К тайнам живого (перспективы генетики)

перспективы генетикиУспехи современной биологии связаны главным образом с тем ее разделом, который носит название молекулярной биологии. Особенно яркие результаты достигнуты в изучении наследственности — свойства организмов, которое долгое время оставалось загадочным. Ученым удалось раскрыть природу гена. Веками он представлялся чем-то мистическим, почти несуществующим. А оказался вполне реальной химической структурой — определенным отрезком дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая является носителем генетической информации.

Расшифрован генетический код — способ записи наследственной генетической информации, который избрала природа. Мы знаем: человек применяет различные способы записи информации. Механический — в книгах отдельные буквы, слова, фразы, они печатаются на машинах, мы их получаем в виде оттисков. Магнитный способ записи информации применяется в электротехнике. Есть оптический — в различных видеоустройствах. А вот природа выбрала совсем другой способ — генетический код. Теперь известно, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) состоит из отдельных, сравнительно простых химических структур. Их всего четыре сорта. Представьте себе алфавит из четырех букв, которым можно записать все многообразие слов и понятий. Так и здесь: чередование четырех элементарных структур в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты и есть запись наследственной, генетической информации.

Ученые исследовали магнетизм генетических процессов. Теперь мы знаем, что все перестройки, которые происходят в ДНК (а ведь именно эти перестройки ведут к изменению наследственных свойств организмов), осуществляются с помощью биологических катализаторов — ферментов. Под микроскопом простейшие перестройки кажутся чисто механическими: взяли, к примеру, палочку, какой представляется нитевидная молекула ДНК, и сломали, а потом как-то снова ее приладили. На самом деле все сложнее... Существуют специальные ферменты, которые этот разлом в молекуле ДНК совершают, и другие ферменты, которые нить сшивают. Так происходит и при других генетических перестройках. Открыто огромное число ферментов, участвующих в синтезе нуклеиновых кислот, в различных перестройках их молекул.

Многое известно теперь и о механизмах химических реакций, которые происходят в клетке и в целом организме. Изучены процессы образования и использования энергии. Биоэнергетика клетки очень сложна. В технике мы имеем дело с преобразованием тепловой энергии. В клетке тепловая энергия не может быть использована. Используется главным образом химическая энергия, которая преобразуется в механическую, например, при сокращении мышц, затрачивается на передвижение питательных веществ и тому подобное.

Большие успехи достигнуты в изучении белков, нуклеиновых кислот, различных внутриклеточных структур. Накопление знаний идет с переменной скоростью. Все это открытия последних 50, а если говорить о самых важных — то 25 лет. Они и создали современную биологию, помогли нам вплотную приблизиться к познанию сокровеннейших тайн живого.

перспективы генетикиСтремление к познанию окружающего мира — извечная и замечательная способность человека. Наука добывает знание — в этом и состоит ее предназначение. Но люди вправе ждать практической пользы от фундаментальных исследований, от познания законов природы. Вероятно, можно говорить о двух формах практического использования знаний - видимой и невидимой.

Что очевидно для нас? Развитие генетики позволило создавать новые породы домашних животных, выводить новые сорта растений. Зеленая революция, которая произошла, — это прямой результат генетических исследований. Знание структуры природных биологически активных соединений помогло химии синтезировать многие лекарственные препараты, без которых нельзя себе представить современную медицину.

Нынче у нас и в других странах мира существует обширная промышленность, которая использует микробиологические методы синтеза органических соединений. Таким путем получают, например, микробный белок. Выращивают дрожжи на углеводородах нефти, на спирте, вероятно, в ближайшем будущем будут выращивать на некоторых газах вроде метана или водорода. А из дрожжей получают полноценный белок, который используется как корм для сельскохозяйственных животных.

Все это видно каждому. А вот что понимать под «невидимым»?, Это идеи, которые рождает фундаментальная наука. В пределах лаборатории, где возникают эти идеи, они могут не получить непосредственного претворения в практические дела. Но через систему высшего образования и иными путями идеи становятся достоянием многих, и прежде всего специалистов, которые работают в сельском хозяйстве, медицине, промышленности. И там золотой фонд знаний дает свои плоды. Процесс этот порой трудно даже проследить, не то что оценить количественно, он напоминает собой ручей, который уходит под землю, там впитывает в себя другие воды и затем, где-то в отдалении, выходит в виде потока, гораздо более мощного, чем тот ручеек, который дал ему жизнь.

Идея предупреждения инфекционных заболеваний прививками возникла вначале как простой лабораторный прием при изучении физиологии микроорганизмов. Понадобились время и усилия многих практических работников, чтобы были созданы разнообразные вакцины, целая система государственных мероприятий предупреждения инфекционных заболеваний — прививок, скажем, против оспы, против туберкулеза, против полиомиелита. И никто уже не помнит, что все это началось с лаборатории, с пробирки. Еще пример. Огромная промышленность антибиотиков и их применение для лечения многих заболеваний имеют своим началом скромное наблюдение английского микробиолога Флеминга, который случайно заметил, что жидкость, где он выращивал плесневый грибок, препятствовала росту микробов.

Позволю себе обратить внимание на несколько задач, которые современная жизнь поставила перед нашей наукой. Прежде всего речь идет об использовании биологических приемов для сохранения окружающей среды. Взять хотя бы пестициды. Многие из них оказывают вредное действие на живой мир. Но в принципе можно создавать иные пестициды. Они уничтожали бы вредителей, но не оказывали вредного действия на птиц и полезных насекомых просто потому, что химические соединения эти имели бы очень недолгий срок жизни и действовали на ограниченный круг организмов. Или другое. Сейчас значительно расширяется добыча нефти не только на суше, но и в море. В связи с этим велика опасность загрязнения нефтью и ее продуктами Мирового океана. Для очистки можно весьма эффективно использовать микроорганизмы, которые питаются нефтью и при этом разрушают ее.

Биологи должны определить меру опасности для окружающей среды и человека тех или иных промышленных производств, отходы которых поступают в атмосферу, в воду, почву. Обратить внимание на вредные воздействия, определить их размеры — значит сделать первый шаг по пути их устранения. Ведь очень часто неблагоприятные для природы последствия хозяйствования связаны прежде всего с нашим неведением. Так было, кстати, и с пестицидами — тогда люди просто не представляли размеры тех отрицательных явлений, к которым могло привести их широкое применение.

От биологии человечество вправе ждать и решения таких важнейших проблем, как борьба с раком, наследственными заболеваниями. Здесь пока существуют лишь определенные возможности, расчеты, надежды. Но, судя по тому, как быстро развивается сегодня наука, недалеко то время, когда могут быть предложены какие-то действенные приемы для борьбы с этими заболеваниями.

перспективы генетикиЕще один вопрос. Все химические процессы в организме являются ферментативными. Они идут с помощью так называемых биологических катализаторов — белков-ферментов. В химической промышленности тоже употребляются катализаторы — ускорители реакций, но они не органические, во всяком случае, не белковые вещества. Нет нужды специально говорить о том, что биохимические процессы протекают в более мягких условиях, они гораздо более эффективны. Вероятно, в недалеком будущем человек начнет шире использовать те химические реакции, которые происходят в организме, и для целей промышленных. Будущее техники, несомненно, связано с биологией.

Мы заняты сейчас проблемами генетической инженерии. Это новое направление молекулярной биологии, оно существует менее пяти лет — для науки срок очень короткий. Но направление это в высшей степени интересное и перспективное. Цель генетической инженерии — создание искусственным путем, в лаборатории, новых генетических структур. Расшифровав генетический код, изучив механизмы различных генетических превращений, научившись выделять ферменты, которые осуществляют генетические перестройки ДНК, ученые смогли поставить перед собой такую задачу.

Какими бы скромными ни казались эти эксперименты, неопровержимым остается факт: человеку впервые удалось соединить в пробирке в единое целое генетические структуры, существующие в природе раздельно. Их слияние не было следствием случайного столкновения молекул, а явилось результатом сознательного выбора и продуманного плана. В конце концов, новое в науке и технике возникает нередко в очень скромной форме и не всегда даже правильно оценивается с самого начала. Законы генетики, к примеру, установленные Г. Менделем, не были замечены современниками, и их пришлось переоткрывать 40 лет спустя.

Какие перспективы открывает генетическая инженерия, что сулит нам?

Очень многое. Прежде всего в медицине, в борьбе с наследственными заболеваниями. Как правило, они связаны с дефектами одного из тех тысяч генов, которые содержатся в организме человека. Генетическая инженерия в принципе позволяет любой ген изготовить в лаборатории. А получив ген, можем получить продукт работы этого гена и использовать его для восполнения наследственного дефекта с помощью генотерапии — создания, так сказать, генетического протеза.

Приемы генетической инженерии могут быть использованы и для получения гормонов. По всей видимости, скоро таким образом будет производиться инсулин. Вместо того чтобы получать его на бойне от свиней или крупного рогатого скота, его будут получать в бактериальной культуре. Навязав микроорганизмам чужие гены, мы сможем заставить их производить нужный гормон практически в неограниченных количествах.

Естественно, это не единственные применения генной инженерии. Генотерапия — кажется, это из области фантазии. Еще не получен практически ни один ген для лечения болезней. Но опыт последних десятилетий показал, как быстро развиваются исследования, если основаны на правильной теории и выполняются с помощью надежных методов. А потому скажу: фантазия эта не беспочвенна. Это даже не фантазия, а реальные измерения, задачи, которые перед нами стоят и которые будут решены в достаточно близком будущем.

Можно ли предотвратить отрицательные последствия прогресса? Они могут быть предотвращены. В самом деле, с чем они связаны? Как правило, с неполнотой наших знаний, с тем, что мы не всегда можем полно оценить и предвидеть возможные результаты. Если не все последствия можно заранее предвидеть, надо оценивать их по максимальной шкале и заранее принимать все меры предосторожности.

перспективы генетикиВедется работа, имеющая целью устранить целый ряд вредных последствий. На промышленных предприятиях широко развернулось строительство очистных сооружений, строже стал контроль за стоками и выбросами в атмосферу, создаются замкнутые циклы производства. Химики работают над «безвредными» пестицидами, создаются синтетические материалы, которые будут «дышать», и многое другое.

В этом есть своеобразная диалектика: успехи наук помогут устранить вредные последствия научно-технического прогресса. Сейчас ученые работают над проблемой биологической фиксации азота. В чем тут суть? Применение азотистых удобрений — несомненный прогресс. Они приносят пользу полям, повышают урожаи. Но минеральный азот имеет и свои отрицательные последствия — азотистые соединения вымываются в водоемы, вызывают там развитие нежелательной флоры, которая ухудшает состав воды. Можно ли обойтись без удобрений? Совсем при интенсивном земледелии, конечно, нет, но уменьшить их применение можно. Известно, что бобовые (соя, например) усваивают азот из воздуха. На корнях их есть маленькие шарики — колонии бактерий, живущих в симбиозе с растениями. Они обладают способностью связывать атмосферный азот и превращать его в форму, легко усваиваемую соей.

Если будут найдены такие микроорганизмы, которые смогут обитать на корнях злаков и связывать атмосферный азот, можно будет вносить в почву меньше удобрений. Какую громадную экономию это сулит, как поможет сохранению природы! На каких направлениях идут поиски? И на традиционных — путем селекции. И с помощью генной инженерии. Представьте себе: гены усвоения атмосферного азота из клубеньковых бактерий мы переносим в другие бактерии, которые могли бы жить в симбиозе с пшеницей или даже в листьях злаков...

Многое может быть решено не путем мелких улучшений существующих приемов, будь то технические или сельскохозяйственные приемы, а путем коренных изменений, благодаря принципиально новым открытиям. В этом будущее. У человечества не исчерпаны пути предотвращения отрицательных последствий, с которыми связано развитие общества.

А. Баев


Дмитрий Иосифович Ивановский   Биологические ускорители
Домашний погребок

Рецепты

Новые рецепты

Публикации

Новое на сайте

Новые сообщения
Новые вопросы