/b>После публикации Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году модели дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) прошло более 50 лет. Это открытие определило развитие биологии второй половины XX века. Вопрос о том, что и как записано в ДНК, ускорил расшифровку генетического кода. Осознание того, что гены - это ДНК, универсальный носитель генетической информации, привело к появлению генной инженерии. Сегодня уже студенты университетов расшифровывают чередование нуклеотидов в ДНК, соединяют гены разных организмов, переносят их между видами, родами и значительно более удаленными таксонами. На базе генной инженерии возникла биотехнология, которую известный фантаст С. Лем определил как использование закономерностей биогенеза в производстве.

Вспомним, что говорил о природе генов В.Л. Иоганнсен, человек, который в 1909 году дал само имя гена: "Свойства организмов обусловливаются особыми, при известных обстоятельствах отделимыми друг от друга и в силу этого до известной степени самостоятельными единицами или элементами в половых клетках, которые мы называем генами.

С тех пор ситуация существенно изменилась. Мы убедились, что, кроме атомов и молекул, в клетке ничего нет. И подчиняется она тем же физическим закономерностям, что и неживые объекты, в чем смогли убедиться физики, устремившиеся в биологию в 40-х годах именно в поисках каких-то принципиально новых, неизвестных физике законов природы. Все реакции клеточного метаболизма осуществляются под контролем биокатализаторов - ферментов, структура которых записана в ДНК генов. Передается эта запись в цепи переноса информации ДНК РНК БЕЛОК.

Сначала информация, записанная в виде чередования дезоксирибонуклеотидов на одной из двух комплементарных цепей в ДНК гена, переписывается на одноцепочечную молекулу информационной рибонуклеиновой кислоты - иРНК (она же мРНК от англ. messenger - переносчик). Это процесс транскрипции. На следующем этапе по матрице иРНК строится последовательность аминокислотных остатков полипептида. Тем самым создается первичная структура будущей молекулы белка. Это процесс трансляции. Первичная структура определяет способ складывания молекулы белка и тем самым определяет ее ферментативную или какую-либо иную, например структурную или регуляторную, функцию.

Эти представления зародились в начале 40-х годов, когда Дж. Бидл и Э. Тейтум выдвинули свой знаменитый лозунг "Один ген - один фермент" [4]. Он, подобно политическим лозунгам, разделил научное сообщество на сторонников и противников высказанной гипотезы о равенстве числа генов и числа ферментов в клетке. Аргументами в возникшей дискуссии служили факты, полученные при разработке так называемых систем ген-фермент, в которых изучали мутации генов, определяли их расположение внутри генов и учитывали изменения ферментов, кодируемых этими генами: замены аминокислотных остатков в их полипептидных цепях, их влияние на ферментативную активность и т.д. Теперь мы знаем, что один фермент может быть закодирован в нескольких генах, если он состоит из разных субъединиц, то есть из разных полипептидных цепей. Знаем, что есть гены, которые вообще не кодируют полипептидов. Это гены, кодирующие транспортные РНК (тРНК) или рибосомные РНК (рРНК), участвующие в синтезе белка.

В своей первоначальной форме принцип "Один ген - один фермент" представляет скорее исторический интерес, однако заслуживает памятника, поскольку он стимулировал создание целой научной области - сравнительной молекулярной биологии гена, в которой гены - единицы наследственной информации фигурируют как самостоятельные предметы исследования.

Кроме того, разработка многочисленных систем ген-фермент помогла сформулировать вопрос: что и как записано в генетическом коде?

На этот вопрос в общей форме ответил Ф. Крик со своими коллегами в 1961 году. Оказалось, что код триплетен - каждая кодирующая единица-кодон состоит из трех нуклеотидов. В каждом гене триплеты считываются с фиксированной точки, в одном направлении и без запятых, то есть кодоны ничем не отделены друг от друга. Последовательность кодонов определяет последовательность аминокислотных остатков в полипептидах.

Таким образом, вследствие специфической организации генетического кода кодонам-нонсенсам отводится особая роль - терминаторов трансляции. Поэтому, возникая мутационным путем, они, как и мутации типа сдвиг рамки считывания, проявляются значительно чаще и четче, чем мутации-миссенсы, изменяющие смысл кодонов. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего.- М.,2001. - С. 97.

