Đối với những bí mật của cuộc sống (quan điểm của di truyền học)

Những thành công của sinh học hiện đại chủ yếu gắn liền với nhánh đó của nó, được gọi là sinh học phân tử. Các kết quả đặc biệt nổi bật đã đạt được trong nghiên cứu về tính di truyền - đặc tính của các sinh vật, điều mà trong một thời gian dài vẫn còn là bí ẩn. Các nhà khoa học đã tìm cách tiết lộ bản chất của gen. Trong nhiều thế kỷ, nó dường như là một thứ gì đó thần bí, gần như không tồn tại. Và hóa ra đó là một cấu trúc hóa học rất thực - một đoạn nhất định của axit deoxyribonucleic (DNA), chất mang thông tin di truyền.

Mã di truyền đã được giải mã - một cách ghi lại thông tin di truyền di truyền mà thiên nhiên đã chọn. Chúng tôi biết rằng một người sử dụng các cách ghi thông tin khác nhau. Cơ học - trong sách, các chữ cái, từ, cụm từ riêng lẻ, chúng được in trên máy, chúng tôi nhận được chúng ở dạng bản in. Phương pháp ghi thông tin từ tính được sử dụng trong kỹ thuật điện. Có một quang học - trong các thiết bị video khác nhau. Nhưng thiên nhiên đã chọn một cách hoàn toàn khác - mã di truyền. Hiện nay người ta đã biết rằng phân tử axit deoxyribonucleic (DNA) được cấu tạo từ các cấu trúc hóa học riêng biệt, tương đối đơn giản. Chỉ có bốn loại trong số họ. Hãy tưởng tượng một bảng chữ cái gồm bốn chữ cái có thể được sử dụng để viết tất cả các từ và khái niệm khác nhau. Vì vậy, nó là ở đây: sự xen kẽ của bốn cấu trúc cơ bản trong một phân tử axit deoxyribonucleic là một bản ghi thông tin di truyền, di truyền.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu từ tính của các quá trình di truyền. Bây giờ chúng ta biết rằng tất cả sự sắp xếp lại xảy ra trong DNA (và chính những sự sắp xếp lại này dẫn đến sự thay đổi các đặc tính di truyền của sinh vật) đều được thực hiện với sự trợ giúp của chất xúc tác sinh học - các enzym. Dưới kính hiển vi, những sự sắp xếp lại đơn giản nhất dường như hoàn toàn là cơ học: chẳng hạn, họ lấy một cây gậy, trông giống như một phân tử DNA dạng sợi, và bẻ gãy nó, và sau đó bằng cách nào đó họ sửa nó lại. Trên thực tế, mọi thứ phức tạp hơn ... Có những loại enzyme đặc biệt tạo ra sự đứt gãy trong phân tử DNA, và những loại enzyme khác có chức năng khâu lại sợi chỉ. Điều này cũng xảy ra với sự sắp xếp lại gen khác. Một số lượng lớn các enzym đã được phát hiện có liên quan đến quá trình tổng hợp axit nucleic, trong các sự sắp xếp lại khác nhau của các phân tử của chúng.

Hiện nay người ta đã biết nhiều về cơ chế của các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào và trong toàn bộ sinh vật. Các quá trình hình thành và sử dụng năng lượng đã được nghiên cứu. Năng lượng sinh học tế bào rất phức tạp. Trong công nghệ, chúng ta đang giải quyết việc chuyển đổi năng lượng nhiệt. Năng lượng nhiệt không thể được sử dụng trong lồng. Chủ yếu được sử dụng là năng lượng hóa học, được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, ví dụ, trong quá trình co cơ, được sử dụng cho sự chuyển động của các chất dinh dưỡng, và những thứ tương tự.

Những tiến bộ vượt bậc đã đạt được trong việc nghiên cứu protein, axit nucleic và các cấu trúc nội bào khác nhau. Việc tích lũy kiến ​​thức diễn ra với tốc độ thay đổi. Tất cả những điều này là khám phá của 50 năm qua, và nếu chúng ta nói về điều quan trọng nhất - thì 25 năm. Họ đã tạo ra sinh học hiện đại, giúp chúng ta đến gần với kiến ​​thức về những bí mật sâu xa nhất của cuộc sống.

Sự phấn đấu để hiểu biết về thế giới xung quanh là một khả năng vĩnh cửu và tuyệt vời của một người. Khoa học thu được kiến ​​thức - đây là mục đích của nó. Nhưng mọi người có quyền mong đợi những lợi ích thiết thực từ những nghiên cứu cơ bản, từ những hiểu biết về các quy luật của tự nhiên. Có lẽ, chúng ta có thể nói về hai hình thức sử dụng kiến ​​thức thực tế - hữu hình và vô hình.

