Ai segreti dei vivi (prospettive genetiche)

I successi della biologia moderna sono principalmente associati a quel ramo di essa, che si chiama biologia molecolare. Risultati particolarmente sorprendenti sono stati raggiunti nello studio dell'ereditarietà: le proprietà degli organismi, che per lungo tempo sono rimaste misteriose. Gli scienziati sono riusciti a scoprire la natura del gene. Per secoli è sembrato qualcosa di mistico, quasi inesistente. E si è rivelata una struttura chimica molto reale: un certo pezzo di acido desossiribonucleico (DNA), che è il portatore di informazioni genetiche.

Il codice genetico è stato decifrato, un modo per registrare le informazioni genetiche ereditarie che la natura ha scelto. Sappiamo che una persona utilizza diversi modi per registrare le informazioni. Meccanico: nei libri, singole lettere, parole, frasi, vengono stampati su macchine, li otteniamo sotto forma di stampe. Il metodo magnetico di registrazione delle informazioni viene utilizzato nell'ingegneria elettrica. Ce n'è uno ottico - in vari dispositivi video. Ma la natura ha scelto una strada completamente diversa: il codice genetico. È ormai noto che la molecola di acido desossiribonucleico (DNA) è composta da strutture chimiche separate e relativamente semplici. Ci sono solo quattro varietà. Immagina un alfabeto di quattro lettere che può essere utilizzato per scrivere tutta la varietà di parole e concetti. Così è qui: l'alternanza di quattro strutture elementari nella molecola di acido desossiribonucleico è una registrazione di informazioni genetiche ereditarie.

Gli scienziati hanno studiato il magnetismo dei processi genetici. Ora sappiamo che tutti i riarrangiamenti che si verificano nel DNA (e sono proprio questi riarrangiamenti che portano a un cambiamento nelle proprietà ereditarie degli organismi) vengono effettuati con l'aiuto di catalizzatori biologici - enzimi. Al microscopio, i riarrangiamenti più semplici sembrano essere puramente meccanici: hanno preso, ad esempio, un bastoncino, che è una molecola di DNA filiforme, e lo hanno rotto, quindi in qualche modo lo hanno riparato di nuovo. In effetti, tutto è più complicato ... Ci sono enzimi speciali che fanno questa rottura nella molecola del DNA e altri enzimi che cuciono il filo. Questo è il caso di altri riarrangiamenti genetici. È stato scoperto un numero enorme di enzimi che partecipano alla sintesi degli acidi nucleici, in vari riarrangiamenti delle loro molecole.

Si sa molto ora sui meccanismi delle reazioni chimiche che avvengono nella cellula e nell'intero organismo. Sono stati studiati i processi di formazione e utilizzo dell'energia. La bioenergia cellulare è molto complessa. Nella tecnologia, ci occupiamo della conversione dell'energia termica. L'energia termica non può essere utilizzata nella gabbia. Viene utilizzata principalmente l'energia chimica, che viene convertita in energia meccanica, ad esempio durante la contrazione muscolare, spesa per il movimento di sostanze nutritive e simili.

Sono stati compiuti grandi progressi nello studio di proteine, acidi nucleici e varie strutture intracellulari. La conoscenza viene accumulata a un tasso variabile. Tutte queste sono scoperte degli ultimi 50 anni e, se parliamo della più importante, allora 25 anni. Hanno creato la biologia moderna, ci hanno aiutato ad avvicinarci alla conoscenza dei segreti più intimi dei vivi.

La ricerca della conoscenza del mondo circostante è un'abilità eterna e meravigliosa di una persona. La scienza ottiene la conoscenza: questo è il suo scopo. Ma le persone hanno il diritto di aspettarsi vantaggi pratici dalla ricerca fondamentale, dalla conoscenza delle leggi della natura. Probabilmente, possiamo parlare di due forme di uso pratico della conoscenza: visibile e invisibile.

Cosa è ovvio per noi? Lo sviluppo della genetica ha permesso di creare nuove razze di animali domestici, di sviluppare nuove varietà di piante. La rivoluzione verde che ha avuto luogo è un risultato diretto della ricerca genetica.La conoscenza della struttura dei composti naturali biologicamente attivi ha aiutato la chimica a sintetizzare molti farmaci, senza i quali la medicina moderna non può essere immaginata.

Oggi, nel nostro paese e in altri paesi del mondo, esiste una vasta industria che utilizza metodi microbiologici per la sintesi di composti organici. In questo modo, ad esempio, si ottiene una proteina microbica. Il lievito viene coltivato con idrocarburi del petrolio, è probabile che l'alcol venga coltivato con alcuni gas come il metano o l'idrogeno nel prossimo futuro. E dal lievito si ottiene una proteina completa, che viene utilizzata come mangime per animali da fattoria.