Нонсенсы и сдвиги считывания часто встречаются в так называемых псевдогенах, которые были открыты в начале 80-х годов в результате изучения нуклеотидных последовательностей в геномах высших эукариот. Псевдогены очень похожи на обычные гены, но их проявление надежно "заперто" четко проявляющимися мутациями: сдвигами считывания и нонсенсами. Псевдогены представляют собой резерв эволюционного процесса. Их фрагменты используются при возникновении новых генов.

5. Клонирование

Подобно тому, как в конце XIX века открытия физики рентгеновских лучей и радиоактивности стимулировали развитие естествознания следующего века, так и достижения молекулярной биологии конца XX века определит, по-видимому, дальнейшие пути развития человечества. На чем основано это убеждение автора?

Клонирование - это не экзотика. Клон (от греч. klon - ветвь, побег, отпрыск), ряд следующих друг за другом поколений наследственно однородных организмом (или отдельных клеток в культурах), образующихся в результате бесполого или вегетативного размножения от одного общего предка. Примером клона могут быть все сорта плодовых растений - груш, яблонь и др., полученные в результате размножения черенками, отводками, прививками, а также целые растения, выращенные из одной клетки. Однако в результате происходящих в пределах клона мутаций генотипическая однородность его относительна. У вегетативно размножаемых культурных растений (например, картофеля) часто сорта представляют собой отдельные клоны. Таким образом, Вы все в процессе клонирования уже участвовали (при посадке картофеля). Кроме того, первый "клонировщик" - Господь Бог. Вспомните ребро Адама, и что из этого получилось? Теломера, теломераза, рак и старение // Биохимия. 1997. Т. 62. № 11. Теломераза. http://ixs.nm.ru/telomer.htm

Клонирование животных, искусственное получение генетически идентичных организмов с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro (в стекле, т. е в пробирке) и in vivo (на живом организме), подобно тому, как в природе появляются однояйцовые близнецы. Клонирование животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворенную яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро, с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приемной матери. Богданов А.А. Теломеры и теломераза / А.А. Богданов // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 12. С. 12-18.

В конечном виде проблема клонирования животных была решена группой Яна Вильмута (Wilmut) в 1997, когда родилась овца по имени Долли - первое животное, полученное из ядра взрослой соматической клетки. В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова).

Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупных компаний и финансового бизнеса во многих странах.

В целом технология клонирования животных еще находится в стадии развития. У большого числа полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии, приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения. Доля удачных опытов составляет 0,3-0,5%.

Клонирование - большая этическая проблема. В большом числе стран использование данной технологии применительно к человеку официально запрещено и преследуется по закону (США, Франция, Германия, Япония), причем во Франции, например, за эксперименты по клонированию человека предусмотрено тюремное заключение сроком до 20 лет.

Интеллект человека клонировать нельзя. Опять возникает проблема тела и "души живой".

Клонирование должно способствовать изучению проблем развития и старения организмов, лечения рака. В медицине представляется перспективной клеточная терапия на базе использования клонированных клеток. Такие клетки должны компенсировать недостаток и дефект собственных клеток организма и, главное, не будут отторгаться при трансплантации. Технология клонирования животных позволит, по-видимому, осуществлять и широкомасштабную ксенотрансплантацию органов, т.е. замену отдельных органов человека на соответствующие клонированные органы. Дымшиц Г.М. Теломераза не лекарство от старости, а фермент, решающий «проблему концевой репликации ДНК». http://www.bionet.nsc.ru/ICIG/CHM/lection/dimshits/dimshits.htm

Заключение

Один из старинных девизов гласит: “знание есть сила” Наука делает человека могущественным перед силами природы. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в ХVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в ХIХ в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за ним - открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине ХХ в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др. Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

Биология в XX в. переходит от стадии описательной науки к теоретической и экспериментальной. Как развитие экспериментов и гипотез о наследственности Г. Менделя (1822-1884), в первой трети XX в. возникает мощное течение, получившее название генетика, судьба которой оказалась довольно драматичной в СССР. Трагична была и судьба ее лидера, Н.И. Вавилова (1887-1943), - автора теории гомологических рядов. После серии великих открытий второй половины XX в. носителей и кодов наследственности РНК и ДНК, биология вышла на молекулярный уровень изучения своих объектов и явлений, она приобрела черты физико-химической биологии. В последней трети XX в. усиливается развитие концепции эволюционной биологии, что, в принципе, делает реальной возможность осуществления глобального эволюционного синтеза.

