Dzīvo noslēpumiem (ģenētikas perspektīvas) |
|
Ģenētiskais kods ir atšifrēts - veids, kā reģistrēt iedzimtu ģenētisko informāciju, kuru daba ir izvēlējusies. Mēs zinām, ka persona izmanto dažādus informācijas ierakstīšanas veidus. Mehāniski - grāmatās, atsevišķos burtos, vārdos, frāzēs tie tiek iespiesti uz mašīnām, mēs tos iegūstam izdruku formā. Informācijas reģistrēšanas magnētiskā metode tiek izmantota elektrotehnikā. Ir optiskais - dažādās video ierīcēs. Bet daba ir izvēlējusies pavisam citu ceļu - ģenētisko kodu. Tagad ir zināms, ka dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekula sastāv no atsevišķām, salīdzinoši vienkāršām ķīmiskām struktūrām. Ir tikai četras šķirnes. Iedomājieties četru burtu alfabētu, ar kuru var rakstīt dažādus vārdus un jēdzienus. Tā tas ir šeit: četru elementāru struktūru maiņa dezoksiribonukleīnskābes molekulā ir iedzimtas, ģenētiskas informācijas ieraksts. Zinātnieki ir izpētījuši ģenētisko procesu magnētismu. Tagad mēs zinām, ka visi DNS pārkārtošanās gadījumi (un tieši šie pārkārtojumi noved pie organismu iedzimto īpašību izmaiņām) tiek veikti ar bioloģisko katalizatoru - enzīmu palīdzību. Mikroskopā visvienkāršākie pārkārtojumi, šķiet, ir tīri mehāniski: viņi paņēma, piemēram, nūju, kas izskatās pēc pavedienveida DNS molekulas, un salauza to, un pēc tam kaut kā atkal to salaboja. Patiesībā viss ir sarežģītāk ... Ir īpaši fermenti, kas padara šo pārtraukumu DNS molekulā, un citi fermenti, kas šuj pavedienu. Tas ir gadījumā ar citiem ģenētiskiem pārkārtojumiem. Ir atklāts milzīgs skaits enzīmu, kas piedalās nukleīnskābju sintēzē, dažādos to molekulu pārkārtojumos. Tagad ir daudz zināms par ķīmisko reakciju mehānismiem, kas notiek šūnā un visā organismā. Ir pētīti enerģijas veidošanās un izmantošanas procesi. Šūnu bioenerģija ir ļoti sarežģīta. Tehnoloģijā mums ir darīšana ar siltumenerģijas pārveidošanu. Būrī nevar izmantot siltumenerģiju. Galvenokārt tiek izmantota ķīmiskā enerģija, kas tiek pārveidota mehāniskajā enerģijā, piemēram, muskuļu kontrakcijas laikā, iztērēta barības vielu kustībai un tamlīdzīgi. Lieli panākumi gūti olbaltumvielu, nukleīnskābju un dažādu intracelulāro struktūru izpētē. Zināšanas tiek uzkrātas mainīgā ātrumā. Tie visi ir pēdējo 50 gadu atklājumi, un, ja mēs runājam par vissvarīgāko - tad 25 gadus. Viņi radīja mūsdienu bioloģiju, palīdzēja mums tuvināties zināšanām par dzīvo iekšējiem noslēpumiem.
