Do tajemství živých (perspektivy genetiky)

Úspěchy moderní biologie jsou spojeny hlavně s její větví, které se říká molekulární biologie. Obzvláště pozoruhodných výsledků bylo dosaženo při studiu dědičnosti - vlastnosti organismů, které po dlouhou dobu zůstávaly tajemné. Vědcům se podařilo odhalit podstatu genu. Po celá staletí to vypadalo jako něco mystického, téměř neexistujícího. A ukázalo se, že jde o velmi skutečnou chemickou strukturu - určitý kus deoxyribonukleové kyseliny (DNA), která je nositelem genetické informace.

Genetický kód byl dešifrován - způsob záznamu dědičné genetické informace, kterou si příroda vybrala. Víme, že člověk používá různé způsoby záznamu informací. Mechanické - v knihách, jednotlivých písmenech, slovech, frázích se tisknou na strojích, získáváme je ve formě tisků. Magnetická metoda záznamu informací se používá v elektrotechnice. Existuje optický - v různých video zařízeních. Příroda si ale zvolila úplně jinou cestu - genetický kód. Nyní je známo, že molekula deoxyribonukleové kyseliny (DNA) se skládá ze samostatných, relativně jednoduchých chemických struktur. Existují pouze čtyři odrůdy. Představte si abecedu se čtyřmi písmeny, kterou lze použít k psaní nejrůznějších slov a pojmů. Tak je to tady: střídání čtyř elementárních struktur v molekule deoxyribonukleové kyseliny je záznamem dědičné genetické informace.

Vědci zkoumali magnetismus genetických procesů. Nyní víme, že všechna přeskupení, která se vyskytují v DNA (a právě tato přeskupení vedou ke změně dědičných vlastností organismů), se provádějí pomocí biologických katalyzátorů - enzymů. Pod mikroskopem se nejjednodušší přesmyky zdají být čistě mechanické: vzali například hůl, což je molekula DNA podobná vláknu, a rozbili ji a pak ji znovu nějak zafixovali. Ve skutečnosti je vše komplikovanější ... Existují speciální enzymy, které způsobují tento zlom v molekule DNA, a další enzymy, které vlákno šijí. To je případ jiných genetických přeskupení. Bylo objeveno obrovské množství enzymů, které se účastní syntézy nukleových kyselin v různých přeskupeních svých molekul.

Nyní je známo mnoho o mechanismech chemických reakcí, ke kterým dochází v buňce a v celém organismu. Byly studovány procesy formování a využívání energie. Buněčná bioenergie je velmi složitá. V technologiích máme co do činění s přeměnou tepelné energie. V kleci nelze použít tepelnou energii. Používá se hlavně chemická energie, která se přeměňuje na mechanickou energii, například při svalové kontrakci, vynaložené na pohyb živin a podobně.

Při studiu proteinů, nukleových kyselin a různých intracelulárních struktur bylo dosaženo velkého pokroku. Znalosti se shromažďují různou rychlostí. To vše jsou objevy posledních 50 let, a když mluvíme o nejdůležitějších - pak 25 letech. Vytvořili moderní biologii, pomohli nám přiblížit se znalostem nejvnitřnějších tajemství živých.

Snaha o poznání okolního světa je věčná a úžasná schopnost člověka. Věda získává znalosti - to je její účel. Lidé však mají právo očekávat praktické výhody základního výzkumu a znalosti přírodních zákonů. Pravděpodobně můžeme hovořit o dvou formách praktického využití znalostí - viditelné a neviditelné.

Co je nám zřejmé? Vývoj genetiky umožnil vytvořit nová plemena domácích zvířat, vyvinout nové odrůdy rostlin. Zelená revoluce, která proběhla, je přímým výsledkem genetického výzkumu.Znalost struktury přírodních biologicky aktivních sloučenin pomohla chemii syntetizovat mnoho léků, bez nichž si moderní medicínu nelze představit.

Dnes v naší zemi a v dalších zemích světa existuje rozsáhlý průmysl, který používá mikrobiologické metody pro syntézu organických sloučenin. Tímto způsobem se například získá mikrobiální protein. Kvasinky se pěstují na ropných uhlovodících, alkohol se pravděpodobně v blízké budoucnosti pěstuje na některých plynech, jako je methan nebo vodík. A z kvasinek se získá kompletní protein, který se používá jako krmivo pro hospodářská zvířata.

