Zu den Geheimnissen der Lebenden (Perspektiven der Genetik)

Die Erfolge der modernen Biologie hängen hauptsächlich mit dem Zweig zusammen, der als Molekularbiologie bezeichnet wird. Besonders bemerkenswerte Ergebnisse wurden bei der Untersuchung der Vererbung erzielt - der Eigenschaften von Organismen, die lange Zeit rätselhaft blieben. Wissenschaftler haben es geschafft, die Natur des Gens aufzudecken. Über Jahrhunderte schien es etwas Mystisches zu sein, das es fast nicht gab. Und es stellte sich heraus, dass es sich um eine sehr reale chemische Struktur handelt - ein bestimmtes Stück Desoxyribonukleinsäure (DNA), das den Träger der genetischen Information darstellt.

Der genetische Code wurde entschlüsselt - eine Möglichkeit, erbliche genetische Informationen aufzuzeichnen, die die Natur gewählt hat. Wir wissen: Eine Person verwendet verschiedene Arten der Aufzeichnung von Informationen. Mechanisch - in Büchern, einzelnen Buchstaben, Wörtern, Phrasen werden sie auf Maschinen gedruckt, wir erhalten sie in Form von Drucken. Die magnetische Methode zur Aufzeichnung von Informationen wird in der Elektrotechnik verwendet. Es gibt eine optische - in verschiedenen Videogeräten. Aber die Natur hat einen ganz anderen Weg gewählt - den genetischen Code. Es ist nun bekannt, dass das Desoxyribonukleinsäuremolekül (DNA) aus getrennten, relativ einfachen chemischen Strukturen besteht. Es gibt nur vier Sorten davon. Stellen Sie sich ein Alphabet aus vier Buchstaben vor, mit dem Sie die unterschiedlichsten Wörter und Konzepte schreiben können. So ist es hier: Der Wechsel von vier Elementarstrukturen in einem Molekül Desoxyribonukleinsäure ist eine Aufzeichnung erblicher genetischer Informationen.

Wissenschaftler haben den Magnetismus genetischer Prozesse untersucht. Jetzt wissen wir, dass alle Umlagerungen, die in der DNA auftreten (und diese Umlagerungen führen zu einer Veränderung der erblichen Eigenschaften von Organismen), mit Hilfe biologischer Katalysatoren - Enzyme - durchgeführt werden. Unter dem Mikroskop scheinen die einfachsten Umlagerungen rein mechanisch zu sein: Sie nahmen zum Beispiel einen Stab, der ein fadenartiges DNA-Molekül ist, und brachen ihn, und dann wurde er irgendwie wieder angepasst. Tatsächlich ist alles komplizierter ... Es gibt spezielle Enzyme, die diesen Bruch im DNA-Molekül verursachen, und andere Enzyme, die den Faden nähen. Dies geschieht bei anderen genetischen Umlagerungen. Es wurde eine große Anzahl von Enzymen entdeckt, die an der Synthese von Nukleinsäuren in verschiedenen Umlagerungen ihrer Moleküle beteiligt sind.

Über die Mechanismen chemischer Reaktionen, die in der Zelle und im gesamten Organismus auftreten, ist inzwischen viel bekannt. Die Prozesse der Bildung und Nutzung von Energie wurden untersucht. Zellbioenergie ist sehr komplex. In der Technologie beschäftigen wir uns mit der Umwandlung von Wärmeenergie. Wärmeenergie kann im Käfig nicht genutzt werden. Hauptsächlich wird chemische Energie verwendet, die beispielsweise während der Muskelkontraktion in mechanische Energie umgewandelt wird und für die Bewegung von Nährstoffen und dergleichen aufgewendet wird.

Bei der Untersuchung von Proteinen, Nukleinsäuren und verschiedenen intrazellulären Strukturen wurden große Fortschritte erzielt. Wissen wird mit variabler Rate angesammelt. All dies sind Entdeckungen der letzten 50, und wenn wir über das Wichtigste sprechen - dann 25 Jahre. Sie haben die moderne Biologie geschaffen und uns geholfen, dem Wissen um die innersten Geheimnisse der Lebenden nahe zu kommen.