Điều gì là hiển nhiên đối với chúng tôi? Sự phát triển của di truyền học đã cho phép tạo ra các giống vật nuôi mới, phát triển các giống cây trồng mới. Cuộc cách mạng xanh đã diễn ra là kết quả trực tiếp của nghiên cứu di truyền.Kiến thức về cấu trúc của các hợp chất hoạt tính sinh học tự nhiên đã giúp hóa học tổng hợp ra nhiều loại thuốc mà y học hiện đại không thể tưởng tượng được.

Ngày nay, ở nước ta và các nước trên thế giới đã có một ngành công nghiệp rộng rãi sử dụng các phương pháp vi sinh để tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Bằng cách này, ví dụ, một protein vi sinh vật thu được. Men được trồng trên hydrocacbon dầu mỏ, rượu có khả năng được trồng trên một số loại khí như metan hoặc hydro trong tương lai gần. Và từ nấm men, người ta thu được một loại protein hoàn chỉnh, được sử dụng làm thức ăn cho vật nuôi trong trang trại.

Tất cả điều này được hiển thị cho tất cả mọi người. Nhưng "vô hình" có nghĩa là gì? Đây là những ý tưởng được tạo ra bởi khoa học cơ bản. Trong phòng thí nghiệm nơi nảy sinh những ý tưởng này, chúng có thể không được chuyển trực tiếp vào thực tế. Nhưng thông qua hệ thống giáo dục đại học và theo những cách khác, ý tưởng trở thành tài sản của nhiều người, đặc biệt là các chuyên gia làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp, y học và công nghiệp. Và ở đó quỹ vàng tri thức đơm hoa kết trái. Quá trình này đôi khi còn khó theo dõi, chứ đừng nói đến định lượng, nó giống như một dòng chảy đi ngầm, hút nước khác ở đó và sau đó, ở một nơi nào đó ở phía xa, chảy ra dưới dạng một dòng chảy mạnh hơn nhiều so với dòng chảy nhỏ giọt đó. anh ấy cuộc sống.

Ý tưởng về việc ngăn ngừa các bệnh truyền nhiễm bằng cách tiêm chủng ban đầu chỉ là một kỹ thuật phòng thí nghiệm đơn giản trong việc nghiên cứu sinh lý của vi sinh vật. Rất nhiều học viên đã phải mất thời gian và nỗ lực để tạo ra nhiều loại vắc-xin, một hệ thống toàn bộ các biện pháp của chính phủ để ngăn ngừa các bệnh truyền nhiễm - tiêm chủng, nói, chống lại bệnh đậu mùa, chống lại bệnh lao, chống lại bệnh bại liệt. Và không ai còn nhớ nữa rằng tất cả bắt đầu từ một phòng thí nghiệm, với một ống nghiệm. Một vi dụ khac. Ngành công nghiệp khổng lồ của thuốc kháng sinh và việc sử dụng chúng để điều trị nhiều bệnh bắt nguồn từ sự quan sát khiêm tốn của nhà vi sinh vật học người Anh Fleming, người tình cờ nhận thấy rằng chất lỏng mà ông nuôi nấm mốc đã ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn.

Hãy để tôi thu hút sự chú ý của bạn đến một số nhiệm vụ mà cuộc sống hiện đại đã đặt ra cho khoa học của chúng ta. Trước hết, chúng ta đang nói về việc sử dụng các phương pháp sinh học để giữ gìn môi trường. Uống thuốc trừ sâu. Nhiều người trong số họ có ảnh hưởng bất lợi đến thế giới sống. Nhưng về nguyên tắc, bạn có thể tạo ra các loại thuốc trừ sâu khác. Chúng sẽ tiêu diệt các loài gây hại, nhưng sẽ không có tác động có hại đối với các loài chim và côn trùng có ích, đơn giản bởi vì các hợp chất hóa học này sẽ có tuổi thọ rất ngắn và sẽ tác động lên một số ít sinh vật. Hoặc một cái gì đó khác. Sản lượng dầu đang mở rộng đáng kể không chỉ trên đất liền mà còn ở biển. Về vấn đề này, có một nguy cơ lớn về ô nhiễm dầu và các sản phẩm của nó ở Đại dương Thế giới. Để làm sạch, bạn có thể sử dụng rất hiệu quả các vi sinh vật ăn dầu và tiêu diệt nó cùng một lúc.

