До тајни живог (перспективе генетике)

Успеси модерне биологије углавном су повезани са оном њеном граном која се назива молекуларна биологија. Нарочито запањујући резултати постигнути су у проучавању наследности - својстава организама, која су дуго остала мистериозна. Научници су успели да открију природу гена. Столећима се чинило да је то нешто мистично, готово непостојеће. И испоставило се да је то врло стварна хемијска структура - одређени комад деоксирибонуклеинске киселине (ДНК), која је носилац генетичких информација.

Дешифрован је генетски код - начин бележења наследних генетичких информација које је природа изабрала. Знамо да се особа користи различитим начинима бележења информација. Механички - у књигама се појединачна слова, речи, фразе штампају на машинама, добијамо их у облику отисака. Магнетна метода бележења информација користи се у електротехници. Постоји оптички - у разним видео уређајима. Али природа је изабрала сасвим другачији начин - генетски код. Сада је познато да се молекул деоксирибонуклеинске киселине (ДНК) састоји од одвојених, релативно једноставних хемијских структура. Постоје само четири сорте. Замислите абецеду од четири слова која се може користити за писање свих разноврсних речи и појмова. Тако је и овде: смењивање четири елементарне структуре у молекулу деоксирибонуклеинске киселине је запис наследних, генетичких информација.

Научници су истраживали магнетизам генетских процеса. Сада знамо да се сва преуређења која се дешавају у ДНК (а управо та преуређења доводе до промене наследних својстава организама) врше уз помоћ биолошких катализатора - ензима. Под микроскопом изгледа да су најједноставнија преуређења чисто механичка: узели су, на пример, штап, који је молекул ДНК налик нитима, и сломили га, а онда је некако поново постављен. У ствари, све је сложеније ... Постоје посебни ензими који чине овај прекид у молекулу ДНК, и други ензими који шије нит. То је случај са другим генетским преуређивањима. Откривен је огроман број ензима који су укључени у синтезу нуклеинских киселина, у разним преуређивањима њихових молекула.

Сада се много зна о механизмима хемијских реакција које се јављају у ћелији и у целом организму. Проучени су процеси настајања и употребе енергије. Биоенергија ћелија је веома сложена. У технологији се бавимо конверзијом топлотне енергије. У кавезу се не може користити топлотна енергија. Углавном се користи хемијска енергија која се претвара у механичку, на пример, током контракције мишића, потрошене на кретање хранљивих састојака и слично.

Велики напредак је постигнут у проучавању протеина, нуклеинских киселина и различитих унутарћелијских структура. Знање се акумулира променљивом брзином. Све су то открића у последњих 50 година, а ако говоримо о најважнијим - онда 25 година. Створили су модерну биологију, помогли нам да се приближимо знању о најтајнијим тајнама живог.

Тежња ка познавању околног света је вечна и дивна способност човека. Наука стиче знање - то је његова сврха. Али људи имају право да очекују практичне користи од темељних истраживања, од познавања закона природе. Вероватно можемо говорити о два облика практичне употребе знања - видљивом и невидљивом.

Шта је нама очигледно? Развој генетике омогућио је стварање нових раса домаћих животиња, развој нових сорти биљака. Зелена револуција која се догодила директан је резултат генетског истраживања.Познавање структуре природних биолошки активних једињења помогло је хемији да синтетише многе лекове, без којих савремена медицина не може да се замисли.

Данас код нас и у другим земљама света постоји широка индустрија која користи микробиолошке методе за синтезу органских једињења. На тај начин се, на пример, добија микробни протеин. Квасац се узгаја на нафтним угљоводоницима, а алкохол ће се у блиској будућности вероватно узгајати на неким гасовима попут метана или водоника. А од квасца се добија комплетан протеин који се користи као храна за фарме.

