Ера ДНК. Сховище генетичної інформації

Новий прорив у вивченні спадковості був здійснений в 1930-ті – 1950-ті рр. Ученим вдалося проникнути ще глибше в клітку і хромосому і описати речовина, яка безпосередньо відповідає за генетичну інформацію. Здавалося б, що ще можна вивчати? Роль хромосом у спадковості вже ні для кого не була секретом. Але тут можна навести такий образний приклад. Людина може навчитися водити машину, особливо не вникаючи в роботу її механізмів. Якщо автомобіль затихне – такий водій розбереться в причинах, тільки якщо вони будуть, як кажуть, лежать на поверхні. У разі складної поломки власник машини не зможе вирішити проблему. Генетики першої третини XX ст. частково нагадували таких автомобілістів. Вони вирішили багато питань спадковості, але окремі моменти передачі ознак, успадкування захворювань та механізму роботи генів раніше були неочевидні. Нова сторінка в історії генетики була відкрита, коли на перший план вийшла абревіатура, відома сьогодні кожному школяреві – ДНК. Дезоксирибонуклеїнова кислота. Відома, але зрозуміла?

Найдивовижніше, що ДНК як хімічна речовина була отримана ще в 1869 р., але тоді відкриття не надали особливого значення. Діло було так. Одного разу швейцарський фізіолог і хімік Іоганн Фрідріх Мішер (1844-1895 рр.), досліджуючи клітини гною, що залишилися на старих бинтах, виявив у складі їх ядер дивну небелковую субстанцію (у той час вважалося, що основою тваринної клітини є білок). Вчений назвав її нуклеином (від лат. nucleus – ядро). (Насправді Йоганн Фрідріх Мішер відкрив два схожих речовини – ДНК і РНК – рибонуклеиновую кислоту, але в той час різниця між ними не була досконально вивчена). Після того як з’ясувалося, що у речовини мають властивості кислоти, його стали іменувати нуклеїнової кислотою. Але функції цієї кислоти довгий час залишалися нез’ясованими. Поступово встановили, що вона містить азот, кисень і в значній кількості фосфор. Найбільш популярне пояснення наголошувала, що нуклеїнова кислота – це просто сховище фосфору, який, мабуть, навіщо необхідний клітинам. Пов’язати це речовина з питаннями спадковості вчені не могли протягом кількох десятиліть, хоча досить швидко було встановлено, що склад нуклеина і вже знайомого вам хроматину в складі хромосом досить схожі. Багато дослідників вважали, що нуклеїнова кислота «дуже проста», щоб утримувати складну генетичну інформацію, і приділяли увагу в основному білкових сполук: саме білки вважали відповідальними за спадковість.

Дослідження, які остаточно довели «керівну» роль ДНК у питаннях генетики, провів у 1944 р. співробітник Рокфеллерівського університету в Нью-Йорку Освальд Евері (1877-1955 рр.). Він відштовхувався від дослідів англійця Фредеріка Гріффіта (1879-1941 рр.), пов’язаних з вивченням пневмококів – бактерій, що викликають пневмонію. Гріффіт звернув увагу на цікавий факт: безпечні, невирулентные форми пневмококів (їх ще називали шорсткими з-за того, як вони виглядали під мікроскопом) у ряді випадків могли трансформуватися в небезпечні вірулентні, або гладкі, штами. З’ясувалося це так: лабораторним мишам ввели одночасно живі невирулентные пневмококи і вбиті нагріванням вірулентні. Через деякий час велика частина мишей загинула, а в їх крові були виявлені живі вірулентні пневмококи. Гріффіт припускав, що небезпечні вірулентні бактерії якимось чином трансформували безпечні, отже, повинен бути якийсь фактор, який за це відповідає.

Евері зі своїми колегами вирішив з’ясувати, що ж це за фактор. Вони піддали бактерії – як безпечні, так і вірулентні – різноманітним впливам. Нагадаємо, у той час вважалося, що основну генетичну інформацію несуть білки, отже, руйнування білка повинно повністю убезпечити вирулентный пневмокок. Але дезактивація білка не дала результатів. Руйнування клітинних стінок теж ні до чого не призвело. Під час нових дослідів за зразком проведених Гріффітом миші продовжували гинути. Так, практично методом виключення, Освальд Евері з’ясував, що тільки одна речовина може бути причиною трансформації безпечних бактерій в небезпечні – це ДНК-дезоксирибонуклеїнова кислота. Різноманітні способи впливу на бактерію руйнували різні її елементи, але ДНК залишалася неушкодженою. В ході експерименту невирулентные пневмококи захоплювали її, отримували нові властивості і в підсумку вбивали мишей.

Через кілька років, у 1952 р., висновки Евері були підтверджені дослідами американських генетиків Алфреда Херші (1908-1997 рр.) і Марти Чейз (1927-2003 рр.). Цікаво, що заслуги Херші в 1969 р. були відзначені Нобелівською премією. А Освальд Евері такої не отримав…

Якщо ДНК несе в собі і передає таку важливу інформацію, то яким чином вона це робить?

