Рубрики
...

Прямые доказательства генетической роли ДНК: особенности, описание и интересные факты

В современном научном сообществе существует несколько теорий по поводу способа передачи информации от родителей потомкам: от волновых до футуристических типа сверхразума коллективов. Однако то, что именно молекулы ДНК являются материальной основой преемственности организмов, споров не вызывает. Понять, как в научной среде формировались доказательства генетической роли ДНК и что они собой представляют, – вот цель данной статьи.доказательства генетической роли днк

Немного теории для не биологов

Для понимания предмета и самой сути доказательства роли ДНК в наследственности напомним лишь некоторые общие понятия и термины, применяемые в тексте. Молекулярные биологи и другие профессиональные биологи могут эту часть не читать – понятия даются в упрощенном варианте для интересующейся части читателей. Хотя современная специализация в биологии сегодня настолько возросла, что профессионал-эколог не всегда прорвется к пониманию сути эволюционных механизмов, а ботанику совсем не однозначно понятна специфика развития эмбриона лягушки. Итак, вот эти термины:

  • ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота) – длинные и большие молекулы, состоящие из мономеров – нуклеотидов.
  • ДНК и РНК называют нуклеиновыми кислотами.
  • ДНК и РНК образованы всего четырьмя нуклеотидами (три одинаковых, один разный в ДНК и РНК) – нуклеотиды универсальны для всего живого на планете. Это сложные органические соединения из азотистого основания, углеводного остатка и фосфорной кислоты. Называются они адеин, гуанин, тимин и цитозин (урацил).
  • Нуклеотиды образуют триплеты – они кодируют одну аминокислоту из двадцати.
  • Триплеты образуют цепочки в составе нуклеиновых кислот, что соответствует цепочке аминокислот или одному специфическому белку. Белки – основа жизни на планете, они специфичны и уникальны.
  • Ген – это кусочек нуклеиновой кислоты, отвечающий за один белок.
  • Геном – совокупность всего генетического материала организма.

Немного истории

Швейцарский биолог Ф. Мишер в 1869 году увидел в ядрах клеток гноя (лейкоцитах) цепочки, которые назвал нуклеиновыми кислотами.

прямые доказательства генетической роли днк

Немец А. Кассель как биохимик вычислил их состав: сахар, фосфорная кислота и пять разновидностей азотистых оснований. Он же в 1891 году доказал, что нуклеиновых кислот две – ДНК и РНК. В период от этих открытий до 1953 года велись исследования химического состава и структурной организации нуклеиновых кислот. Известные фамилии этого периода – Ф. Левен, А. Тодд, Э. Чаргафф. Опыты, начатые Ф. Гриффитом (1928) и продолженные О. Эвери, К. МакЛеодом и М. МакКарти (1944), представили доказательства роли ДНК в передаче генетической информации, о чем подробнее позже. В 1953 году американцы Дж. Уотсон и Ф.Крик предложили известную даже школьнику модель структуры ДНК в виде двойной закрученной спирали. Все, молекулярная биология родилась!

От белка к ДНК

На тот момент времени нуклеиновые кислоты представлялись странным материалом в ядре клетки. Для чего нужны эти образования, не знали, и тем более не искали доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. Уже были открыты белки, состоящие из аминокислот и имеющие более сложную химическую структуру. Именно белки считали носителями наследственной информации.

В материале, который несет наследственную информацию, первым усомнился английский бактериолог Ф. Гриффит в 1928 году. И хотя он не смог представить убедительных доказательств генетической роли ДНК, его опыты заслуживают внимания.доказательство генетической роли днк и рнк

Штаммы пневмококков Гриффита

Фредерик Гриффит, бактериолог из Англии, заражал мышей вирусами Pneutnococcus pneumoniae, которые вызывали у них пневмонию, и животные умирали. Пневмококки существуют в двух формах – заразной (вирулентной) и незаразной (авирулентной). Эти формы легко отличить. Вирулентный пневмококк имеет мукополисахаридную капсулу, которая защищает клетку. Авирулентный капсулы не имеет и не может защититься от иммунных клеток мыши, потому мыши и не заболевают пневмонией. Постулат того времени: нагретый вирулентный пневмококк становится авирулентным. Биолог заражает мышей смесью нагретого вирулентного штамма и живого авирулентного (бескапсульного). Мышки умирают. В их телах ученый обнаруживает живые пневмококки с капсульной оболочкой. Вывод Гриффита: от мертвых вирулентных пневмококков к живым, но бескапсульным формам, передается что-то («трансформирующий агент»), что «трансформирует» авирулентные формы в вирулентные с закреплением признака как наследственного (пневмококки быстро размножаются: те, которых он обнаружил в трупах мышей, - сотое поколение первых). А так как вирусы не имеют в строении ничего, кроме нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) фактически именно Ф. Гриффиту принадлежит первое доказательство генетической роли ДНК и РНК, хотя он и назвал их «трансформирующий агент». Напомним, произошло это в 1928 году.экспериментальные доказательства роли днк

Экспериментальные доказательства роли ДНК в передаче информации

Практически то же самое, что проделал Гриффит, только без бедных мышей, сделали в 1944 году О. Т. Эвери, К. М. МакЛеод и М. МакКарти. В Рокфеллеровском институте медицинских исследований в Нью-Йорке они получили in vitro (в пробирке) чистый трансформирующий агент Гриффита из убитых вирулентных форм и смешивали его, опять же в пробирке, с авирулентными формами. Получали капсулированных возбудителей. А потом изучали состав этого самого агента. Вначале они доказали, что это не белок, и это само по себе уже было новаторством. Ну а потом и пришли к тому, что этот агент и есть нуклеиновая кислота. Эти опыты американцев – прямые доказательства генетической роли ДНК в передаче наследственной информации. Но не единственные, которые наука считает классикой.