Све ово је свима видљиво. Али шта се подразумева под „невидљивим“? То су идеје из којих произилази темељна наука. У лабораторији у којој ове идеје настају, оне се можда неће директно превести у праксу. Али кроз систем високог образовања и на друге начине, идеје постају власништво многих, а посебно стручњака који раде у пољопривреди, медицини и индустрији. И ту златни фонд знања доноси плод. Овај процес је понекад тешко пратити, а камоли квантификовати, он подсећа на поток који иде под земљу, упија друге воде тамо и онда негде у даљини излази у облику потока много моћнијег од оног потока који му је дао живот.

Идеја о спречавању заразних болести вакцинацијом појавила се у почетку као једноставна лабораторијска техника у проучавању физиологије микроорганизама. Било је потребно време и напори многих лекара да створе разне вакцине, читав систем владиних мера за спречавање заразних болести - вакцинације, рецимо, против малих богиња, против туберкулозе, против дечије парализе. И нико се више не сећа да је све почело у лабораторији, са епруветом. Други пример. Огромна индустрија антибиотика и њихова употреба за лечење многих болести потекла је из скромног запажања енглеског микробиолога Флеминга, који је случајно приметио да течност у којој је узгајао плесни спречава раст микроба.

Дозволићу да вам скренем пажњу на неколико задатака које је савремени живот поставио нашој науци. Пре свега, говоримо о употреби биолошких метода за очување животне средине. Узми пестициде. Многи од њих су штетни за живи свет. Али у принципу можете створити друге пестициде. Они би уништили штеточине, али не би имали штетан утицај на птице и корисне инсекте, једноставно зато што би ова хемијска једињења имала врло кратак животни век и деловала би на ограничени спектар организама. Или нешто друго. Производња нафте се значајно шири не само на копну, већ и у мору. С тим у вези, опасност од загађења нафтом и њеним производима Светског океана је велика. За чишћење можете врло ефикасно користити микроорганизме који се хране уљем и истовремено га уништавају.

Биолози морају утврдити степен опасности по животну средину и људе за одређену индустријску производњу, чији отпад улази у атмосферу, воду и тло. Обраћати пажњу на штетне ефекте, утврђивати њихову величину - значи предузети први корак ка њиховом уклањању. Заиста, врло често су негативне последице управљања природом првенствено повезане са нашим незнањем. То је, иначе, био случај са пестицидима - тада људи једноставно нису замишљали размере тих негативних појава до којих би могла да доведе њихова широка употреба.

Човечанство има право да од биологије очекује решење тако важних проблема као што је борба против рака и наследних болести. За сада овде постоје само одређене могућности, прорачуни и наде. Али, судећи по томе како се брзо наука данас развија, није далеко време када се могу предложити неке ефикасне методе за борбу против ових болести.

Још једно питање.Сви хемијски процеси у телу су ензимски. Они иду уз помоћ такозваних биолошких катализатора - ензимских протеина. У хемијској индустрији користе се и катализатори - акцелератори реакције, али они нису органске, барем не протеинске супстанце. Не треба посебно рећи да се биохемијски процеси одвијају у блажим условима, они су много ефикаснији. Вероватно ће у блиској будућности човек почети шире да користи оне хемијске реакције које се јављају у телу и то у индустријске сврхе. Будућност технологије несумњиво је повезана са биологијом.

Сада смо заузети проблемима генетског инжењеринга. Ово је нови правац у молекуларној биологији, постоји мање од пет година - врло кратко време за науку. Али овај правац је изузетно занимљив и обећавајући. Циљ генетског инжењеринга је стварање вештачки, у лабораторији, нових генетских структура. Дешифровали су генетски код, проучивши механизме различитих генетских трансформација, научивши да изолују ензиме који врше генетско преуређивање ДНК, научници су могли себи да поставе такав задатак.

Ма колико ови експерименти изгледали скромно, чињеница остаје необорива: човек је први пут успео да се у епрувети споји у једну целину генетске структуре које одвојено постоје у природи. Њихово спајање није резултат случајног судара молекула, већ резултат свесног избора и промишљеног плана. Напокон, нове ствари у науци и технологији често се појављују у врло скромном облику и нису увек ни правилно процењене од самог почетка. На пример, законе генетике, које је успоставио Г. Мендел, савременици нису приметили и морали су их поново открити 40 година касније.