To vše je viditelné pro všechny. Ale co se rozumí „neviditelným“? To jsou myšlenky, z nichž vychází základní věda. V laboratoři, kde tyto myšlenky vznikají, nemusí být přímo převedeny do praxe. Ale prostřednictvím systému vysokoškolského vzdělávání a jinými způsoby se myšlenky stávají majetkem mnoha, zejména specialistů, kteří pracují v zemědělství, medicíně a průmyslu. A tam zlatý fond poznání přináší ovoce. Tento proces je někdy obtížné ani vysledovat, natož vyčíslit, připomíná tok, který klesá do podzemí, absorbuje tam další vody a pak, někde v dálce, vychází ve formě proudu, který je mnohem silnější než ten pramínek který mu dal život.

Myšlenka prevence infekčních nemocí očkováním se objevila nejprve jako jednoduchá laboratorní technika při studiu fyziologie mikroorganismů. Vytvoření různých vakcín, celého systému vládních opatření k prevenci infekčních chorob, si vyžádalo čas a úsilí mnoha odborníků - očkovánířekněme proti neštovicím, proti tuberkulózaproti dětské obrně. A nikdo si už nepamatuje, že to všechno začalo laboratoří, zkumavkou. Další příklad. Obrovský průmysl antibiotik a jejich použití při léčbě mnoha nemocí vycházel ze skromného pozorování anglického mikrobiologa Fleminga, který si náhodou všiml, že kapalina, ve které pěstoval plísně, bránila růstu mikrobů.

Dovolte mi upozornit na několik úkolů, které pro naši vědu stanovil moderní život. Nejprve mluvíme o použití biologických metod k ochraně životního prostředí. Vezměte pesticidy. Mnohé z nich jsou škodlivé pro živý svět. Ale v zásadě můžete vytvářet jiné pesticidy. Zničili by škůdce, ale neměli by škodlivý účinek na ptáky a užitečný hmyz, jednoduše proto, že tyto chemické sloučeniny by měly velmi krátkou životnost a působily by na omezený počet organismů. Nebo něco jiného. Produkce ropy významně roste nejen na souši, ale také v moři. V tomto ohledu je nebezpečí znečištění ropou a jejími produkty ze Světového oceánu velké. K čištění můžete velmi efektivně použít mikroorganismy, které se živí olejem a zároveň ho ničí.

Biologové musí určit stupeň ohrožení životního prostředí a lidí v určitých průmyslových odvětvích, jejichž odpad vstupuje do atmosféry, vody a půdy. Věnovat pozornost škodlivým účinkům, určovat jejich velikost - znamená udělat první krok k jejich odstranění. Velmi často jsou nepříznivé důsledky péče o přírodu spojeny především s naší nevědomostí. Mimochodem, v případě pesticidů tomu tak bylo - pak si lidé jednoduše nepředstavovali rozsah negativních jevů, k nimž by jejich široké použití mohlo vést.

Lidstvo má právo očekávat od biologie řešení tak důležitých problémů, jako je boj proti rakovině a dědičným chorobám. Zatím existují jen určité možnosti, výpočty, naděje. Soudě podle toho, jak rychle se dnes vyvíjí věda, však není daleko doba, kdy lze navrhnout účinné metody boje s těmito nemocemi.

Ještě jedna otázka.Všechny chemické procesy v těle jsou enzymatické. Jdou s pomocí takzvaných biologických katalyzátorů - enzymových proteinů. V chemickém průmyslu se také používají katalyzátory - urychlovače reakcí, ale nejsou to organické látky, přinejmenším ne bílkovinné látky. Není třeba konkrétně říkat, že biochemické procesy probíhají za mírnějších podmínek, jsou mnohem účinnější. Pravděpodobně v blízké budoucnosti začne člověk více používat ty chemické reakce, které se vyskytují v těle, a to pro průmyslové účely. Budoucnost technologie je nepochybně spojena s biologií.

Nyní jsme zaneprázdněni problémy genetického inženýrství. Jedná se o nový směr v molekulární biologii, který existuje méně než pět let - což je pro vědu velmi krátká doba. Ale tento směr je nesmírně zajímavý a slibný. Cílem genetického inženýrství je uměle vytvářet v laboratoři nové genetické struktury. Poté, co dešifrovali genetický kód, studovali mechanismy různých genetických transformací, naučili se izolovat enzymy, které provádějí genetické přesmyky DNA, si vědci dokázali dát takový úkol.

Bez ohledu na to, jak skromné ​​se tyto experimenty mohou zdát, zůstává fakt nezvratný: člověk byl poprvé schopen zkombinovat ve zkumavce do jediné genetické struktury, která v přírodě existuje samostatně. Jejich sloučení nebylo výsledkem náhodné srážky molekul, ale bylo výsledkem vědomé volby a promyšleného plánu. Koneckonců, nové věci ve vědě a technice se často objevují ve velmi skromné ​​podobě a nejsou vždy dokonce správně hodnoceny od samého začátku. Například zákony genetiky stanovené G. Mendelem si současníci nevšimli a museli být znovu objeveni o 40 let později.

