История генетики: её прошлое и перспективы

Рисунок 1 «Азотистые основания»

В 1953 году Д.Уотсоном и Ф. Криком была окончательно установлена структура ДНК с помощью рентгеноструктурного анализа. Рентгеновские лучи позволяют определить структуру молекул, отклоняясь на своём пути от атомов. Таким образом, английские биофизики М. Уилкинс и Р. Франклин получили рентгенограммы, указывающие на спиралевидную форму ДНК. Уотсон и Крик построили её модель, объединив данные Уилкинса, Франклин и Чаргаффа. Но так как решающую роль в структуре ДНК играют азотистые основания (составляющие нуклеотидов) и нужно ещё учитывать правило  Чаргаффа (А=Т, G=C), учёные предположили, что молекула образуется из двух закрученных по спирали цепей за счёт принципа комплиментарности (соответствия оснований друг другу).

В 1954 году М. Меселсон и Ф. Сталь занимались исследованиями репликации ДНК. Они выращивали бактерий в среде с содержанием разных изотопов азота (тяжёлого ¹⁵N и легкого ¹⁴N). Включая тяжёлый азот в свои клетки, бактерии становились красными; после перенесения их в среду с обычным азотом, они вновь зеленели. После центрифугирования через различные промежутки времени проводился анализ. Сначала все ДНК были плотными; после первого деления они стали плотными наполовину, после второго – одна половина ДНК была плотной, другая – лёгкой. Так они показали, как должна была себя вести ДНК по модели Уотсона-Крика, то есть по приведённой ниже схеме, где сплошными линиями обозначены изначальные молекулы, а новые – прерывистыми (см. рис.2):

Рис.2 «Репликация ДНК».

В 1960-ых годах С. Бензер исследовал тонкие структуры генов с помощью фагов Т4 (вирусы, поражающие бактерию E. Coli, или кишечную палочку), ему удалось выделить редкие внутригенные рекомбинанты (продукты рекомбинаций). Рекомбинация – процесс перераспределения генетической информации обменом участков хромосом, источник изменчивости, обмен участками хромосом, позволяет приспосабливаться к окружающей среде и эволюционировать.

В 1962 году Ф. Крик и его коллеги  установили, что генетический код  состоит из триплетов (или кодонов – определённой последовательности азотистых оснований). После разработок методов искусственного синтеза белка М. Ниренбергом и Ф. Ледером в 1961 во многих лабораториях стали проводиться опыты, в которых учёные пытались подобрать код к каждой аминокислоте. В конце концов, в 1965 был расшифрован генетический код всех аминокислот при помощи М. Ниренберга, С. Очоа и Г. Кораны и составлена таблица соответствия кодов с иРНК (см. рис.3):

Рис.3  «Генетический код»

Генетический  код – последовательность азотистых оснований на ДНК, которая соответствует последовательности аминокислоте в белке, обладает следующими свойствами:

1. Триплетность. Триплет, или кодон, шифрует одну аминокислоту;
2. Избыточность – одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами;
3. Неперекрываемость, то есть часть одного триплета не может входить в состав другого (см. рис.4);
4. Специфичность, то есть типичность, у каждого вида организма свой генетический код.

Рис.4 «Неперекрываемость кодонов».

Генетический код нужен для  получения информации о построении белков.

В 1961 Ф. Жакоб и Ж. Моно опубликовали схему синтеза белков на уровне транскрипции (транскрипция – считывание информации с ДНК и синтез иРНК).  В ходе исследований были открыты РНК. РНК делят на несколько типов:

1) иРНК (информационная  РНК) передают информацию о  строении белка с ДНК на  рибосомы;

2) тРНК (транспортная  РНК) приносят нужные аминокислоты  рибосоме;

3) рРНК (рибосомальная  РНК) считывают информация с  иРНК.

Генетика  изучает деление клеток, потому что при этом происходит репликация хромосом перед делением, а также конъюгация (максимальное сближение хромосом) и кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом) в мейозе. Процессы деления наблюдались ещё в 1924 французскими учёными Ж. Л. Прево и Ж. Б. Дюма, в 1926 итальянский эмбриолог М. Рускони подробно описал, что происходит при делении. Однако только в 1978 году благодаря Ф. Флемингу появился термин митоз (от древнегреч. «митос» - нить).