Tutto questo è visibile a tutti. Ma cosa si intende per "invisibile"? Queste sono le idee che dà origine alla scienza fondamentale. All'interno del laboratorio in cui sorgono queste idee, potrebbero non essere tradotte direttamente in pratica. Ma attraverso il sistema di istruzione superiore e in altri modi, le idee diventano proprietà di molti, e specialmente di specialisti che lavorano in agricoltura, medicina e industria. E là il fondo d'oro della conoscenza porta frutto. Questo processo a volte è difficile anche da tracciare, figuriamoci quantificare, assomiglia a un ruscello che va sottoterra, assorbe lì altre acque e poi, da qualche parte in lontananza, esce sotto forma di un ruscello molto più potente di quel rivolo che gli ha dato vita.

L'idea di prevenire le malattie infettive mediante vaccinazioni è apparsa inizialmente come una semplice tecnica di laboratorio nello studio della fisiologia dei microrganismi. Ci sono voluti tempo e sforzi di molti professionisti per creare una varietà di vaccini, un intero sistema di misure governative per prevenire le malattie infettive - vaccinazioni, diciamo, contro il vaiolo, contro tubercolosi, contro la polio. E nessuno ricorda più che tutto è iniziato con un laboratorio, con una provetta. Un altro esempio. L'enorme industria degli antibiotici e il loro utilizzo per la cura di molte malattie è nata dall'umile osservazione del microbiologo inglese Fleming, che ha notato casualmente che il liquido in cui cresceva le muffe impediva la crescita dei microbi.

Consentitemi di attirare la vostra attenzione su diversi compiti che la vita moderna ha fissato per la nostra scienza. Prima di tutto, stiamo parlando dell'utilizzo di metodi biologici per preservare l'ambiente. Prendi i pesticidi. Molti di loro sono dannosi per il mondo vivente. Ma in linea di principio, puoi creare altri pesticidi. Distruggerebbero i parassiti, ma non avrebbero un effetto dannoso sugli uccelli e sugli insetti utili, semplicemente perché questi composti chimici avrebbero una durata di vita molto breve e agirebbero su una gamma limitata di organismi. O qualcos'altro. La produzione di petrolio si sta espandendo in modo significativo non solo a terra ma anche in mare aperto. A questo proposito, il pericolo di inquinamento da petrolio e dai suoi prodotti dell'Oceano Mondiale è grande. Per la pulizia, puoi usare in modo molto efficace i microrganismi che si nutrono di olio e lo distruggono allo stesso tempo.

I biologi devono determinare il grado di pericolo per l'ambiente e gli esseri umani di alcune industrie industriali, i cui rifiuti entrano nell'atmosfera, nell'acqua e nel suolo. Prestare attenzione agli effetti dannosi, determinarne le dimensioni, significa fare il primo passo per eliminarli. In effetti, molto spesso le conseguenze negative della gestione per la natura sono principalmente associate alla nostra ignoranza. A proposito, questo era il caso dei pesticidi - quindi le persone semplicemente non immaginavano la portata di quei fenomeni negativi a cui poteva portare il loro uso diffuso.

L'umanità ha il diritto di aspettarsi dalla biologia la soluzione di problemi così importanti come la lotta contro il cancro e le malattie ereditarie. Finora ci sono solo alcune possibilità, calcoli e speranze qui. Ma, a giudicare dalla rapidità con cui la scienza si sta sviluppando oggi, non è lontano il momento in cui alcuni metodi efficaci possono essere proposti per combattere queste malattie.

Un'altra domanda.Tutti i processi chimici nel corpo sono enzimatici. Vanno con l'aiuto dei cosiddetti catalizzatori biologici - proteine ​​enzimatiche. Nell'industria chimica vengono utilizzati anche catalizzatori: acceleratori di reazioni, ma non sono organici, almeno non sostanze proteiche. Non c'è bisogno di dire specificamente che i processi biochimici procedono in condizioni più miti, sono molto più efficaci. Probabilmente, nel prossimo futuro, una persona inizierà a utilizzare più ampiamente quelle reazioni chimiche che si verificano nel corpo e per scopi industriali. Il futuro della tecnologia è senza dubbio associato alla biologia.

Siamo ora impegnati con i problemi dell'ingegneria genetica. Questa è una nuova direzione nella biologia molecolare, esiste da meno di cinque anni - un tempo molto breve per la scienza. Ma questa direzione è estremamente interessante e promettente. L'obiettivo dell'ingegneria genetica è creare artificialmente, in laboratorio, nuove strutture genetiche. Dopo aver decifrato il codice genetico, aver studiato i meccanismi di varie trasformazioni genetiche, aver imparato a isolare enzimi che effettuano riarrangiamenti genetici del DNA, gli scienziati sono stati in grado di darsi un tale compito.