Список литературы

1. Богданов А.А. Теломеры и теломераза / А.А. Богданов // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 12. С.12-18.

2. Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. - М.: МГУК, 2000.

3. Дубнищева Т.Я. "Концепции современного естествознания". - Новосибирск.: ЮКЕА, 1999.

4. Дымшиц Г.М. Теломераза не лекарство от старости, а фермент, решающий "проблему концевой репликации ДНК". http://www.bionet. nsc.ru/ICIG/CHM/lection/dimshits/dimshits. htm

5. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. - М., 2001.

6. Потеев М.И. Концепции современного естествознания. - СПб.: Питер, 1999.

7. Теломера, теломераза, рак и старение // Биохимия. 1997. Т.62. № 11.

Теломераза. http://ixs. nm.ru/telomer. htm

8. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. - М., 2000.

Приложение

Дата	Описание открытия	Автор
1900	Описана система групп крови человека АВО. Начало переливания крови	К. Ландштейнер
1900	Вторичное открытие законов наследственности	К. Корренс, Э. Чермак, Г. де Фриз
1900-1901	Сформулировано представление об условно-рефлекторной деятельности коры головного мозга	И.П. Павлов
1901-1903	Создание мутационной теории	Г. де Фриз
1902	Показана справедливость законов генетики для человека	Гэррод
1902-1907	Высказано предположение о том, что наследственные задатки (гены) расположены в хромосомах	У. Сеттон, Т. Бовери независимо друг от друга
1902	Сформулирована идея о способности отдельной соматической клетки растения давать начало целому организму	Г. Хаберландт
1903	Установлена космическая роль растений	К.А. Тимирязев
1906	Начато использование дрозофилы в качестве модели в генетических экспериментах
1906	Первая пересадка трупной роговицы
1908	Сформулирован закон распределения аллельных генов в популяциях	Г. Харди, В. Вайнберг
1910	Доказано единство процессов брожения и дыхания	С.П. Костычев
1910	Сформулирована теория макроэволюции	А.Н. Северцов
1911	Сформулирована хромосомная теория наследственности	Т. Морган
1915	Описаны бактериофаги	Ф. Туорт
1920	Открыта нейросекреция	О. Леви
1920	Сформулирован закон гомологических рядов наследственной изменчивости	Н.И. Вавилов
1921	Открыто влияние одной части зародыша на другую и выяснена роль этого явления в детерминации частей развивающегося эмбриона	Г. Шпеман
1923	Охаратеризован фотосинтез как окислительно-восстановительная реакция	Т. Тунберг
1924	Опубликована естественнонаучная теория происхождения жизни на Земле	А.И. Опарин
1926	Заложены основы синтетической теории эволюции	С.С. Четвериков
1926	Экспериментально получены мутации при помощи рентгеновских лучей	Г. Дж. Меллер
1926	Опубликован труд "Биосфера"	В.И. Вернадский
1928	Открыты фитонциды	Б.П. Токин
1929	Выделен природный пенециллин	А. Флеминг
1931	Сконструирован электронный микроскоп	Е. Руске, М. Кноль
1933	Выделены и охарактеризованы ауксины растений	Ф. Кегель
1937	Описан цикл превращений органических кислот	Г.А. Кребс
1939	Сформулирована теория природной очаговости трансмиссивных (передающихся членистоногими) болезней, в частности энцефалита	Е.Н. Павловский
1940	Получен химически чистый антибиотик пенициллин	Г. Флори, Э. Чейн
1940	Разработана теория биогеоценозов	В.Н. Сукачев
1940	Обнаружен антиген резус-фактор в крови у макаки-резус	К. Ландштейнер
1941	Экспериментально доказано, что синтез факторов роста контролируется генами	Д. Бидл, Э. Татум
1941	Экспериментально доказано, что источником кислорода при фотосинтезе является вода	А.П. Виноградов, М.В. Тайц, Э. Рубен
1943	Доказано существование спонтанных мутаций	С. Лурия, М. Дельбрюк