Второе из классических доказательств генетической роли ДНК

Первый мы уже описали – это опыты Эвери - МакЛеод - М. МакКарти.

Классика биологии – еще два опыта как прямые доказательства генетической роли ДНК. Описание сократим до сути.

Американский генетик Альфред Херши получил Нобелевскую премию (1969) за эти опыты. Интересна и серия опытов Херши и Марты Чейз, проведенная в 1952 году в Университете Вашингтона в Сент-Луисе с бактериями и бактериофагами, меченными радиоактивным фосфором и серой. Их выводы о том, что именно ДНК бактериофага проникает в бактерии и дает начало новым бактериофагам, – классика доказательства генетической роли ДНК.доказательства роли днк в наследственности

Третий опыт

Немецко-американский биохимик Хейнц Людвиг Френкель-Конрат получил за свои изыскания премию Ласкера (1958). В калифорнийском университете в 1957 году он проводил опыты с вирусом табачной мозаики. Схема их схожа с Гриффитовскими. Его достижение - в том, что он доказал участие РНК в передаче наследственной информации.

Интересные современные доказательства

Современная молекулярная биология и генетика постоянно поставляют нам новые доказательства генетической роли ДНК. Несколько весьма занимательных, неожиданных и впечатляющих фактов из исследований современной науки, которые так или иначе доказывают роль ДНК в формировании организма, приведено далее.

В 2007 году ученые сумели выделить участок ДНК амфибий, который отвечает за формирование глаза. Сегодня уже есть саламандры с глазами на лапах и хвосте.

В геном коз ученые вживили ген паука, отвечающий за белок паутины, в результате этот белок появился в молоке коз. После специальной обработки и извлечения белка из молока образуется паучий шелк.

Голландцы вырастили коров с человеческим геном, отвечающим за специфический белок молока женщин – лактоферрин. Этот белок играет важную роль в первичном иммунитете младенцев. Тестирование молока коров продолжается, но перспективы применения его в медицине впечатляют.

Дополнив ген эмбриона поросят геном белка флуоресцентной медузы, китайские ученые вырастили двух светящихся зеленым цветом поросят.

В 2008 году мир облетело известие о рождении ребенка с искусственно измененным геномом. Произошло это в Лондоне, где женщина согласилась на эксперимент из-за обнаруженных генетических нарушений в геноме эмбриона.

Человеческие химеры существуют. В 2002 году при анализе ДНК на отцовство тест показал, что американка Лидия Фэйрчайлд не является матерью своего еще не рожденного ребенка. Исследования повторили, но анализ показал те же результаты. Оказалось, что организм Лидии развился из двух яйцеклеток, оплодотворенных разными сперматозоидами и слившихся на ранних стадиях онтогенеза. Поэтому ее тело состоит из тканей и клеток с разным набором хромосом.доказательства роли днк в передаче генетической информации

О ДНК-тестировании на установление отцовства или в судебной практике знают все. Но ДНК-тесты используют и при проверке продуктов на подлинность. Например, можно установить место сбора икры или винограда для марочного вина.

В мире известно 4 семьи, члены которых не имеют отпечатков пальцев. Адерматоглифия вызвана редкой мутацией одного-единственного гена.

Чередование сна и бодрствования у человека контролирует ген hDEC2, его мутация сокращает необходимость сна до 4 часов.

Криогенетика достигла успеха в клонировании мыши, пробывшей замороженной 16 лет. Оживлять «полярников» ученые не научились, а вот клонировать их можно.

И немного о самой уникальной молекуле

  • 10 миллиардов километров, от земли до Плутона и обратно – вот длина человеческой ДНК, если ее разложить.
  • Напечатать весь геном человека при скорости 8 символов в секунду, работая по 8 часов в сутки, можно за 50 лет.
  • Всю информацию мира, что хранится в цифровом формате, можно уместить в двух граммах ДНК.
  • На «бессмертном» жестком диске, хранящемся на космической станции, на случай катастрофы помещены ДНК известных людей, в том числе Стивена Хокинга и Лэнса Армстронга.
  • В каждой клетке нашего тела каждая молекула ДНК около миллиона раз в сутки подвергается различным повреждениям. Однако мы еще живы – о, чудо!http://fb.ru/misc/i/gallery/48868/1766944.jpg

Подведем итог

Несмотря на успехи молекулярной биологии и наши познания о ДНК, на многие вопросы человечество пока не знает ответов. Кто знает, какие открытия ждут нас в будущем, избавится ли человечество от наследственных болезней и будет ли побеждено старение...