Per quanto modesti possano sembrare questi esperimenti, il fatto rimane inconfutabile: per la prima volta l'uomo è stato in grado di combinare in una provetta in un'unica intera strutture genetiche che esistono separatamente in natura. La loro fusione non è stata il risultato di una collisione casuale di molecole, ma è stato il risultato di una scelta consapevole e di un piano ponderato. Dopotutto, le cose nuove nella scienza e nella tecnologia spesso appaiono in una forma molto modesta e non sempre vengono valutate correttamente fin dall'inizio. Le leggi della genetica, ad esempio, stabilite da G. Mendel, non furono notate dai contemporanei e dovettero essere riscoperte 40 anni dopo.

Quali prospettive apre l'ingegneria genetica, cosa ci promette?

Molte cose. Prima di tutto, in medicina, nella lotta alle malattie ereditarie. In genere, sono associati a difetti in uno delle migliaia di geni presenti nel corpo umano. L'ingegneria genetica consente fondamentalmente di produrre qualsiasi gene in laboratorio. E dopo aver ricevuto un gene, possiamo ottenere il prodotto del lavoro di questo gene e usarlo per compensare un difetto ereditario con l'aiuto della terapia genica, creando, per così dire, una protesi genetica.

Le tecniche di ingegneria genetica possono essere utilizzate anche per produrre ormoni. Molto probabilmente, presto l'insulina verrà prodotta in questo modo. Invece di riceverlo al macello da suini o bovini, sarà ottenuto in coltura batterica. Imponendo geni estranei ai microrganismi, possiamo costringerli a produrre l'ormone necessario in quantità quasi illimitate.

Naturalmente, queste non sono le uniche applicazioni dell'ingegneria genetica. La terapia genica sembra essere fuori dal regno della fantasia. Quasi nessun gene è stato ancora ottenuto per il trattamento della malattia. Ma l'esperienza degli ultimi decenni ha dimostrato quanto velocemente si sviluppa la ricerca se è basata sulla teoria corretta ed eseguita con metodi affidabili. Pertanto, dirò: questa fantasia non è infondata. Questa non è nemmeno una fantasia, ma misurazioni reali, compiti che dobbiamo affrontare e che verranno risolti in un futuro abbastanza prossimo.

Si possono prevenire le conseguenze negative del progresso? Possono essere prevenuti. In effetti, a cosa sono collegati? Di regola, con l'incompletezza delle nostre conoscenze, con il fatto che non possiamo sempre valutare e prevedere completamente i possibili risultati. Se non tutte le conseguenze possono essere previste in anticipo, è necessario valutarle sulla scala massima e prendere tutte le precauzioni in anticipo.

Sono in corso lavori per eliminare una serie di effetti nocivi. Nelle imprese industriali, la costruzione di impianti di trattamento è stata ampiamente sviluppata, il controllo degli effluenti e delle emissioni in atmosfera è diventato più rigoroso e vengono creati cicli di produzione chiusi.I chimici stanno lavorando su pesticidi "innocui", si stanno creando materiali sintetici che "respireranno" e molto altro ancora.

C'è una sorta di dialettica in questo: i successi delle scienze aiuteranno ad eliminare le conseguenze dannose del progresso scientifico e tecnologico. Ora gli scienziati stanno lavorando al problema della fissazione biologica dell'azoto. Qual e il punto? L'uso di fertilizzanti azotati è un indubbio progresso. Beneficiano i campi e aumentano i raccolti. Ma l'azoto minerale ha anche le sue conseguenze negative: i composti azotati vengono lavati nei corpi idrici, causando lo sviluppo di flora indesiderata lì, che peggiora la composizione dell'acqua. Puoi fare a meno dei fertilizzanti? Certo, per niente con l'agricoltura intensiva, ma è possibile ridurne l'utilizzo. È noto che i legumi (ad esempio i semi di soia) assimilano l'azoto dall'aria. Ci sono piccole palline sulle loro radici - colonie di batteri che vivono in simbiosi con le piante. Hanno la capacità di legare l'azoto atmosferico e convertirlo in una forma che la soia può assorbire facilmente.

Se si riscontrano microrganismi che possono vivere sulle radici dei cereali e legare l'azoto atmosferico, sarà possibile applicare meno fertilizzante al terreno. Che enormi risparmi questo promette, come aiuterà la conservazione della natura! In quali direzioni stanno andando le ricerche? E su quelli tradizionali - per selezione. E attraverso l'ingegneria genetica. Immagina: trasferiamo i geni per l'assimilazione dell'azoto atmosferico dai batteri noduli ad altri batteri che potrebbero vivere in simbiosi con il grano o anche nelle foglie dei cereali ...

Molto può essere risolto non con piccoli miglioramenti ai metodi esistenti, siano essi tecnici o metodi agricoli, ma con cambiamenti radicali, grazie a scoperte fondamentalmente nuove. Questo è il futuro. L'umanità non ha esaurito i modi per prevenire le conseguenze negative associate allo sviluppo della società.

A. Baev

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