti mažiau. Kokias milžiniškas santaupas tai žada, kaip tai padės išsaugoti gamtą! Kokiomis kryptimis vyksta paieškos? O ant tradicinių - pasirinkus. Ir per genų inžineriją. Įsivaizduokite: mes perkeliame atmosferos azoto pasisavinimo genus iš mazgelių bakterijų į kitas bakterijas, kurios galėtų gyventi simbiozėje su kviečiais ar net javų lapuose ... Daug ką galima išspręsti ne šiek tiek patobulinant esamus metodus, nesvarbu, ar tai būtų techniniai, ar žemės ūkio metodai, bet radikaliais pokyčiais iš esmės naujų atradimų dėka. Tai ateitis. Žmonija neišnaudojo būdų, kaip užkirsti kelią neigiamoms pasekmėms, susijusioms su visuomenės plėtra. A. Baevas |
Šiuolaikinės biologijos sėkmės daugiausia siejamos su ta jos šaka, kuri vadinama molekuline biologija. Ypač ryškių rezultatų pasiekta tiriant paveldimumą - organizmų savybes, kurios ilgą laiką išliko paslaptingos. Mokslininkams pavyko atskleisti geno pobūdį. Šimtmečiais tai atrodė kažkas mistiško, beveik neegzistuojančio. Pasirodė, kad tai labai reali cheminė struktūra - tam tikras deoksiribonukleorūgšties (DNR) gabalas, kuris yra genetinės informacijos nešėjas.
Siekis pažinti aplinkinį pasaulį yra amžinas ir nuostabus žmogaus sugebėjimas. Mokslas įgyja žinių - tai yra jo tikslas. Tačiau žmonės turi teisę tikėtis praktinės naudos iš fundamentinių tyrimų, iš gamtos dėsnių pažinimo. Tikriausiai galime kalbėti apie dvi praktinio žinių naudojimo formas - matomas ir nematomas.
Dar vienas klausimas.Visi cheminiai procesai organizme yra fermentiniai. Jie eina pasitelkdami vadinamuosius biologinius katalizatorius - fermentinius baltymus. Chemijos pramonėje taip pat naudojami katalizatoriai - reakcijos greitintuvai, tačiau jie nėra organiški, bent jau ne baltyminės medžiagos. Nereikia konkrečiai sakyti, kad biocheminiai procesai vyksta švelnesnėmis sąlygomis, jie yra daug efektyvesni. Tikriausiai artimiausioje ateityje žmogus pradės plačiau naudoti tas chemines reakcijas, kurios vyksta organizme, ir pramoniniais tikslais. Technologijų ateitis neabejotinai siejama su biologija.
Vykdomi darbai siekiant pašalinti daugybę kenksmingų padarinių. Pramonės įmonėse valymo įrenginių statyba buvo plačiai naudojama, nuotekų ir teršalų kontrolė į atmosferą tapo griežtesnė ir kuriami uždari gamybos ciklai.Chemikai dirba su „nekenksmingais“ pesticidais, kuriamos sintetinės medžiagos, kurios „kvėpuos“ ir daug daugiau.
| Dmitrijus Iosifovičius Ivanovskis | Biologiniai greitintuvai |
|---|
Nauji receptai