Какве се перспективе отвара генетски инжењеринг, шта нам обећава?

Многе ствари. Пре свега, у медицини, у борби против наследних болести. Типично су повезани са оштећењима једног од хиљада гена који се налазе у људском телу. Генетски инжењеринг у основи омогућава стварање било ког гена у лабораторији. А пошто смо добили ген, можемо добити производ дела овог гена и помоћу њега надокнадити наследни дефект уз помоћ генске терапије - стварајући, такорећи, генетску протезу.

Технике генетског инжењеринга такође се могу користити за производњу хормона. Највероватније ће се инсулин ускоро производити на овај начин. Уместо да га добију у кланици од свиња или говеда, добиће се у бактеријској култури. Наметањем страних гена микроорганизмима, можемо их присилити да производе потребан хормон у готово неограниченим количинама.

Природно, ово нису једине примене генетског инжењеринга. Изгледа да је генска терапија изван домена фантазије. Још увек није добијен ниједан ген за лечење болести. Али искуство последњих деценија показало је како се брзо развијају истраживања ако се заснивају на тачној теорији и спроводе поузданим методама. Стога ћу рећи: ова фантазија није неутемељена. Ово чак није маштарија, већ стварна мерења, задаци са којима се суочавамо и који ће бити решени у прилично блиској будућности.

Могу ли се спречити негативне последице напретка? Могу се спречити. Заправо, са чиме су повезани? По правилу, непотпуношћу нашег знања, с тим што не можемо увек у потпуности да проценимо и предвидимо могуће резултате. Ако се све последице не могу предвидети унапред, оне се морају проценити на максималној скали и све мере предострожности морају бити предузете унапред.

У току су радови на отклањању низа штетних ефеката. У индустријским предузећима је изградња постројења за пречишћавање широко распрострањена, контрола отпадних вода и емисија у атмосферу постала је строжа и стварају се затворени производни циклуси.Хемичари раде на „безопасним“ пестицидима, стварају се синтетички материјали који ће „дисати“ и још много тога.

У томе постоји нека врста дијалектике: успеси наука помоћи ће у уклањању штетних последица научног и технолошког напретка. Сада научници раде на проблему биолошке фиксације азота. Која је поента? Употреба азотних ђубрива несумњив је напредак. Користе поља и повећавају приносе. Али минерални азот такође има своје негативне последице - азотна једињења се испирају у водена тела, узрокујући тамо развој нежељене флоре, што погоршава састав воде. Можете ли без ђубрива? Наравно, уопште не са интензивном пољопривредом, али можете смањити њихову употребу. Познато је да махунарке (на пример соја) асимилишу азот из ваздуха. На њиховим коренима су мале куглице - колоније бактерија које живе у симбиози са биљкама. Имају способност везивања атмосферског азота и претварања у облик који соја може лако да апсорбује.

Ако се пронађу микроорганизми који могу да живе на корену житарица и везују атмосферски азот, биће могуће применити мање ђубрива на земљиште. Какве огромне уштеде ово обећава, како ће помоћи у очувању природе! У којим правцима иду претраге? А на традиционалним - селекцијом. И кроз генетски инжењеринг. Замислите: преносимо гене за асимилацију атмосферског азота из квржних бактерија у друге бактерије које би могле да живе у симбиози са пшеницом или чак у лишћу житарица ...

Много тога се може решити не малим побољшањима постојећих метода, било техничких или пољопривредних, већ темељним променама, захваљујући суштински новим открићима. Ово је будућност. Човечанство није исцрпило начине за спречавање негативних последица повезаних са развојем друштва.

А. Баев

Сличне публикације

Како се граде протеинске структуре

Шта је кавез?

Интерферон побеђује