Das Streben nach Wissen über die umgebende Welt ist eine ewige und wunderbare Fähigkeit eines Menschen. Die Wissenschaft erhält Wissen - das ist ihr Zweck. Die Menschen haben jedoch das Recht, von der Grundlagenforschung und der Kenntnis der Naturgesetze praktische Vorteile zu erwarten. Wahrscheinlich können wir über zwei Formen der praktischen Nutzung von Wissen sprechen - sichtbar und unsichtbar.

Was ist für uns offensichtlich? Die Entwicklung der Genetik ermöglichte es, neue Rassen von Haustieren zu schaffen, neue Pflanzensorten zu entwickeln. Die grüne Revolution, die stattgefunden hat, ist ein direktes Ergebnis der Genforschung.Die Kenntnis der Struktur natürlicher biologisch aktiver Verbindungen half der Chemie, viele Arzneimittel zu synthetisieren, ohne die sich die moderne Medizin nicht vorstellen kann.

Heute gibt es in unserem Land und in anderen Ländern der Welt eine umfangreiche Industrie, die mikrobiologische Methoden zur Synthese organischer Verbindungen verwendet. Auf diese Weise wird beispielsweise ein mikrobielles Protein erhalten. Hefe wird auf Erdölkohlenwasserstoffen angebaut, Alkohol wird wahrscheinlich in naher Zukunft auf einigen Gasen wie Methan oder Wasserstoff angebaut. Und aus Hefe wird ein vollständiges Protein gewonnen, das als Futter für Nutztiere verwendet wird.

All dies ist für alle sichtbar. Aber was ist mit "unsichtbar" gemeint? Dies sind die Ideen, aus denen die Grundlagenforschung hervorgeht. Innerhalb des Labors, wo diese Ideen entstehen, können sie möglicherweise nicht direkt in die Praxis umgesetzt werden. Aber durch das Hochschulsystem und auf andere Weise werden Ideen Eigentum vieler und insbesondere von Spezialisten, die in Landwirtschaft, Medizin und Industrie arbeiten. Und dort trägt der goldene Wissensschatz Früchte. Dieser Prozess ist manchmal schwer nachzuvollziehen, geschweige denn zu quantifizieren. Er ähnelt einem Strom, der in den Untergrund fließt, dort andere Gewässer absorbiert und dann irgendwo in der Ferne in Form eines Stroms austritt, der viel stärker ist als dieses Rinnsal das gab ihm Leben.

Die Idee, Infektionskrankheiten durch Impfungen vorzubeugen, erschien zunächst als einfache Labortechnik zur Untersuchung der Physiologie von Mikroorganismen. Viele Praktiker brauchten Zeit und Mühe, um eine Vielzahl von Impfstoffen zu entwickeln, ein ganzes System staatlicher Maßnahmen zur Vorbeugung von Infektionskrankheiten - Impfungensagen wir gegen Pocken, gegen Tuberkulosegegen Poliomyelitis. Und niemand erinnert sich mehr daran, dass alles mit einem Labor mit einem Reagenzglas begann. Ein anderes Beispiel. Die riesige Antibiotika-Industrie und ihre Verwendung zur Behandlung vieler Krankheiten entstand aus der bescheidenen Beobachtung des englischen Mikrobiologen Fleming, der versehentlich bemerkte, dass die Flüssigkeit, in der er Schimmelpilze züchtete, das Wachstum von Mikroben verhinderte.

Lassen Sie mich Ihre Aufmerksamkeit auf einige Aufgaben lenken, die das moderne Leben unserer Wissenschaft gestellt hat. Zunächst geht es um den Einsatz biologischer Methoden zum Schutz der Umwelt. Nehmen Sie Pestizide. Viele von ihnen sind schädlich für die lebende Welt. Aber im Prinzip können Sie auch andere Pestizide herstellen. Sie würden Schädlinge zerstören, aber keine schädlichen Auswirkungen auf Vögel und nützliche Insekten haben, einfach weil diese chemischen Verbindungen eine sehr kurze Lebensdauer haben und auf eine begrenzte Anzahl von Organismen einwirken würden. Oder etwas anderes. Die Ölproduktion wächst nicht nur an Land, sondern auch im Meer erheblich. In dieser Hinsicht ist die Gefahr der Verschmutzung durch Öl und seine Produkte des Weltozeans groß. Zum Reinigen können Sie sehr effektiv Mikroorganismen verwenden, die sich von Öl ernähren und es gleichzeitig zerstören.

