Kepada rahsia hidup (perspektif genetik)

Kejayaan biologi moden terutama berkaitan dengan cabang itu, yang disebut biologi molekul. Hasil yang sangat menarik telah dicapai dalam kajian keturunan - sifat organisma, yang sejak sekian lama tetap misteri. Para saintis berjaya mengungkap sifat gen tersebut. Selama berabad-abad ia kelihatan seperti sesuatu yang mistik, hampir tidak ada. Dan ternyata struktur kimia yang sangat nyata - sekeping asid deoksiribonukleik (DNA), yang merupakan pembawa maklumat genetik.

Kod genetik telah diuraikan - cara untuk merakam maklumat genetik keturunan yang telah dipilih oleh alam semula jadi. Kami tahu bahawa seseorang menggunakan pelbagai cara untuk merakam maklumat. Mekanikal - dalam buku, huruf individu, kata, frasa, ia dicetak pada mesin, kami mendapatkannya dalam bentuk cetakan. Kaedah magnetik untuk merakam maklumat digunakan dalam kejuruteraan elektrik. Terdapat satu optik - dalam pelbagai peranti video. Tetapi alam telah memilih cara yang sama sekali berbeza - kod genetik. Kini diketahui bahawa molekul asid deoksiribonukleik (DNA) terdiri daripada struktur kimia yang terpisah dan relatif sederhana. Hanya ada empat jenis. Bayangkan abjad empat huruf yang boleh digunakan untuk menulis semua ragam kata dan konsep. Jadi ada di sini: penggantian empat struktur asas dalam molekul asid deoksiribonukleik adalah catatan keturunan, maklumat genetik.

Para saintis telah mengkaji kemagnetan proses genetik. Sekarang kita tahu bahawa semua penyusunan semula yang berlaku dalam DNA (dan penyusunan semula inilah yang membawa kepada perubahan sifat keturunan organisma) dilakukan dengan bantuan pemangkin biologi - enzim. Di bawah mikroskop, penyusunan paling mudah nampaknya hanya mekanikal: mereka mengambil, misalnya, tongkat, yang merupakan molekul DNA seperti benang, dan memecahkannya, dan kemudian entah bagaimana ia dipasang lagi. Sebenarnya, semuanya lebih rumit ... Terdapat enzim khas yang membuat kerosakan ini dalam molekul DNA, dan enzim lain yang menjahit benang. Ini berlaku dengan penyusunan semula genetik yang lain. Sebilangan besar enzim telah ditemui yang turut serta dalam sintesis asid nukleik, dalam pelbagai penyusunan semula molekulnya.

Kini banyak yang diketahui mengenai mekanisme tindak balas kimia yang berlaku di dalam sel dan di seluruh organisma. Proses pembentukan dan penggunaan tenaga telah dikaji. Bioenergi sel sangat kompleks. Dalam teknologi, kita berurusan dengan penukaran tenaga terma. Tenaga haba tidak dapat digunakan di dalam sel. Terutama digunakan adalah tenaga kimia, yang ditukarkan menjadi tenaga mekanikal, misalnya, semasa pengecutan otot, yang dihabiskan untuk pergerakan nutrien, dan seumpamanya.

Kemajuan besar telah dibuat dalam kajian protein, asid nukleik, dan pelbagai struktur intraselular. Pengetahuan dikumpulkan pada kadar berubah. Semua ini adalah penemuan dari 50 tahun terakhir, dan jika kita bercakap mengenai yang paling penting - maka 25 tahun. Mereka mencipta biologi moden, membantu kita mendekati pengetahuan tentang rahsia hidup yang paling dalam.

Usaha untuk memperoleh pengetahuan tentang dunia sekitarnya adalah kemampuan seseorang yang kekal dan indah. Sains memperoleh pengetahuan - inilah tujuannya. Tetapi orang mempunyai hak untuk mengharapkan manfaat praktikal dari penyelidikan asas, dari pengetahuan tentang hukum alam. Mungkin, kita boleh membincangkan dua bentuk penggunaan pengetahuan secara praktikal - kelihatan dan tidak kelihatan.