Kas mums ir acīmredzams? Ģenētikas attīstība ļāva izveidot jaunas mājdzīvnieku šķirnes, izstrādāt jaunas augu šķirnes. Notikusī zaļā revolūcija ir tiešs ģenētisko pētījumu rezultāts.Zināšanas par dabiski bioloģiski aktīvo savienojumu struktūru palīdzēja ķīmijai sintezēt daudzas zāles, bez kurām mūsdienu medicīnu nevar iedomāties. Mūsdienās mūsu valstī un citās pasaules valstīs ir plaša nozare, kas organisko savienojumu sintēzei izmanto mikrobioloģiskas metodes. Tādā veidā, piemēram, iegūst mikrobu olbaltumvielu. Raugs tiek audzēts uz naftas ogļūdeņražiem, un tuvākajā nākotnē alkohols, visticamāk, tiks audzēts uz dažām gāzēm, piemēram, metāna vai ūdeņraža. No rauga iegūst pilnīgu olbaltumvielu, ko izmanto kā lauksaimniecības dzīvnieku barību. Tas viss ir redzams visiem. Bet ko nozīmē "neredzamais"? Šīs ir idejas, kuras rada fundamentālā zinātne. Laboratorijā, kurā rodas šīs idejas, tās var netikt tieši realizētas praksē. Bet, izmantojot augstākās izglītības sistēmu un citādi, idejas kļūst par daudzu īpašnieku, it īpaši speciālistu, kas strādā lauksaimniecībā, medicīnā un rūpniecībā, īpašumu. Un tur zināšanu zelta fonds nes augļus. Šo procesu dažkārt ir grūti pat izsekot, nemaz nerunājot par kvantitatīvu izteikšanu, tas atgādina straumi, kas iet pazemē, absorbē tur citus ūdeņus un pēc tam kaut kur tālumā iziet straumes veidā, kas ir daudz spēcīgāka nekā šī viļņošanās, kas viņam deva dzīve. Ideja novērst infekcijas slimības ar vakcināciju sākumā parādījās kā vienkārša laboratorijas tehnika mikroorganismu fizioloģijas izpētei. Lai radītu dažādas vakcīnas, veselu valdības pasākumu sistēmu infekcijas slimību profilaksei, bija vajadzīgs laiks un daudzu ārstu pūles. vakcinācijas, teiksim, pret bakām, pret tuberkuloze, pret poliomielītu. Un neviens vairs neatceras, ka viss sākās ar laboratoriju, ar mēģeni. Vēl viens piemērs. Milzīgā antibiotiku nozare un to izmantošana daudzu slimību ārstēšanai radās no angļu mikrobiologa Fleminga pazemīgā novērojuma, kurš nejauši pamanīja, ka šķidrums, kurā viņš audzēja pelējuma, novērš mikrobu augšanu. Ļaujiet man pievērst jūsu uzmanību vairākiem uzdevumiem, kurus mūsdienu dzīve ir izvirzījusi mūsu zinātnei. Pirmkārt, mēs runājam par bioloģisko metožu izmantošanu vides saglabāšanai. Veikt pesticīdus. Daudzi no tiem ir kaitīgi dzīvajai pasaulei. Bet principā jūs varat izveidot citus pesticīdus. Tie iznīcinātu kaitēkļus, bet tiem nebūtu kaitīgas ietekmes uz putniem un labvēlīgiem kukaiņiem, tikai tāpēc, ka šiem ķīmiskajiem savienojumiem būtu ļoti īss mūžs un tie iedarbotos uz ierobežotu organismu loku. Vai kaut kas cits. Naftas ieguve tagad ievērojami paplašinās ne tikai uz sauszemes, bet arī jūrā. Šajā sakarā naftas un tās produktu piesārņojuma bīstamība Pasaules okeānā ir liela. Tīrīšanai jūs varat ļoti efektīvi izmantot mikroorganismus, kas barojas ar eļļu un vienlaikus to iznīcina. Biologiem jānosaka bīstamības pakāpe videi un cilvēkiem dažās rūpniecības nozarēs, kuru atkritumi nonāk atmosfērā, ūdenī un augsnē. Pievērst uzmanību kaitīgajām sekām, noteikt to lielumu - nozīmē spert pirmo soli to novēršanai. Patiešām, ļoti bieži pārvaldības nelabvēlīgās sekas dabai galvenokārt ir saistītas ar mūsu nezināšanu. Tā tas notika, starp citu, ar pesticīdiem - tad cilvēki vienkārši neiedomājās to negatīvo parādību apjomu, pie kurām to plaša lietošana varētu novest. Cilvēcei ir tiesības no bioloģijas sagaidīt tādu svarīgu problēmu risinājumu kā cīņa ar vēzi un iedzimtām slimībām. Pagaidām šeit ir tikai noteiktas iespējas, aprēķini un cerības. Bet, spriežot pēc tā, cik ātri zinātne attīstās mūsdienās, nav tālu laiks, kad var ieteikt dažas efektīvas metodes šo slimību apkarošanai.
Tagad mēs esam aizņemti ar gēnu inženierijas problēmām. Tas ir jauns virziens molekulārajā bioloģijā, tas pastāv mazāk nekā piecus gadus - ļoti īsu laiku zinātnei. Bet šis virziens ir ārkārtīgi interesants un daudzsološs. Gēnu inženierijas mērķis ir mākslīgi laboratorijā radīt jaunas gēnu struktūras. Atšifrējis ģenētisko kodu, izpētījis dažādu ģenētisko transformāciju mehānismus, iemācījies izolēt fermentus, kas veic DNS ģenētisko pārkārtošanu, zinātnieki varēja sev izvirzīt šādu uzdevumu. Lai cik pieticīgi šie eksperimenti varētu šķist, fakts paliek neapgāžams: pirmo reizi cilvēks mēģenē varēja apvienoties vienā veselā ģenētiskajā struktūrā, kas dabā pastāv atsevišķi. Viņu apvienošanās nebija nejaušas molekulu sadursmes rezultāts, bet gan apzinātas izvēles un pārdomāta plāna rezultāts. Galu galā jaunas lietas zinātnē un tehnoloģijā bieži parādās ļoti pieticīgā formā, un tās ne vienmēr tiek pareizi novērtētas jau pašā sākumā. Piemēram, G. Mendela izveidotos ģenētikas likumus laikabiedri nepamanīja, un tie bija jāatklāj no jauna pēc 40 gadiem. Kādas izredzes paver gēnu inženierija, ko tā mums sola? Daudz lietas. Pirmkārt, medicīnā, cīņā pret iedzimtām slimībām. Parasti tie ir saistīti ar defektiem vienā no tūkstošiem gēnu, kas atrodami cilvēka ķermenī. Gēnu inženierija būtībā ļauj laboratorijā izgatavot jebkuru gēnu. Un, saņēmuši gēnu, mēs varam iegūt šī gēna darba produktu un izmantot to, lai ar gēnu terapijas palīdzību kompensētu iedzimtu defektu - izveidojot, tā teikt, ģenētisko protēzi. Hormonu ražošanai var izmantot arī gēnu inženierijas paņēmienus. Visticamāk, drīz šādā veidā tiks ražots insulīns. Tā vietā, lai to saņemtu kautuvē no cūkām vai liellopiem, to iegūs baktēriju kultūrā. Uzliekot svešus gēnus mikroorganismiem, mēs varam piespiest tos ražot nepieciešamo hormonu gandrīz neierobežotā daudzumā. Protams, tie nav vienīgie gēnu inženierijas pielietojumi. Gēnu terapija, šķiet, ir ārpus fantāzijas jomas. Gandrīz neviens gēns slimību ārstēšanai vēl nav iegūts. Bet pēdējo desmitgažu pieredze ir parādījusi, cik ātri pētījumi attīstās, ja tie balstās uz pareizu teoriju un tiek veikti, izmantojot uzticamas metodes. Tāpēc es teikšu: šī fantāzija nav pamatota. Tā pat nav fantāzija, bet reāli mērījumi, uzdevumi, ar kuriem mēs saskaramies un kuri tiks atrisināti diezgan tuvā nākotnē. Vai var novērst progresa negatīvās sekas? Tos var novērst. Patiesībā, ar ko tie ir saistīti? Parasti ar mūsu zināšanu nepilnīgumu un to, ka mēs ne vienmēr varam pilnībā novērtēt un paredzēt iespējamos rezultātus. Ja ne visas sekas var paredzēt iepriekš, ir jānovērtē tās maksimālajā mērogā un iepriekš jāveic visi piesardzības pasākumi.