Общее строение хромосом описал В. Гофмейстер в 80-ые, хотя сам термин хромосома (от древнегреч. «хрома» — цвет, краска; «сома» — тело) ввёл немецкий гистолог В. Вальдейер в 1888.

 

После этих основных достижений в генетике, учёные продолжали ставить  эксперименты, используя полученные знания. Например, в 1972 году несколько  учёных, Анни Чанг, Поль Берг и Сеймур Коэн, установили, что при помощи рестриказ (ферментов, разрушающих ДНК) можно «порезать» две любые молекулы ДНК и соединить из них одну рекомбинантную.

 

В нашей обычной жизни  пытаются найти место такие современные  генетические исследования как клонирование, трансгенез (продуктом которого являются ГМО – генетически-модифицированные организмы, выводятся трансгенные растения и животные, обладающих признаками разных  видов), развиваются многие другие ответвления генетики. Возможности современной генетики очень широки. Учёные могут создавать новые виды организмов путём скрещиваний (генная инженерия), улучшать качество продуктов, создавать новые сорта растений, пород животных (селекция), жизни человечества (геномика).

В перспективах генетики лежит изучение генома человека, изменчивости его организма для усовершенствования следующих поколений, улучшения качества жизни. В медицине появились новые методы лечения некоторых наследственных заболеваний (такие как бронхиальная астма, сахарный диабет): генодиагностика, генотерапия, без которых уже не обойтись, если нужно выявить какое-нибудь генетическое заболевание или, при его устранении, осуществить трансплантацию клеток реципиенту. Генетические исследования стали неотъемлемой частью нашей жизни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2

⁴Ни одно государство так тяжело не перенесло кризисные моменты в генетике, как СССР, особенно в 30-ые годы при правлении И.Сталина. Было много дискуссий по поводу генетики, ученые пытались отстоять свою точку зрения, проводить различные эксперименты для доказательств фактов и гипотез, однако в таком случае их объявляли врагами народа или обвиняли в шпионаже, если какие-то мысли были взяты от иностранных исследователей. Главным противником учёных стал Т.Д. Лысенко, который утверждал, что наследственность характерна для всего организма, а не «выдуманных учёными» генов. Генетику объявили лженаукой, а тех, кто осмеливался выступить против этого утверждения, ждала печальная участь.

Первым пострадавшим от дискуссий был советский биолог С.С. Четвериков, принёсший большой вклад в области эволюционных теорий и популяционной генетике, основал её основные положения. Он организовал семинар по генетике в 1929 году, но его участники поочерёдно собирались у себя дома, а не в институте. Когда власти об этом узнали, то его уволили и выслали из Москвы в Свердловск, где он смог устроиться консультантом при зоопарке.

В 1937 году был арестован  и расстрелян российский ботаник  и микробиолог Г.А. Надсон, доказавший возможность искусственного получения мутаций под действием ионизированного излучения на низших грибах. 

 В 1940 году арестовали Н.И.Вавилова. Его обвинили в шпионаже (припомнили работу в Англии в лаборатории Бэтсона). В 1941 году российский агрохимик и физиолог  Д.Н.Прянишников, идя на большой риск для жизни, выдвинул своего любимого ученика на Государственную премию, потребовав пересмотреть дела Вавилова и ещё одного учёного, агрофизика А. Г. Дояренко. Вавилов же умер в Саратовской тюрьме от истощения в 1943 году.

В 1941 году были также арестованы такие советские учёные как Г.А. Левитский (за антиправительственную деятельность, когда примыкал к эсерам в 1907 году и как иностранный шпион за свои работы в Неаполе и Германии) и Г.Д. Карпеченко (за стажировку в США)

После начала Второй Мировой Войны, генетика временно отошла на второй план, военные действия встали на первое место. Но после окончания войны преследования вновь начались. В 1948 году 8 августа состоялась известная тогда сессия ВАСХНИЛ (Всесоюзная академия сельскохозяйственных наук им. Ленина). Т.Д.Лысенко, воспользовавшись поддержкой И.Сталина, выступил с докладом «О положении в биологической науке», в котором генетика подверглась полному разгрому. (Присутствовавшие на сессии генетики пытались возразить против тех или иных утверждений. Тогда их вызывали на трибуну и заставляли излагать свою точку зрения. В конце этого мероприятия Лысенко объявил, что его доклад был одобрен Сталиным, то есть те, кто критиковал выступление Лысенко, были против самого Сталина.)

Некоторые учёные отреклись  от своих убеждений, другие продолжали отстаивать свои взгляды. Ярким примером является советский учёный-генетик И.А. Рапопорт. Когда на сессии требовали отречься от хромосомной теории, ссылаясь на речь Молотова (советского политика), он ответил, что разбирается в генетике лучше Молотова, и впоследствии был уволен из института.

После сессии ВАСХНИЛ все  генетики были уволены со своих постов, некоторых арестовали (например, Ромашова Д.Д., сотрудника Дубинина Н.П., они проводили исследования в области популяционной генетики; советского генетика  В.П.Эфроимсона, изучавшего мутации организмов). Генетика официально была провозглашена «лженаукой», её запретили преподавать в школах и институтах. После смерти Сталина все заключённые вышли на свободу, однако Лысенко всё также оставался президентом ВАСХНИЛ до 1956 года, но генетики подвергались уже не такой жёсткой критике как в прошлые годы. Кризис на несколько лет затормозил развитие науки, хотя в СССР она довольно успешно развивалась и была одной из передовых стран по провождениям исследований и экспериментов. Она окончательно восстановилась только в 1965 году после ухода от власти Н.С.Хрущёва и снятия Лысенко со своих должностей.

 

 

³Наука – это сфера человеческой деятельности, функцией которой является систематизация объективных знаний (факторов и процессов, не зависящих от воли человека) о действительности; представляет собой как деятельность по получению нового знания, так и результат этой деятельности; это практическое освоение мира. Непосредственные цели науки — описание, объяснение и предсказание природных процессов и явлений, составляющих предмет её изучения на основе открываемых ею законов, т. е. теоретическое отражение действительности.

 

Как любая наука, генетика развивается в соответствии с потребностями общества и развитием технологий и мысли. Современная генетика основывается на материалистической философской концепции.

Генетика относится  к естественным наукам, основывается на экспериментальных данных.

Генетика, как и любая  другая наука, берёт своё начало в  философии, то есть близка к ней тем, что «ищет истину», однако также  отличается в целях и задачах.  Философия исследует спектр истины (целиком), а любая частная наука – лишь аспект, или часть, целой истины, следовательно, все науки произошли из философии путём конкретизации, то есть сужением и разделением философского исследования.

Генетика является одним  из самых наглядных примеров этого  разделения. Главным революционным шагом для науки стало введение опытно-экспериментальных исследований. При этом научное познание имеет следующие особенности:

1. любое научное знание требует опытно-экспериментальных подтверждений;
2. наука систематизирует факты в особых понятиях, или научных терминах, то есть является теоретическим знанием;
3. наука открывает между различными явлениями особые связи и отношения, которые называют закономерными;
4. для любой науки оказывается невозможным познание таких явлений, которые не имеют закономерных связей, то есть духовные явления.

Современная генетика как  наука имеет несколько направлений, то есть суженные и разделённые исследования:

• Классическая генетика
• Популяционная генетика
• Археогенетика
• Молекулярная генетика
• Геномика
• Медицинская генетика
• Генная инженерия
• Спортивная генетика
• Судебно-медицинская генетика
• Криминалистическая генетика
• Биохимическая генетика
• Генетика человека
• Генетика микроорганизмов
• Генетика растений
• Эволюционная генетика
• Биометрическая генетика
• Экологическая генетика
• Генетика количественных признаков
• Физиологическая генетика
• Психиатрическая генетика
• Генетика соматических клеток
• Генетика вирусов
• Генетика пола
• Радиационная генетика
• Генетика развития
• Функциональная генетика