Apa yang jelas bagi kita? Perkembangan genetik memungkinkan untuk membuat keturunan baru haiwan peliharaan, untuk mengembangkan jenis tanaman baru. Revolusi hijau yang telah berlaku adalah hasil langsung dari penyelidikan genetik.Pengetahuan mengenai struktur sebatian aktif biologi semula jadi membantu kimia mensintesis banyak ubat, tanpanya perubatan moden tidak dapat dibayangkan.

Hari ini, di negara kita dan di negara lain di dunia, terdapat industri yang luas yang menggunakan kaedah mikrobiologi untuk sintesis sebatian organik. Dengan cara ini, misalnya, protein mikroba diperolehi. Ragi ditanam pada hidrokarbon petroleum, alkohol cenderung ditanam pada gas tertentu seperti metana atau hidrogen dalam masa terdekat. Dan dari ragi, protein lengkap diperoleh, yang digunakan sebagai makanan untuk haiwan ternakan.

Semua ini dapat dilihat oleh semua orang. Tetapi apa yang dimaksudkan dengan "tidak kelihatan"? Inilah idea-idea yang ditimbulkan oleh sains asas. Di dalam makmal di mana idea-idea ini timbul, idea-idea tersebut mungkin tidak diterjemahkan secara langsung ke dalam praktik. Tetapi melalui sistem pendidikan tinggi dan dengan cara lain, idea menjadi hak milik banyak orang, dan terutama pakar yang bekerja di bidang pertanian, perubatan, dan industri. Dan di sana dana ilmu pengetahuan membuahkan hasil. Proses ini kadang-kadang sukar untuk dikesan, apalagi diukur, ia menyerupai aliran yang mengalir di bawah tanah, menyerap perairan lain di sana dan kemudian, di suatu tempat di kejauhan, keluar dalam bentuk aliran yang jauh lebih kuat daripada aliran yang memberinya kehidupan.

Idea untuk mencegah penyakit berjangkit dengan vaksinasi muncul pada mulanya sebagai teknik makmal sederhana dalam kajian fisiologi mikroorganisma. Perlu banyak masa dan usaha banyak pengamal untuk membuat berbagai vaksin, seluruh sistem langkah pemerintah untuk mencegah penyakit berjangkit - vaksinasi, katakan, terhadap cacar, melawan batuk kering, melawan polio. Dan tidak ada yang ingat lagi bahawa semuanya bermula dengan makmal, dengan tabung uji. Contoh yang lain. Industri antibiotik yang besar dan penggunaannya dalam rawatan banyak penyakit berasal dari pemerhatian yang rendah dari ahli mikrobiologi Inggeris Fleming, yang secara tidak sengaja menyedari bahawa cecair di mana dia menanam cetakan menghalang pertumbuhan mikroba.

Izinkan saya menarik perhatian anda kepada beberapa tugas yang telah ditetapkan oleh kehidupan moden untuk sains kita. Pertama sekali, kita bercakap mengenai penggunaan kaedah biologi untuk memelihara alam sekitar. Ambil racun perosak. Sebilangan besar daripadanya berbahaya bagi dunia hidup. Tetapi pada prinsipnya, anda boleh membuat racun perosak lain. Mereka akan memusnahkan perosak, tetapi tidak akan memberi kesan berbahaya kepada burung dan serangga yang bermanfaat, hanya kerana sebatian kimia ini mempunyai jangka hayat yang sangat pendek dan akan bertindak pada sebilangan kecil organisma. Atau yang lain. Pengeluaran minyak berkembang dengan ketara bukan sahaja di darat tetapi juga di luar pesisir. Dalam hal ini, bahaya pencemaran minyak dan produknya dari Lautan Dunia sangat besar. Untuk pembersihan, anda boleh menggunakan mikroorganisma dengan berkesan yang memakan minyak dan sekaligus memusnahkannya.

