Наука и здоровье

Биологическая генетика

Генетика и биология

Пятьдесят лет назад связь генетики с другими биологическими науками была не заметна. Биологическая наука была разделена на отдельные дисциплины, каждая из которых анализировала жизнь на своем уровне. По отдельности существовали:  морфология, физиология, биохимия, таксономия, экология, генетика и т. д. Все они работали, в основном, в отдельных академических отделах. Однако открытия в области генетики обеспечили некоторые из наиболее важных объединяющих тем для всей биологии, так что теперь концептуальные нити связывают все эти субдисциплины, и мы может говорить, что появилась биологическая генетика.

Основная тематическая нить, обеспечиваемая генетикой, – это буквально нить или генетическая молекула ДНК. Теперь мы знаем, что ДНК является информационной базой, лежащей в основе всех процессов и структур жизни. Молекула ДНК имеет структуру, которая учитывает два ключевых свойства жизни: размножение и формирование формы, таким образом, сегодня генетика относится к биологическим наукам.

Репликация ДНК

Репликация ДНК является основой для любого размножения, когда ДНК реплицируется до деления клетки, что позволяет хромосомам делиться на хроматиды, которые, в конечном итоге, становятся дочерними хромосомами, переходящими в дочерние клетки.

Этот процесс репликации и образования хроматид по существу схожи во время деления как бесполых, так и половых клеток. Свойство репликации ДНК позволяет создавать и сохранять реплики клеток и организмов через время.

Таким образом, ДНК можно рассматривать как нить, которая связывает нас со всеми нашими эволюционными предками. Кроме того, ДНК генерирует форму, потому что записанные в линейную последовательность строительных блоков молекулы ДНК являются кодом, который содержит инструкции для построения организма; мы можем рассматривать это как информацию или «то, что необходимо для придания формы».

Уникальные особенности вида, будь то структуры или процессы, находятся под влиянием ДНК. Таким образом, в основе структур, изучаемых морфологами, реакций, изучаемых физиологами, гомологий, изучаемых эволюционистами, и так далее, мы видим объединяющую нить молекулы ДНК.

ДНК работает практически одинаково во всех организмах. Это само по себе является еще одной объединяющей темой, но, кроме того, это означает, что то, что мы изучаем в одном организме, часто может быть применено к другим. По этой причине биологическая генетика широко использовала модельные организмы, многие из которых появятся на страницах этой книги. Фактически, успехи, достигнутые в генетике человека за последние десятилетия, стали возможны во многом благодаря достижениям, достигнутым с такими низкопробными организмами, как бактерии и грибы.

Биологические методы генетики

Генетическая диссекция

Генетика также предоставила некоторые из наиболее острых аналитических подходов, которые сейчас используются во всем спектре биологических дисциплин. Прежде всего это метод генетической диссекции. В этом экспериментальном подходе любую структуру или процесс можно отделить или «расчленить», посмотрев, как на это влияют мутантные гены.

Изучая «ненормальность», мы можем прийти к норме. Например, при изучении развития взрослых организмов из оплодотворенной яйцеклетки каждый мутантный ген, который вызывает нарушение развития, идентифицирует компонент в нормальном процессе развития. Генетическое рассечение парализованных мутантных штаммов нематод привело к пониманию генов, которые контролируют нормальное движение. Общая картина конкретного процесса может быть собрана путем взаимосвязи всех этих генетически контролируемых компонентов.

Мы видели, что молекулярная генная инженерия открыла новые перспективы в прикладной биотехнологии, но те же самые методы так же полезны в фундаментальных исследованиях. Ученые манипулировали генами в дрожжах, чтобы получить полностью искусственные, функциональные хромосомы, которые могут нести огромное количество дополнительной ДНК для конкретных экспериментальных целей. Даже искусственные человеческие хромосомы были сделаны недавно, и они могут быть введены в клетки млекопитающих, человека и так далее. Способность изолировать ген в пробирке, модифицировать его структуру особым образом, а затем повторно вводить его в организм, обеспечила появление самого острого скальпеля для генетической диссекции .

Гены – маркеры

Другой успешный биологический метод генетики – использование определенных генов в качестве маркеров. Так же, как вы могли бы использовать ярко окрашенные метки для маркировки животных или растений в некоторых биологических исследованиях, генетики используют определенные легко обнаруживаемые формы генов для отслеживания структур – хромосом, клеток или отдельных организмов.

Эта техника нашла применение во всех биологических дисциплинах: от криминалистики до клеточной биологии, эволюции и экологии, их изучают на биологических факультетах («Генетика»).  Например, гены, ответственные за болезни человека в настоящее время выделяют в силу их хромосомной близости к несвязанным маркерным последовательностям (метод позиционного клонирования).

Обладая способностью переносить гены из организма в организм, генетики заменили резидентные гены на «репортерные», чьи функции легче обнаружить и изучить экспериментально (ген – репортер представляет собой тип гена – маркера, который отмечает функцию, а не структуры.)

Ген люциферазы из светлячков был вставлен в хромосомы животных или растений таким образом, что заставил клетки светиться на любых стадиях развития, когда исходный ген в этом месте был активным. Ген для зеленого флуоресцентного белка из медуз также используется в качестве репортера. Мыши с этим геном светятся зеленым цветом под воздействием ультрафиолетового излучения.

В целом, генная инженерия произвела революцию в биологических науках, и сегодня ни один биолог не может позволить себе не знать об этом мощном аналитическом инструменте.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close