Сучасна генетика

Сучасна генетика, звана також молекулярної генетикою, - активно розвивається напрямок біології. Пізнання структури всіх видів нуклеїнових кислот і механізмів синтезу білків, а також розробка методів розмноження і рекомбінації ДНК відкрили надзвичайні можливості для молекулярної діагностики, лікування хвороб, виробництва вакцин, біологічних досліджень мутацій, розвитку селекції в рослинництві та тваринництві. Основи генетики були закладені Грегором Іоганном Менделем, який завдяки новаторським ідеям, правильному підбору дослідного матеріалу і експериментаторських здібностям першим сформулював закони спадковості.

Не знаючи структури речовини, що відповідає за спадковість, не маючи поняття про хромосомах, Мендель опублікував два основних закони. Німець Карл Еріх Корренс, голландець Хуго де Фріс та австрієць Еріх Чермак-Зейзенегга майже одночасно і незалежно один від одного вдруге відкрили і довели вже забуті закони Менделя. І якщо в першій половині XX століття стрімко розвивалася класична генетика і хромосомна теорія спадковості, то в другій половині століття - молекулярна генетика. Після того як Ервін Чаргафф встановив співвідношення пуринових і піримідинових основ у молекулах ДНК, а Моріс Уілкінс отримав високоякісні рентгенограми молекул ДНК, двом біологам - американцеві Джеймсу Уотсону і англійцю Френсісу Крику - вдалося створити модель просторової структури ДНК. Це відкриття дозволило пояснити множинні її властивості і біологічні функції і поклало початок молекулярної генетики. Розшифровка генетичного коду і пізнання механізму біосинтезу білка стали справжньою революцією в сучасній генетиці.

На рубежі 60 і 70 років XX століття вчені прийшли до висновку, що в клітинах бактерій знаходяться певні нуклеази, які діють зовсім інакше, ніж вивчені раніше, розривали молекулу ДНК в непередбачуваних місцях. Нові ж нуклеази розривали ДНК тільки в певних місцях, а також розпізнавали конкретні секвенції нуклеотидів. Ці ферменти назвали рестрикційний нуклеазами або рестріктазамі. Завдяки застосуванню відповідної комбінації рестриктаз і позначенню фрагментів ДНК, можна було визначати спорідненість молекул ДНК. Також виявилося, що деякі з рестриктаз розривають подвійний ланцюг ДНК так, що місця розриву в обох нитках знаходяться не навпроти один одного, а зі зміщенням на кілька підстав. Такий розрив молекули ДНК залишає на двох новопосталих кінцях короткі, що не спарені однонітевиє фрагменти, які називаються липкими кінцями, оскільки прагнуть до з`єднання, як тільки молекули знайдуть один одного в розчині.

За принципом комплементарності створюється подвійна нитка, якої не вистачає лише міцною хімічного зв`язку в місці попереднього розриву рестриктазой. Вчені знайшли ферменти, названі лігаза ДНК, які можуть відтворювати хімічні сполуки, розірвані рестриктазой.

Навчившись «вирізати» і «вшивати» різні фрагменти ДНК, вчені вирішили змусити живу клітину розмножувати фрагменти ДНК. Для цього вони взяли плазміди - кільцеві молекули ДНК, здатні розмножуватися автономно. Якщо за допомогою того ж рестрикционного ензиму отримати відповідний фрагмент ДНК і розірвати плазмід, тоді обидві його частини можна «зшити» за допомогою лігази, і розірваний плазмид знову зімкнеться в кільце - проте його розмір збільшиться за рахунок чужого, штучно впровадженого фрагмента ДНК.

Відео: Вітрувіанська людина і сучасна генетика

Тоді буде достатньо помістити бактерії в розчин з хлористим кальцієм, щоб вони поглинули знаходяться зовні приготовані молекули ДНК - швидкий розвиток колоній бактерій дозволить отримати нову ДНК у великих кількостях. Потім з препарату склонірованной ДНК рес-трікціонним ензимом можна вирізати відповідний фрагмент ДНК. Набагато складніше впровадити чужу ДНК в клітини більш складних організмів - ось чому клонування тварин і рослин відбувається досить рідко, а успішне проведення таких експериментів вважається великим науковим досягненням. У 1980 роки американські вчені отримали світяться в темряві рослини тютюну - причиною цього надзвичайного явища була успішна імплантація в гени тютюну фрагмента ДНК світлячка, що забезпечує нічний світіння цієї комахи.

Останнім часом в біології та медицині найбільш динамічно розвивається молекулярна діагностика, на основі якої проводяться генетичні дослідження людини для визначення загрози генетичних захворювань. Основною метою генної терапії є попередження спадкових захворювань. Тепер відкриваються абсолютно нові можливості для боротьби з хворобами, які раніше вважалися невиліковними. Великі надії покладаються на техніку імплантації, суть якої полягає у видаленні з тіла пацієнта клітин з генетичним дефектом і впровадження в них нормальних, функціональних копій гена, а потім повернення скоригованих клітин в тіло пацієнта.

Відео: Сучасна селекція рослин - Алішер Тураєв

Генетичні дослідження мають величезне значення для діагностування онкологічних захворювань, які виникають в результаті мутації певних генів, званих онкогенами. Генетика дозволяє сподіватися, що будуть знайдені як методи лікування пухлин, так і попередження їх утворення.