Biologen müssen den Grad der Gefährdung der Umwelt und des Menschen bestimmter industrieller Produktion bestimmen, deren Abfälle in die Atmosphäre, das Wasser und den Boden gelangen. Auf schädliche Wirkungen zu achten, ihre Größe zu bestimmen - bedeutet, den ersten Schritt zu ihrer Beseitigung zu tun. In der Tat sind die nachteiligen Folgen des Managements für die Natur sehr oft in erster Linie mit unserer Unwissenheit verbunden. Dies war übrigens bei Pestiziden der Fall - dann haben sich die Menschen einfach nicht vorgestellt, in welchem ​​Ausmaß diese negativen Phänomene zu ihrem weit verbreiteten Einsatz führen könnten.

Die Menschheit hat das Recht, von der Biologie die Lösung so wichtiger Probleme wie den Kampf gegen Krebs und Erbkrankheiten zu erwarten. Bisher gibt es nur bestimmte Möglichkeiten, Berechnungen, Hoffnungen. Gemessen daran, wie schnell sich die Wissenschaft heute entwickelt, ist die Zeit nicht weit entfernt, in der einige wirksame Methoden zur Bekämpfung dieser Krankheiten vorgeschlagen werden können.

Noch eine Frage.Alle chemischen Prozesse im Körper sind enzymatisch. Sie gehen mit Hilfe von sogenannten biologischen Katalysatoren - Enzymproteinen. In der chemischen Industrie werden auch Katalysatoren verwendet - Beschleuniger von Reaktionen, aber sie sind keine organischen, zumindest keine Proteinsubstanzen. Es muss nicht ausdrücklich gesagt werden, dass biochemische Prozesse unter milderen Bedingungen ablaufen, sie sind viel effektiver. Wahrscheinlich wird eine Person in naher Zukunft beginnen, die im Körper auftretenden chemischen Reaktionen und für industrielle Zwecke in größerem Umfang einzusetzen. Die Zukunft der Technologie ist zweifellos mit der Biologie verbunden.

Wir sind jetzt mit den Problemen der Gentechnik beschäftigt. Dies ist eine neue Richtung in der Molekularbiologie, die es seit weniger als fünf Jahren gibt - eine sehr kurze Zeit für die Wissenschaft. Diese Richtung ist jedoch äußerst interessant und vielversprechend. Ziel der Gentechnik ist es, im Labor künstlich neue genetische Strukturen zu schaffen. Nachdem die Wissenschaftler den genetischen Code entschlüsselt, die Mechanismen verschiedener genetischer Transformationen untersucht und gelernt hatten, Enzyme zu isolieren, die genetische Umlagerungen von DNA durchführen, konnten sie sich eine solche Aufgabe stellen.

Egal wie bescheiden diese Experimente erscheinen mögen, die Tatsache bleibt unwiderlegbar: Zum ersten Mal konnte sich der Mensch in einem Reagenzglas zu einer einzigen ganzen genetischen Struktur verbinden, die in der Natur getrennt existiert. Ihre Fusion war nicht das Ergebnis einer zufälligen Kollision von Molekülen, sondern das Ergebnis einer bewussten Entscheidung und eines durchdachten Plans. Schließlich erscheinen neue Dinge in Wissenschaft und Technologie oft in einer sehr bescheidenen Form und werden von Anfang an nicht immer richtig bewertet. Die von G. Mendel festgelegten Gesetze der Genetik wurden von Zeitgenossen nicht beachtet und mussten 40 Jahre später wiederentdeckt werden.

Welche Perspektiven eröffnet die Gentechnik, was verspricht sie uns?

Viele Dinge. Vor allem in der Medizin im Kampf gegen Erbkrankheiten. Typischerweise sind sie mit Defekten in einem der Tausenden von Genen verbunden, die im menschlichen Körper gefunden werden. Die Gentechnik ermöglicht grundsätzlich die Herstellung jedes Gens im Labor. Und nachdem wir ein Gen erhalten haben, können wir das Produkt der Arbeit dieses Gens erhalten und es verwenden, um einen erblichen Defekt mit Hilfe der Gentherapie auszugleichen - sozusagen eine genetische Prothese.

Gentechnische Techniken können auch zur Herstellung von Hormonen eingesetzt werden. Höchstwahrscheinlich wird Insulin bald auf diese Weise produziert. Anstatt es im Schlachthaus von Schweinen oder Rindern zu erhalten, wird es in Bakterienkultur gewonnen. Indem wir Mikroorganismen fremde Gene auferlegen, können wir sie zwingen, das notwendige Hormon in nahezu unbegrenzten Mengen zu produzieren.

Dies sind natürlich nicht die einzigen Anwendungen der Gentechnik. Gentherapie scheint außerhalb des Bereichs der Fantasie zu liegen. Für die Behandlung von Krankheiten wurde bisher fast kein Gen erhalten. Die Erfahrungen der letzten Jahrzehnte haben jedoch gezeigt, wie schnell sich Forschung entwickelt, wenn sie auf der richtigen Theorie basiert und mit zuverlässigen Methoden durchgeführt wird. Deshalb werde ich sagen: Diese Fantasie ist nicht unbegründet. Dies ist nicht einmal eine Fantasie, sondern echte Messungen, die Aufgaben, vor denen wir stehen und die in relativ naher Zukunft gelöst werden.

Können die negativen Folgen des Fortschritts verhindert werden? Sie können verhindert werden. Womit sind sie eigentlich verbunden? In der Regel mit der Unvollständigkeit unseres Wissens, mit der Tatsache, dass wir mögliche Ergebnisse nicht immer vollständig bewerten und vorhersagen können. Wenn nicht alle Konsequenzen im Voraus vorhersehbar sind, müssen sie maximal bewertet und alle Vorsichtsmaßnahmen im Voraus getroffen werden.

Es wird daran gearbeitet, eine Reihe schädlicher Auswirkungen zu beseitigen. In Industrieunternehmen ist der Bau von Kläranlagen weit verbreitet, die Kontrolle über Abwässer und Emissionen in die Atmosphäre ist strenger geworden und es entstehen geschlossene Produktionszyklen.Chemiker arbeiten an "harmlosen" Pestiziden, es entstehen synthetische Materialien, die "atmen" und vieles mehr.

Darin liegt eine Art Dialektik: Die Erfolge der Wissenschaften werden dazu beitragen, die schädlichen Folgen des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts zu beseitigen. Jetzt arbeiten Wissenschaftler am Problem der biologischen Stickstofffixierung. Was ist der Sinn? Die Verwendung von stickstoffhaltigen Düngemitteln ist zweifellos ein Fortschritt. Sie kommen den Feldern zugute und steigern den Ertrag. Mineralischer Stickstoff hat aber auch negative Folgen: Stickstoffhaltige Verbindungen werden in Gewässer ausgewaschen, wodurch sich dort eine unerwünschte Flora entwickelt, die die Zusammensetzung des Wassers verschlechtert. Kann man auf Dünger verzichten? Natürlich überhaupt nicht mit intensiver Landwirtschaft, aber Sie können deren Nutzung reduzieren. Es ist bekannt, dass Hülsenfrüchte (z. B. Sojabohnen) Stickstoff aus der Luft aufnehmen. An ihren Wurzeln befinden sich kleine Kugeln - Bakterienkolonien, die in Symbiose mit Pflanzen leben. Sie haben die Fähigkeit, Luftstickstoff zu binden und ihn in eine Form umzuwandeln, die Soja leicht aufnehmen kann.

Wenn Mikroorganismen gefunden werden, die an den Wurzeln von Getreide leben und Luftstickstoff binden können, kann weniger Dünger auf den Boden aufgebracht werden. Welche enormen Einsparungen verspricht dies, wie es zum Schutz der Natur beiträgt! In welche Richtung gehen die Suchanfragen? Und bei traditionellen - nach Auswahl. Und durch Gentechnik. Stellen Sie sich vor: Wir übertragen die Gene zur Aufnahme von Luftstickstoff von Knötchenbakterien in andere Bakterien, die in Symbiose mit Weizen oder sogar in den Blättern von Getreide leben könnten ...

Vieles kann nicht durch kleine Verbesserungen bestehender Methoden, sei es technische oder landwirtschaftliche Methoden, gelöst werden, sondern durch radikale Änderungen dank grundlegend neuer Entdeckungen. Das ist die Zukunft. Die Menschheit hat die Möglichkeiten zur Verhinderung der negativen Folgen der Entwicklung der Gesellschaft nicht ausgeschöpft.

A. Baev

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