Наступною сходинкою дослідної роботи повинно було стати опис молекулярної структури дезоксирибонуклеїнової кислоти. Дослідження йшли паралельно в США і Великобританії, але самі серйозні досягнення були зроблені групою вчених, якою керував в Королівському коледжі Лондона Моріс Уілкінс (1916-2004 рр.): на початку 1950-х рр. вони отримали рентгенівські знімки структури ДНК. Ймовірно, найбільший внесок у роботу групи внесла Розалінд Франклін (1920-1958 рр.). Саме їй належала ідея використовувати рентгенівські промені у вивченні складних біологічних молекул. Але, на жаль, згодом вона не знайшла спільної мови з іншими членами групи і відійшла від досліджень. А дружба-суперництво Моріса Уілкінса з працювали в Кембриджі Джеймсом Уотсоном (1928 р.) і Френсісом Криком (1916-2004 рр.) призвела до того, що між двома університетами розгорнулося чисте змагання. Опубліковані в 1953 р. результати досліджень структури ДНК були підписані іменами Крику і Уотсона.

Як можна коротко викласти їх?

Будь-яка ДНК – це дуже, дуже довга молекула. Вона складається з так званих нуклеотидів – ці речовини є джерелами енергії, сприяють активації різноманітних процесів у клітині, грають роль сполучника. Всього нуклеотидів чотири види: аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г), цитозин (Ц). Вони в строгому порядку вибудовуються в ланцюжок, причому в кожній молекулі ДНК таких ланцюжків дві. Вони спірально закручуються навколо один одного. Ланцюжки не розвалюються і не переплутуються, так як складові їх нуклеотиди комплементарны один одному: їх хімічні властивості забезпечують міцний зв’язок. Щоб нитка ДНК стала ще більш компактною, вона не тільки закручується по спіралі, але і може змотуватися, майже як нитка, в клубок.

Тепер повернемося до неодноразово встречавшемуся поняття «ген». Кожен ген, наприклад, відповідальний за групу крові, колір очей та інші характеристики організму, являє собою визначену ділянку ДНК, що складається з жорстко закріпленою комбінації-послідовності нуклеотидів. Кількість їх в гені незмінно.

Всі гени того або іншого організму позначаються загальним поняттям «геном». Вперше термін був запропонований ще в 1920 р. біологом Гансом Вінклером (1877-1945 рр..), але, як бачите, для більш чіткого розуміння знадобилося кілька десятиліть. Кожен геном ділиться на певну кількість молекул ДНК, а одна пара молекул ДНК становить хромосому. У кожного організму строго певне число хромосом: у людини – 46 (23 пари), у шимпанзе – 48 (24 пари), у шакала – 78 (39 пар), у кукурудзи – 20 (10 пар). Причому ген, відповідальний за той чи інший ознака, завжди локалізований у певному місці певної хромосоми! Відповідно, з розвитком генетики всі хромосоми в тому чи іншому організмі було вирішено пронумерувати.

У процесі поділу клітини молекули ДНК копіюється в хромосомах. ДНК люблять порівнювати із закодованою матрицею, оскільки закріплену на ній інформацію треба розшифрувати і перенести до інших частин клітини. У ролі переносника виступає РНК – рибонуклеїнова кислота, завдяки деяким особливостям свого хімічного складу володіє здатністю (на відміну від ДНК) проникати з ядра в цитоплазму клітини. Приблизно процес можна представити так: особливий фермент копіює активні гени ДНК, нанизуючи їх на основу, в результаті з’являється РНК. Вона покидає ядро клітини, після чого в цитоплазмі особливі структури – рибосоми – зчитують інформацію і в ході складних хімічних реакцій формують білок, який буде виконувати подальшу будівельну роботу. Можна сказати, що ген, як комп’ютерна програма, планує подальшу роботу білків та відтворення ознак і властивостей організму. У всіх організмів на Землі – від найпростіших до найскладніших – спадковість закодована в жорстких послідовностях нуклеотидів в ДНК.

Повертаючись до вчених, які займалися розшифровкою структури ДНК, скажімо, що в 1962 р. Джеймс Уотсон, Моріс Уілкінс і Френсіс Крік отримали Нобелівську премію з фізіології і медицини «за відкриття, що стосуються молекулярної структури нуклеїнових кислот та їх значення для передачі інформації в живих системах». Розалінд Франклін, чий внесок у роботу над структурою ДНК складно переоцінити, померла в 1958 р. Нобелівським лауреатом вона не стала – посмертно премія не присуджується.

У наступні роки було зроблено багато важливих відкриттів. Повертаючись до теми мутацій (яка в більшості випадків викликається якимось пошкодженням ланцюжка ДНК), скажімо, що дослідження виявили дуже вузьку спрямованість ряду мутагенів. Більшість з них впливають тільки на певні нуклеотиди (аденін, гуанін і так далі). Це дає можливість цілеспрямовано впливати на певні ділянки ДНК, щоб отримати той чи інший результат. Втім, як ми пам’ятаємо, тема індукованих мутацій – одна з найбільш складних з моральної точки зору. І в останні роки дискусії з приводу етичності тих чи інших досліджень, пов’язаних з втручанням в структуру ДНК, відбуваються все частіше. Правда, розвиток і вдосконалення лабораторної техніки дозволяє проводити генетичні дослідження на мікроорганізмах, що трохи заспокоює охоронців моралі.

����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������°����¯�¿�½������³����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������·����¯�¿�½������º����¯�¿�½������°...
ПОДІЛИТИСЯ: