Подруга

Натура и культура – два стержня, на коих красуются все достоинства.

Алфавитный указатель

Журналы по годам

1970 |
1971 |
1972 |
1973 |
1974 |
1975 |
1976 |
1977 |
1978 |
1979 |
1980 |
1981 |
1982 |
1983 |
1984 |
1985 |
1986 |
1987 |
1988 |
1989 |
1990 |
1991 |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |

Журнал «Здоровье» 1980 год

ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ СТАТЬИ

ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ — ПРОБЛЕМЫ ЖИЗНИ

НИТЬ ЖИЗНИ

В. Н. БАРАНОВ, кандидат медицинских наук

Уже первые наблюдения показали: для того, чтобы жить, клетка должна иметь ядро. Удаление, разрушение ядра неизменно приводило к гибели клетки.

Снова и снова исследователи задавали себе вопрос: «Почему клетка без ядра представляет собой клетку без будущего?» Однако лишь через сто с лишним лет после первого описания клеточного ядра постепенно начала проясняться роль этой загадочной ультраструктуры. Главная веха — открытие процесса деления клеток — митоза.

Схема деления клетки

	1. В период покоя ДНК распределена по всему объему ядра.
	2. ДНК уплотняется и сверты вается в спираль.
	3. Ядерная обо- лочка распадается; образуются хромосомы.
	4. Хромосомы вы- страиваются по экватору клетки.
	5. Хромосомы рас- щепились пополам и расходятся к полюсам клетки.
	6. Вокруг каждой группы хромосом образуется ядерная оболочка; начинается деление цитоплазмы.

Наблюдения за ядром живой клетки в процессе деления выявили сложные преобразования его строения. Ядро становится зернистым, теряет свои границы и как бы растворяется в клетке.

Его место занимают движущиеся, точно танцующие палочковидные тельца, названные впоследствии хромосомами за их способность интенсивно окрашиваться на срезах клеток (от греческих слов «хрома» — окраска и «сома» — тело).

В какой-то момент все хромосомы одновременно, будто по команде, выстраиваются в ряд по экватору клетки. Затем каждая «палочка» расщепляется продольно и строго пополам, и вновь образованные хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки; вокруг каждой из этих групп появляется оболочка. Вслед за делением ядра делится на две части и тело клетки — цитоплазма. Так образуются две дочерние клетки.

Для чего существует столь сложный «ритуальный танец»? Поиски ответа на этот вопрос были длительными и очень нелегкими. Пожалуй, ни к одной биологической структуре не было приложено такого количества разнообразных методов исследования, имеющихся на вооружении у биологии, биохимии, химии, какие были использованы для анализа строения, свойств и функционирования хромосом.

Теперь даже школьникам известно, что хромосомы всех организмов — растений, животных и человека — представляют собой хранилище наследственной информации. Стал понятным и глубокий смысл расщепления хромосом в процессе деления клетки: этот механизм необходим для равномерного распределения важнейшей жизненной информации между двумя дочерними клетками.

Выяснилось, что совсем не случайно хромосомы делятся продольно: по их длине в определенной и неизменной последовательности расположены гены — структуры, определяющие, чем этой клетке быть. Станет ли оплодотворенное яйцо лягушкой или цыпленком?

На этот вопрос отвечают гены. И они же определяют, какие клетки развивающегося яйца станут перьями цыпленка, какие — его ногами, а какие — кокетливым красным гребешком.

В начале 40-х годов ученым удалось выяснить, что гены образованы молекулами дезоксирибонуклеиновой кислоты, сокращенно ДНК. Этот удивительный биологический полимер, состоящий из цепочек нуклеотидов — сложных химических соединений, стал подлинным героем нашего времени.

Из поколения в поколение передается записанная его молекулами программа синтеза белков, и чем сложнее эта программа, тем длиннее нить ДНК.

Сейчас весьма убедительно доказано, что для каждого вида организмов характерно определенное количество ДНК на каждую клетку; оно повышается от вирусов к позвоночным.

Согласно современным представлениям, все сведения об устройстве клетки и ее функции определенным образом записаны в молекулах ДНК подобно словам на телетайпной ленте. При этом за появление каждого конкретного признака ответствен определенный ген или несколько генов, в нашем сравнении это отдельное слово на ленте.

Гены отличаются друг от друга последовательностью четырех нуклеотидов, причем важна лишь тройка их в той или иной комбинации. Если продолжать сравнение с телетайпной лентой, то, следовательно, слова на ней состоят из трех букв, а весь алфавит из четырех.

Чтобы представить, сколь велико количество информации, записанной в ДНК клетки человека, достаточно назвать сумму нуклеотидов в ней — примерно 3 миллиарда. Причем вся колоссальная информация умещается на «телетайпной ленте» длиной в два — четыре метра — именно такова длина нити ДНК в одном ядре. Чтобы уместиться в ничтожно малый объем ядра, ДНК многократно скручивается, складывается.

Каким же образом реализуется информация, содержащаяся в ДНК: как читается записанная в ней программа жизни?

Деятельность клетки — это многочисленные химические реакции, каждая из которых протекает под действием своего фермента (биологического катализатора белковой природы).

Известно, что белки синтезируются в цитоплазме клетки, значит, сюда и должна попасть информация об их строении. Процесс доставки осуществляется с помощью молекул особой информационной, или матричной, рибонуклеиновой кислоты — мРНК.

Информация с какого-либо участка ДНК переписывается в молекулу мРНК, которая затем направляется в цитоплазму клетки, где и образуется молекула нужного белка по плану строения, принесенному мРНК.

Синтез белков происходит в основном в период между делениями клетки, называемый (весьма неудачно) периодом покоя. В этот период молекула ДНК относительно выпрямлена, рыхло расположена в ядре и наиболее удобна для «чтения».

Под электронным микроскопом она очень напоминает нитку бус. В конце периода покоя начинается удвоение молекул ДНК, и тем самым подается команда к делению клетки. Характер расположения молекул ДНК в ядре резко изменяется: ДНК спрессовывается, упаковывается в компактные хромосомы, которые являются как бы своеобразным контейнером для переноса молекул ДНК.

С наступлением периода покоя хромосомы теряют компактность, начинает «разматываться» нить жизни, открывается «книга памяти» ДНК, и клетка синтезирует белки, выполняя свои определенные функции в организме.

На первый взгляд может показаться, что генный механизм наследственности чрезвычайно устойчив благодаря тому, что каждая вновь образованная клетка получает от клетки-родителя полный набор генов. Они будут управлять ростом и развитием «новорожденной», они же обеспечат в нужный момент воспроизводство новой клетки с таким же набором генов.

Однако это не всегда так. Наблюдения показывают, что генный аппарат клеток подвержен мутациям (изменениям) и спонтанным и индуцированным. Правда, частота спонтанных, то есть самопроизвольных, мутаций у организмов всех видов исключительно мала, они имеют случайный, ненаправленный характер.

Другое дело индуцированные: они возникают гораздо чаще под воздействием факторов, называемых мутагенными. Это могут быть биологические агенты, в первую очередь патогенные вирусы, некоторые химические соединения, ультрафиолетовое, рентгеновское, ионизирующее излучение.

Мутагенные факторы способны разрушать некоторые нуклеотиды молекул ДНК или значительно повреждать их; в этих случаях говорят о генных мутациях.

Когда под воздействием этих факторов разрывается цепочка молекул ДНК, повреждения относят к хромосомным мутациям. Мутации опасны тем, что с поврежденных молекул ДНК, как с испорченных страниц, снимаются новые, уже дефектные копии, содержащие неверную, искаженную программу жизни.

Организм может передать ее по наследству — так могут возникнуть наследственные заболевания, обусловленные как хромосомными, так и генными мутациями.

Типичными примерами болезней, связанных с изменением количества хромосом, являются болезнь Дауна и синдром Шерешевского-Тернера.

Схематично структуру молекулы ДНК можно представить в виде двойной спирали.	Хромосома в процессе деления в тот момент, когда она почти полностью расщепилась и две дочерние хромосомы связаны лишь небольшим мостиком (показан стрелкой).
	В период покоя, который длится иногда месяцы и даже годы, хромосомы теряют свою компактность (фото внизу). ДНК раскручивается, и начинается активный синтез белков в клетке.

Болезнь Дауна, характеризующаяся умственной отсталостью и бесплодием, вызывается наличием лишней, добавочной хромосомы. А синдром Шерешевского-Тернера, проявляющийся в замедлении роста и полового развития, обусловлен отсутствием одной хромосомы.

Нелишне напомнить, что каждая клетка нашего организма содержит 46 парных хромосом и лишь половые клетки, и мужские и женские, имеют только по 23 непарные хромосомы.

При слиянии половых клеток образуется одноклеточный зародыш, ядро которого содержит 46 хромосом: половина из них получена от отца, а другая половина — от матери. Именно поэтому все мы чем-то похожи на своих родителей.

В настоящее время известно около 2000 наследственных болезней, синдромов и аномалий, проявляющихся в виде различных нарушений обмена веществ, физических уродств, психических расстройств.

Ученые утверждают, что фонд неблагоприятных генов постоянно пополняется и разнообразится. И поэтому с особой остротой стоит проблема исправления повреждений генного аппарата клетки.

Идея «лечения» генов поначалу кажется очень простой: вместо поврежденного гена вводить в клетку соответствующий здоровый. Однако не все так просто, как кажется.

Прежде всего нужно научиться получать гены, либо выделять их в готовом виде из других организмов, либо синтезировать. Просто это или сложно? Судите сами.

По грубым подсчетам, генетический материал (геном) человека представлен несколькими миллиардами нуклеотидных пар, а количество генов, как предполагают, составляет, как минимум, несколько десятков тысяч.

Из этого количества исследовано лишь несколько сот генов; что же касается хромосомной локализации генов, то адрес найден лишь для ста генов, притом не вполне точно.

Другая не менее сложная задача — ввести нужный здоровый ген в организм. Уже сегодня ученым с помощью ювелирной техники, используя в качестве посредников в одних случаях микроскопические жировые пузырьки — липосомы, а в других некоторые виды вирусов, удалось ввести искусственные гены в ядра изолированных животных клеток и в ДНК бактерий.

И что самое главное — пересаженный ген активно работал в новом хозяине. Конечно, до полного решения проблемы еще очень и очень далеко, но первые успехи в этом направлении обнадеживают.

Рисунки С. ЛУХИНА

По материалам журнала "Здоровье" 03.1980 г.