Các nhà sinh vật học phải xác định mức độ nguy hiểm đối với môi trường và con người của một số ngành công nghiệp nhất định có chất thải đi vào bầu khí quyển, nước và đất. Chú ý đến các tác động có hại, xác định kích thước của chúng - có nghĩa là thực hiện bước đầu tiên để loại bỏ chúng. Thật vậy, rất thường những hậu quả bất lợi của việc quản lý đối với thiên nhiên chủ yếu liên quan đến sự thiếu hiểu biết của chúng ta. Nhân tiện, đây là trường hợp của thuốc trừ sâu - khi đó mọi người đơn giản là không hình dung được mức độ của những hiện tượng tiêu cực mà việc sử dụng rộng rãi chúng có thể dẫn đến như thế nào.

Nhân loại có quyền mong đợi từ sinh học giải pháp cho những vấn đề quan trọng như cuộc chiến chống ung thư và các bệnh di truyền. Cho đến nay, chỉ có một số khả năng, tính toán và hy vọng nhất định. Tuy nhiên, xét theo sự phát triển nhanh chóng của khoa học ngày nay, thì thời gian không còn xa khi một số phương pháp hiệu quả có thể được đề xuất để chống lại những căn bệnh này.

Một câu hỏi nữa.Tất cả các quá trình hóa học trong cơ thể đều hoạt động nhờ enzym. Chúng đi cùng với sự trợ giúp của cái gọi là chất xúc tác sinh học - protein enzyme. Trong công nghiệp hóa học, chất xúc tác cũng được sử dụng - chất xúc tác của phản ứng, nhưng chúng không phải là chất hữu cơ, ít nhất không phải là chất protein. Không cần phải nói cụ thể rằng các quá trình sinh hóa diễn ra trong điều kiện nhẹ nhàng hơn, chúng hiệu quả hơn nhiều. Có thể, trong tương lai gần, một người sẽ bắt đầu sử dụng rộng rãi hơn những phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể, và cho các mục đích công nghiệp. Tương lai của công nghệ chắc chắn gắn liền với sinh học.

Bây giờ chúng ta đang bận rộn với các vấn đề của kỹ thuật di truyền. Đây là một hướng đi mới trong sinh học phân tử, nó mới tồn tại chưa được 5 năm - một khoảng thời gian rất ngắn đối với khoa học. Nhưng hướng đi này vô cùng thú vị và đầy hứa hẹn. Mục tiêu của công nghệ gen là tạo ra các cấu trúc gen mới một cách nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Sau khi giải mã được mã di truyền, đã nghiên cứu các cơ chế của các dạng biến đổi gen khác nhau, đã học cách phân lập các enzym thực hiện việc sắp xếp lại gen của DNA, các nhà khoa học đã có thể tự đặt ra cho mình một nhiệm vụ như vậy.

Cho dù những thí nghiệm này có vẻ khiêm tốn đến mức nào, thì sự thật vẫn không thể chối cãi: lần đầu tiên, con người có thể kết hợp trong một ống nghiệm thành một cấu trúc di truyền toàn bộ duy nhất tồn tại riêng biệt trong tự nhiên. Sự hợp nhất của họ không phải là kết quả của sự va chạm ngẫu nhiên của các phân tử, mà là kết quả của một sự lựa chọn có ý thức và một kế hoạch được suy nghĩ kỹ lưỡng. Cuối cùng, cái mới trong khoa học và công nghệ thường xuất hiện ở dạng rất khiêm tốn và thậm chí không phải lúc nào cũng được đánh giá một cách chính xác ngay từ đầu. Chẳng hạn, các quy luật di truyền học do G. Mendel thiết lập, đã không được những người đương thời chú ý, và chúng phải được khám phá lại 40 năm sau đó.

Công nghệ gen mở ra những triển vọng gì, hứa hẹn điều gì với chúng ta?

Rất nhiều thứ. Trước hết, trong y học, trong cuộc chiến chống lại các bệnh di truyền. Theo quy luật, chúng có liên quan đến các khiếm khuyết ở một trong hàng nghìn gen được tìm thấy trong cơ thể con người. Về nguyên tắc, kỹ thuật di truyền cho phép bất kỳ gen nào được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Và sau khi nhận được một gen, chúng ta có thể nhận được sản phẩm của công việc của gen này và sử dụng nó để bù đắp khiếm khuyết di truyền với sự trợ giúp của liệu pháp gen - việc tạo ra một bộ phận giả di truyền.

Kỹ thuật di truyền cũng có thể được sử dụng để sản xuất hormone. Rất có thể, insulin sẽ sớm được sản xuất theo cách này. Thay vì nhận được từ lợn hoặc gia súc trong lò mổ, nó sẽ được lấy trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn. Bằng cách áp đặt các gen ngoại lai lên vi sinh vật, chúng ta có thể buộc chúng sản xuất hormone cần thiết với số lượng gần như không giới hạn.