Ahli biologi mesti menentukan tahap bahaya terhadap alam sekitar dan manusia industri perindustrian tertentu, yang sampah memasuki atmosfera, air, dan tanah. Memperhatikan kesan berbahaya, menentukan ukurannya - bermaksud mengambil langkah pertama untuk menghapuskannya. Sesungguhnya, akibat buruk dari pengurusan terhadap alam semula jadi sering dikaitkan dengan kejahilan kita. Ini memang berlaku, dengan cara itu, dengan racun perosak - ketika itu orang tidak membayangkan sejauh mana fenomena negatif itu boleh terjadi akibat penggunaannya secara meluas.

Kemanusiaan berhak mengharapkan dari biologi penyelesaian masalah penting seperti memerangi barah dan penyakit keturunan. Sejauh ini hanya ada kemungkinan, perhitungan dan harapan tertentu di sini. Tetapi, berdasarkan seberapa cepat sains berkembang saat ini, waktunya tidak jauh ketika beberapa kaedah yang berkesan dapat dicadangkan untuk memerangi penyakit ini.

Satu soalan lagi.Semua proses kimia dalam badan adalah enzimatik. Mereka pergi dengan bantuan pemangkin biologi yang disebut - protein enzim. Dalam industri kimia, pemangkin juga digunakan - pemecut reaksi, tetapi ia bukan organik, sekurang-kurangnya bukan bahan protein. Tidak perlu secara khusus mengatakan bahawa proses biokimia berlaku dalam keadaan yang lebih ringan, proses ini jauh lebih berkesan. Mungkin, dalam masa terdekat, seseorang akan mula menggunakan lebih banyak reaksi kimia yang berlaku di dalam badan, dan untuk tujuan industri. Masa depan teknologi tidak diragukan lagi dikaitkan dengan biologi.

Kami sibuk sekarang dengan masalah kejuruteraan genetik. Ini adalah arah baru dalam biologi molekul, ia telah wujud kurang dari lima tahun - tempoh yang sangat singkat untuk sains. Tetapi arah ini sangat menarik dan menjanjikan. Matlamat kejuruteraan genetik adalah untuk membuat buatan, di makmal, struktur genetik baru. Setelah menguraikan kod genetik, setelah mempelajari mekanisme pelbagai transformasi genetik, setelah belajar mengasingkan enzim yang melakukan penyusunan semula genetik DNA, para saintis dapat menetapkan tugas tersebut.

Tidak kira seberapa sederhana eksperimen ini, kenyataannya tetap tidak dapat dibantah: untuk pertama kalinya, manusia dapat menggabungkan dalam tabung uji menjadi satu struktur genetik tunggal yang wujud secara berasingan. Penggabungan mereka bukan hasil dari perlanggaran molekul secara rawak, tetapi merupakan hasil pilihan yang sedar dan rancangan yang bijaksana. Bagaimanapun, perkara-perkara baru dalam sains dan teknologi sering muncul dalam bentuk yang sangat sederhana dan tidak selalu dinilai dengan betul sejak awal. Hukum genetik, misalnya, yang ditetapkan oleh G. Mendel, tidak diperhatikan oleh orang-orang sezaman, dan undang-undang tersebut harus dijumpai semula 40 tahun kemudian.

Apa prospek kejuruteraan genetik yang terbuka, apa yang dijanjikan kepada kita?

Banyak perkara. Pertama sekali, dalam bidang perubatan, dalam memerangi penyakit keturunan. Biasanya, ia berkaitan dengan kecacatan pada salah satu daripada ribuan gen yang terdapat di dalam tubuh manusia. Kejuruteraan genetik pada dasarnya membolehkan sebarang gen dibuat di makmal. Dan setelah menerima gen, kita dapat memperoleh hasil kerja gen ini dan menggunakannya untuk mengimbangi kecacatan keturunan dengan bantuan terapi gen - mewujudkan, untuk itu, prostesis genetik.

Teknik kejuruteraan genetik juga boleh digunakan untuk menghasilkan hormon. Kemungkinan besar, insulin akan segera dihasilkan dengan cara ini. Daripada menerimanya di tempat penyembelihan dari babi atau lembu, ia akan diperoleh dalam kultur bakteria. Dengan memaksakan gen asing pada mikroorganisma, kita dapat memaksa mereka menghasilkan hormon yang diperlukan dalam jumlah yang hampir tidak terhad.