1944	Доказано, что изолированная ДНК встраивается в геном бактерии, изменяя ее фенотип	О. Эвери, М. МакКарти, С. Маклеод
1944	Сформулировано учение о девастации (истреблении) гельминтов	К.И. Скрябин
1945	Открыта ЭПС	К. Портер
1945	Доказана иммунологическая природа отторжения тканей и органов при трансплантации	П. Медавар
1946	Открыта система рекомбинаций у бактерий	Д. Ледерберг, Э. Татум
1948	Обосновано единство принципов управления в кибернетических системах и живых организмах	Н. Винер
1952	Окончательно доказана генетическая роль ДНК	А. Херши, М. Чейз
1952	Открытфы мигрирующие генетические элементы растительных клеток	В. Мак-Клинток
1953	Сформулированы представления и создана модель структуры ДНК	Д. Уотсон, Ф. Крик
1954	Сформулирована идея о триплетности генетического кода	Г.А. Гамов
1955	Открыты рибосомы	Дж. Палладе
1956	Установлено, что диплоидный набор хромосом человека содержит 46 хромосом	Тио и Леван
1957	Запущен второй искусственный спутник Земли с собакой Лайкой на борту
1959	Установлено, что причиной синдрома Дауна является трисомия по 21-й паре хромосом	Лежен
1960	Синтезирован хлорофилл	Р. Вудворд
1960	Установлена возможность гибридизации соматических клеток	Г. Барский
1961-1964	Установлены основные свойства генетического кода	С. Бреннер, Ф. Крик, Л. Барнет, Р. Уотсон-Тобин
1961	Начато клонирование животных	Л. Гердон
1962	Сформулированы представления о регуляции активности генов специальными генами-операторами	Ф. Жакоб, Ж. Моно
1964	Подтверждение линейного соответствия генов и белков бактерий	Ч. Яновский
1964	Открыты транспозируемые генетические элементы микроорганизмов	Э. Кондо, С. Митсухаши
1967	Расшифрована последовательность нуклеотидов тРНК	А.А. Баев
1967	Первая пересадка сердца и печени
1968	Осуществлен химический синтез гена	Х. Корана
1970	Осуществлено искусственное слияние протопластов клеток	Пауэр
1970	Открыта обратная транскрипция	Х. Темин, Д. Балтиморе
1972	Получена первая рекомбинантная ДНК	П. Берг
1974	Пересадка гена лягушки в бактериальную клетку. Начало генной инженерии	С. Коэн, Г. Бойер
1975	Получены гибридомы - соматические гибридные клетки, способные к синтезу антител желаемой специфичности	Ц. Мильштейн, Г. Кехлер
1976	Создана первая биотехнологическая компания Genetech; начало пересадки генов человека в клетки микроорганизмов для промышленного получения инсулина, интерферона и др. белков
1980	Создана превая трансгенная мышь путем пересадки гена человека в оплодотворенную яйцеклетку мыши	М. Кляйн
1982	Показана возможность изменения фенотипа млекопитающих с помощью рекомбинантных молекул ДНК	Р. Полмитер, Р. Бринстер
1983	Открыта полимеразная цепная реакция (техника многократного клонирования коротких цепей ДНК) - стало возможным синхронно изучать работу многих генов
1985	Техника "генетической дактилоскопии" ДНК стала использоваться в мировой криминалистике
1985	Первые пересадки фетальной нервной ткани для лечения болезни Паркинсона
1988	Выдан первый патент на генетически модифицированное животное
1990	Начало работ по международному проекту Геном Человека
1992	Клонировано первое млекопитающее - овца по кличке Долли; затем последовали удачные эксперименты по клонированию мышей и других млекопитающих	И. Уилмут
1997-1998	Изолирование эмбриональных стволовых клеток человека в виде бессмертных линий
1998	Создание методов одновременной регистрации активности 1000-2000 генов в геноме человека и млекопитающих
1999-2000	Полная расшифровка генома 10 бактерий, дрожжей. Идентификация и установление расположения половины генов в хромосомах человека

Страницы: 1, 2