Jaké vyhlídky otevírá genetické inženýrství, co nám slibuje?

Spousta věcí. Nejprve v medicíně, v boji proti dědičným chorobám. Typicky jsou spojeny s defekty jednoho z tisíců genů nalezených v lidském těle. Genetické inženýrství v zásadě umožňuje výrobu jakéhokoli genu v laboratoři. A poté, co jsme dostali gen, můžeme získat produkt práce tohoto genu a použít jej k vyrovnání dědičného defektu pomocí genové terapie - vytvoření takříkajíc genetické protézy.

K výrobě hormonů lze také použít techniky genetického inženýrství. S největší pravděpodobností bude inzulín brzy vyroben tímto způsobem. Místo toho, aby byl získán na jatkách od prasat nebo skotu, bude získán v bakteriální kultuře. Vložením cizích genů do mikroorganismů je můžeme přinutit produkovat potřebný hormon v téměř neomezeném množství.

Přirozeně to nejsou jediné aplikace genetického inženýrství. Genová terapie se zdá být mimo říši fantazie. Dosud nebyl získán téměř žádný gen pro léčbu onemocnění. Zkušenosti z posledních desetiletí však ukazují, jak rychle se vyvíjí výzkum, pokud je založen na správné teorii a je prováděn pomocí spolehlivých metod. Proto řeknu: tato fantazie není neopodstatněná. To není ani fantazie, ale skutečná měření, úkoly, kterým čelíme a které budou vyřešeny v poměrně blízké budoucnosti.

Lze zabránit negativním důsledkům pokroku? Lze jim zabránit. S čím vlastně jsou? Zpravidla s neúplností našich znalostí, se skutečností, že nemůžeme vždy plně posoudit a předvídat možné výsledky. Pokud nelze předem předvídat všechny důsledky, je nutné je posoudit v maximálním rozsahu a předem přijmout veškerá preventivní opatření.

Probíhá práce na odstranění řady škodlivých účinků. V průmyslových podnicích byla výstavba čistíren odpadních vod široce rozvinuta, kontrola nad odpadními vodami a emisemi do ovzduší se zpřísnila a byly vytvořeny uzavřené výrobní cykly.Chemici pracují na „neškodných“ pesticidech, vytvářejí se syntetické materiály, které budou „dýchat“ a mnoho dalšího.

Je v tom jakási dialektika: úspěchy věd pomohou eliminovat škodlivé důsledky vědeckého a technologického pokroku. Vědci nyní pracují na problému biologické fixace dusíku. Jaký to má smysl? Používání dusíkatých hnojiv je nepochybným pokrokem. Prospějí polím a zvyšují výnosy. Minerální dusík má ale také své negativní důsledky - dusíkaté sloučeniny se vyplavují do vodních útvarů, což způsobuje vývoj nežádoucí flóry, která zhoršuje složení vody. Obejdete se bez hnojiv? Samozřejmě, že vůbec ne s intenzivním zemědělstvím, ale můžete snížit jejich využití. Je známo, že luštěniny (například sója) asimilují dusík ze vzduchu. Na jejich kořenech jsou malé kuličky - kolonie bakterií žijících v symbióze s rostlinami. Mají schopnost vázat atmosférický dusík a přeměnit ho na formu, kterou může sója snadno absorbovat.

Pokud se najdou mikroorganismy, které mohou obývat kořeny obilovin a vážit atmosférický dusík, bude možné do půdy aplikovat méně hnojiv. Jaké obrovské úspory to slibuje, jak to pomůže při ochraně přírody! Jakými směry se vyhledávání ubírá? A na tradičních - výběrem. A prostřednictvím genetického inženýrství. Představte si: přenášíme geny pro asimilaci atmosférického dusíku z bakterií uzlíků na jiné bakterie, které by mohly žít v symbióze s pšenicí nebo dokonce v listech obilovin ...

Hodně lze vyřešit ne malými vylepšeními stávajících metod, ať už technických nebo zemědělských, ale radikálními změnami díky zásadně novým objevům. To je budoucnost. Lidstvo nevyčerpalo způsoby, jak zabránit negativním důsledkům spojeným s rozvojem společnosti.

A. Baev

Podobné publikace

Jak se vytvářejí proteinové struktury

Co je to klec?

Interferon vyhrává