Đương nhiên, đây không phải là những ứng dụng duy nhất của kỹ thuật di truyền. Liệu pháp gen dường như đã vượt ra khỏi lĩnh vực viển vông. Hầu như chưa có gen điều trị bệnh. Nhưng kinh nghiệm của những thập kỷ gần đây đã cho thấy nghiên cứu phát triển nhanh chóng như thế nào nếu nó dựa trên lý thuyết chính xác và được thực hiện bằng các phương pháp đáng tin cậy. Do đó, tôi sẽ nói: điều tưởng tượng này không phải là không có căn cứ. Đây thậm chí không phải là tưởng tượng, mà là những phép đo thực tế, những nhiệm vụ mà chúng ta phải đối mặt và sẽ được giải quyết trong một tương lai gần.

Có thể ngăn chặn những hậu quả tiêu cực của sự tiến bộ không? Chúng có thể được ngăn chặn. Trên thực tế, chúng có mối liên hệ gì với nhau? Như một quy luật, với sự không đầy đủ của kiến ​​thức của chúng ta, với thực tế là chúng ta không thể luôn luôn đánh giá đầy đủ và thấy trước kết quả có thể xảy ra. Nếu không thể thấy trước tất cả các hậu quả, thì cần phải đánh giá chúng trên thang điểm tối đa và thực hiện tất cả các biện pháp phòng ngừa trước.

Công việc đang được tiến hành để loại bỏ một số tác động có hại. Tại các doanh nghiệp công nghiệp, việc xây dựng các cơ sở xử lý đã được phát triển rộng rãi, việc kiểm soát nước thải và khí thải vào khí quyển đã trở nên chặt chẽ hơn, và các chu trình sản xuất khép kín đang được tạo ra.Các nhà hóa học đang nghiên cứu thuốc trừ sâu "vô hại", các vật liệu tổng hợp đang được tạo ra để "thở", và nhiều hơn thế nữa.

Có một loại biện chứng ở chỗ: những tiến bộ của khoa học sẽ giúp loại bỏ những hậu quả tai hại của tiến bộ khoa học và công nghệ. Hiện nay các nhà khoa học đang nghiên cứu vấn đề cố định nitơ sinh học. Vấn đề ở đây là gì? Việc sử dụng phân đạm chắc chắn là một tiến bộ. Chúng mang lại lợi ích cho các cánh đồng và tăng sản lượng. Nhưng nitơ khoáng cũng có những hậu quả tiêu cực của nó - các hợp chất nitơ bị rửa trôi vào các vùng nước, gây ra sự phát triển của hệ thực vật không mong muốn ở đó, làm xấu đi thành phần của nước. Có thể làm gì nếu không có phân bón? Tất nhiên, hoàn toàn không phải với thâm canh, nhưng có thể giảm việc sử dụng chúng. Người ta biết rằng các loại đậu (ví dụ như đậu nành) hấp thụ nitơ từ không khí. Có những quả bóng nhỏ trên rễ của chúng - những khu vực vi khuẩn sống cộng sinh với thực vật. Chúng có khả năng liên kết nitơ trong khí quyển và chuyển nó thành dạng mà đậu nành có thể dễ dàng hấp thụ.

Nếu các vi sinh vật được tìm thấy có thể sống trong rễ của ngũ cốc và liên kết với nitơ trong khí quyển, thì sẽ có thể bón ít phân vào đất hơn. Điều này hứa hẹn sẽ tiết kiệm được gì, nó sẽ giúp ích gì cho việc bảo tồn thiên nhiên! Các cuộc tìm kiếm đang diễn ra theo những hướng nào? Và trên những cái truyền thống - theo lựa chọn. Và thông qua kỹ thuật di truyền. Hãy tưởng tượng: chúng ta chuyển gen đồng hóa nitơ trong khí quyển từ vi khuẩn nốt sần sang vi khuẩn khác có thể sống cộng sinh với lúa mì hoặc thậm chí trong lá ngũ cốc ...

Phần lớn có thể được giải quyết không phải bằng những cải tiến nhỏ đối với các phương pháp hiện có, dù là phương pháp kỹ thuật hoặc phương pháp nông nghiệp, mà bằng những thay đổi cơ bản, nhờ những khám phá mới về cơ bản. Đây là tương lai. Nhân loại vẫn chưa hết cách để ngăn chặn những hậu quả xấu đi kèm với sự phát triển của xã hội.

A. Baev

Các ấn phẩm tương tự

Cấu trúc protein được xây dựng như thế nào

Lồng là gì?

Interferon thắng