Secara semula jadi, ini bukan satu-satunya aplikasi kejuruteraan genetik. Terapi gen nampaknya berada di luar bidang fantasi. Hampir tidak ada gen yang diperoleh untuk rawatan penyakit. Tetapi pengalaman beberapa dekad kebelakangan ini menunjukkan seberapa cepat penyelidikan berkembang jika berdasarkan teori yang betul dan dijalankan dengan menggunakan kaedah yang boleh dipercayai. Oleh itu, saya akan mengatakan: fantasi ini tidak berasas. Ini bukan sekadar khayalan, tetapi pengukuran sebenar, tugas yang kita hadapi dan yang akan diselesaikan dalam masa terdekat.

Bolehkah kesan negatif dari kemajuan dapat dicegah? Mereka boleh dicegah. Sebenarnya, apa kaitannya dengan mereka? Sebagai peraturan, dengan tidak lengkapnya pengetahuan kita, dengan fakta bahawa kita tidak selalu dapat menilai sepenuhnya dan meramalkan hasil yang mungkin. Sekiranya tidak semua konsekuensi dapat diramalkan sebelumnya, adalah perlu untuk menilai mereka pada skala maksimum dan mengambil semua langkah berjaga-jaga terlebih dahulu.

Kerja sedang dijalankan untuk menghilangkan sejumlah kesan berbahaya. Di perusahaan perindustrian, pembangunan fasilitas perawatan telah digunakan secara meluas, pengendalian terhadap efluen dan pelepasan ke atmosfer menjadi lebih ketat, dan siklus produksi tertutup sedang dibuat.Ahli kimia sedang mengusahakan racun perosak "tidak berbahaya", bahan sintetik dicipta yang akan "bernafas", dan banyak lagi.

Terdapat semacam dialektik dalam hal ini: kejayaan sains akan membantu menghilangkan akibat buruk dari kemajuan sains dan teknologi. Kini para saintis mengusahakan masalah fiksasi nitrogen biologi. Apa gunanya? Penggunaan baja nitrogen adalah kemajuan yang tidak diragukan lagi. Mereka menguntungkan ladang dan meningkatkan hasil. Tetapi nitrogen mineral juga mempunyai akibat negatif - sebatian nitrogen dihanyutkan ke dalam badan air, menyebabkan perkembangan flora yang tidak diingini di sana, yang memperburuk komposisi air. Bolehkah anda buat tanpa baja? Sudah tentu, tidak sama sekali dengan pertanian intensif, tetapi anda dapat mengurangkan penggunaannya. Telah diketahui bahawa kekacang (kacang soya, misalnya) mengasimilasi nitrogen dari udara. Pada akarnya terdapat bola kecil - koloni bakteria yang hidup dalam simbiosis dengan tanaman. Mereka mempunyai kemampuan untuk mengikat nitrogen atmosfera dan mengubahnya menjadi bentuk yang mudah diserap oleh soya.

Sekiranya mikroorganisma dijumpai yang dapat hidup di akar bijirin dan mengikat nitrogen atmosfera, kemungkinan baja kurang digunakan pada tanah. Penjimatan yang luar biasa ini dijanjikan, bagaimana ia akan membantu pemuliharaan alam semula jadi! Ke arah mana carian dijalankan? Dan yang tradisional - mengikut pilihan. Dan melalui kejuruteraan genetik. Bayangkan: kita memindahkan gen untuk mengasimilasikan nitrogen atmosfer dari bakteria nodul ke bakteria lain yang boleh hidup dalam simbiosis dengan gandum atau bahkan di daun bijirin ...

Banyak yang dapat diselesaikan bukan dengan perbaikan kecil terhadap kaedah yang ada, baik itu teknik atau metode pertanian, tetapi dengan perubahan mendasar, berkat penemuan baru yang mendasar. Inilah masa depan. Kemanusiaan belum menghabiskan banyak cara untuk mencegah akibat negatif yang berkaitan dengan pembangunan masyarakat.

A. Baev

Penerbitan serupa

Bagaimana struktur protein dibina

Apa itu sangkar?

Interferon menang