Tajā ir sava veida dialektika: zinātņu panākumi palīdzēs novērst zinātniskā un tehnoloģiskā progresa kaitīgās sekas. Tagad zinātnieki strādā pie bioloģiskā slāpekļa fiksācijas problēmas. Kāda jēga? Slāpekļa mēslošanas līdzekļu izmantošana ir neapšaubāms progress. Tie dod labumu laukiem un palielina ražu. Bet minerālajam slāpeklim ir arī negatīvas sekas - slāpekļa savienojumi tiek izskaloti ūdenstilpēs, izraisot tur nevēlamas floras attīstību, kas pasliktina ūdens sastāvu. Vai jūs varat iztikt bez mēslošanas līdzekļiem? Protams, vispār ne ar intensīvu lauksaimniecību, bet jūs varat samazināt to izmantošanu. Ir zināms, ka pākšaugi (piemēram, sojas pupas) asimilē slāpekli no gaisa. Uz to saknēm ir mazas bumbiņas - baktēriju kolonijas, kas dzīvo simbiozē ar augiem. Viņiem ir iespēja saistīt atmosfēras slāpekli un pārveidot to formā, kuru soja var viegli absorbēt. Ja tiks atrasti mikroorganismi, kas var dzīvot uz graudaugu saknēm un saistīt atmosfēras slāpekli, augsnē varēs būt mazāk mēslojuma. Kādus milzīgus ietaupījumus tas sola, kā tas palīdzēs saglabāt dabu! Kuros virzienos notiek meklējumi? Un uz tradicionālajiem - pēc atlases. Un ar gēnu inženierijas palīdzību. Iedomājieties: mēs nododam gēnus atmosfēras slāpekļa asimilēšanai no mezglu baktērijām citās baktērijās, kas varētu dzīvot simbiozē ar kviešiem vai pat graudaugu lapās ... Daudz ko var atrisināt nevis ar nelieliem esošo metožu uzlabojumiem, neatkarīgi no tā, vai tās ir tehniskas vai lauksaimniecības metodes, bet ar fundamentālām izmaiņām, pateicoties principiāli jauniem atklājumiem. Tā ir nākotne. Cilvēce nav izsmēlusi veidus, kā novērst negatīvās sekas, kas saistītas ar sabiedrības attīstību. A. Baev |
Mūsdienu bioloģijas panākumi galvenokārt ir saistīti ar tās nozari, ko sauc par molekulāro bioloģiju. Īpaši pārsteidzoši rezultāti tika iegūti, pētot iedzimtību - organismu īpašības, kas ilgu laiku palika noslēpumainas. Zinātniekiem ir izdevies atklāt gēna būtību. Gadsimtiem ilgi tas šķita kaut kas mistisks, gandrīz nepastāv. Un izrādījās, ka tā ir ļoti reāla ķīmiska struktūra - noteikts dezoksiribonukleīnskābes (DNS) gabals, kas ir ģenētiskās informācijas nesējs.
Cenšanās pēc apkārtējās pasaules zināšanām ir cilvēka mūžīgas un brīnišķīgas spējas. Zinātne iegūst zināšanas - tas ir tās mērķis. Bet cilvēkiem ir tiesības sagaidīt praktiskus ieguvumus no fundamentālajiem pētījumiem, no dabas likumu zināšanām. Iespējams, mēs varam runāt par divām zināšanu praktiskas izmantošanas formām - redzamām un neredzamām.
Vēl viens jautājums.Visi ķīmiskie procesi organismā ir fermentatīvi. Viņi iet ar tā saukto bioloģisko katalizatoru - enzīmu olbaltumvielu - palīdzību. Ķīmijas rūpniecībā tiek izmantoti arī katalizatori - reakciju paātrinātāji, taču tie nav organiski, vismaz ne olbaltumvielas. Nav īpaši jāsaka, ka bioķīmiskie procesi noris vieglākos apstākļos, tie ir daudz efektīvāki. Iespējams, ka tuvākajā nākotnē cilvēks sāks plašāk izmantot ķīmiskās reakcijas, kas notiek organismā, un rūpnieciskām vajadzībām. Tehnoloģiju nākotne neapšaubāmi ir saistīta ar bioloģiju.
Tiek strādāts pie vairāku kaitīgu seku novēršanas. Rūpniecības uzņēmumos attīrīšanas iekārtu būvniecība ir plaši izmantota, notekūdeņu un emisiju kontrole atmosfērā ir kļuvusi stingrāka un tiek izveidoti slēgti ražošanas cikli.Ķīmiķi strādā pie "nekaitīgiem" pesticīdiem, tiek radīti sintētiski materiāli, kas "elpos", un daudz kas cits.
| Dmitrijs Iosifovičs Ivanovskis | Bioloģiskie paātrinātāji |
|---|
Jaunas receptes
