8.3 Проблемы генетики

Выделение и быстрое развитие в XX в. генетики как от­расли биологической науки определяется прежде всего открытием в конце XIX в. определенных законов, кото­рым подчиняется механизм наследственности, что сдела­ло возможным целенаправленную селекцию растений и животных.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем - наследственность и изменчивость, то есть способность живых организмов передавать свои признаки и свойства из по­коления в поколение, а также приобретать новые качества.

Важным этапом в развитии генетики стало от­крытие роли ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) в передаче наследственной информации в 30-х годах XX века. Началось раскрытие генетических законо­мерностей на молекулярном уровне, зародилась новая дисцип­лина - молекулярная генетика. Признаки и свойства организма, передающиеся по наслед­ству, фиксируются в генах - участках молекулы ДНК (или хромосомы), определяющих возможность развития одного элементарного признака или синтез одной белковой молекулы. По химическому составу — это нуклеи­новые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор. Гены располагаются, как правило, в ядрах клеток. Они имеются в каждой клетке, и поэтому их общее количество в крупных организмах может достигать многих миллиардов. По своему назначению гены — своего рода "мозговой центр" всего организма. Совокупность всех признаков организма называется феноти­пом. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом. Эти открытия, термины и их определения связаны с именем одного из основоположни­ков генетики В. Иогансена.

В основу генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные австрийским биологом Грегором Менделем при прове­денной им серии опытов по скрещиванию различных сортов гороха. Согласно его гипотезе наследование носит дискретный характер. Наследование признаков идет в ре­жиме расщепления, поэтому возможно появление гибридов с несмешивающимися признаками. Эта гениально простая схема, развившаяся последствии в стройную теорию, объяснила одним разом все эмпирические факты. Открытия Г. Менделя были по достоинству оценены только после его смерти, а в России — значительно позже, чем в других странах. Дальнейшее развитие теория наследственности получила в хромосомной теории Моргана.

Существование различных видов жизни, казалось бы, отрицает саму идею ее единства. Благодаря открытию структуры ДНК стало понятно, каким образом возникло множество жизненных форм. Главными строительными блоками живого организма являются белки, образуемые внутри клеток путем соединения 20 разных аминокислот в разной последовательности. Существуют тысячи возможных вариантов их соединения, дающий тысячи разных белков. К 1950 году уже было установлено, что молекула ДНК - тот материал, который контролирует производство белков и наследственные черты всего живого.

В 1953 году американскими учеными Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком было сделано важнейшее открытие ХХ века, совершившее настоящий переворот в современной биологии. Задача определения структуры молекулы ДНК была невероятно трудной, поскольку молекулы живых организмов большие и сложные. Но она была блестяще решена, и в апреле 1953 года в научном журнале “Природа” была опубликована короткая, из 900 слов, статья, в которой предлагалась структура двойной спирали: две скручен­ные вместе спирали скрепляются двумя типами пар оснований аденин-тимин и цитозин-гуанин. Открытая Уотсоном и Криком структура ДНК подсказала, каким образом при делении клетки происходит передача наследственной информации и как ДНК определяет структуру белков организма. При размножении две спирали старой молекулы ДНК рас­ходятся, и каждая становится матрицей для воспроизводства новых цепей ДНК. Удвоение молекул ДНК происходит с удивитель­ной точностью, новая молекула абсолютно идентична старой.

Разгадка генетического кода объяснила истоки наследственных болезней. Единственной ошибки в порядке построения оснований в ДНК может быть достаточно, чтобы прервать процесс образования нормального белка. Всего у человека 100 000 генов, в структуре которых может встречаться по меньшей мере 12 ошибок, возникающих как правило случайно. Большая часть этих ошибок не имеет серьезных последствий, однако некоторые вызывают генетические болезни. Современный уровень генетики дает шанс исправить эти ошибки. Однако проводимые эксперименты по генной терапии пока не позволили вылечить не одну из серьезных генетических болезней.

Важнейшими задачами, которые решают сегодня ученые-генетики в тесном контакте с практиками-селекционерами, яв­ляются выбор оптимальной системы скрещивания и эффектив­ного метода отбора, управление развитием наследственных признаков. В области медицины генетика способствует, в частности, разработке мероприятий по защите человека от вредного мутагенного воздействия окружающей среды.

Крупнейшее открытие современной генетики связано с ус­тановлением способности генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием (от лат. mutatio — мута­ция, изменение). Мутации для организма бывают полезными, вредными или же нейтральными. Одним из результатов мута­ций может быть появление организма нового вида — мутанта.

Причины мутаций до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызы­вающие мутации. Это так называемые мутагены, рождающие изменения. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т. д. Вместе с тем они зависят и от некоторых экстремальных факторов, таких, как дей­ствие отравляющих веществ, радиоактивных элементов, в резуль­тате которых количество мутаций увеличивается в сотни раз, причем возрастает оно пропорционально дозе воздействия. В последнее время в связи с загрязнением ок­ружающей среды, повышением фонда радиации возрастает число стихийных вредных мутаций, в том числе и у человека. Ежегодно в мире рождается около 75 млн. детей. Из них 1,5 млн., т.е. около 2%, — с наследственными болезнями, вызванными мутациями. С наследственностью связана предрасположенность к раку, туберкулезу, полиомиелиту. Известны вызываемые теми же факторами дефекты нервной системы и психики, такие, как слабоумие, эпилепсия, шизофрения и т.п.

Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются ви­русы (от лат. virus — яд). Вирусы — мельчайшие из живых су­ществ. Их можно рассмотреть только в электронный микроскоп. Они не имеют клеточного строения, не способны сами синтези­ровать белок, поэтому получают необходимые для их жизнедея­тельности вещества, проникая в живую клетку и используя чу­жие органические вещества и энергию. У человека вирусы вы­зывают множество заболеваний, включая грипп и СПИД.

СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита вы­зывается особым вирусом. Попадая в клетки крови и мозга, он встраивается в генный аппарат и парализует их защитные свой­ства. Зараженный вирусом СПИДа человек становится безза­щитным перед любой инфекцией. До сих пор не разработаны даже теоретические подходы к решению такой задачи, как очи­стка генетического аппарата клеток человека от чужеродной вирусной информации.

Опираясь на достижения современной генетики, крупный вклад в развитие селекции, создание новых сортов растений, пород животных, борьбу с их болезнями внесли выдающиеся отечественные биологи Н.И. Вавилов, И.В. Мичурин, Н.П. Дубинин, Н.В. Тимофеев-Ресовский.

В процессе развития биологии и ее практического использования встает ряд острых проблем, требующих специального этического осмысления. Первоочередной среди них стала угроза уничтожения всех форм жизни на Земле, ответствен­ность за которую несут не только политики, но и ученые, особен­но физики, химики, биологи. Исследования в области генной инженерии также вызывает тревогу. Например, целесообразность поддержания жизни смертельно больного человека, допустимость использования человеком его "права на смерть", проведения научных экспериментов над жи­вотными и людьми, наконец, целесообразность применения гене­тики для клонирования (копирования) животных и людей.

Так, весной 1997 г. общественное мнение Великобритании бы­ло буквально потрясено известием о том, что доктор И. Вилмут с группой ученых биологического института в Эдинбурге получил искусственным путем ягненка по имени Долли. Причем, как было заявлено, эта тех­нология потенциально применима и к людям. При­мечательно, что под давлением общественного мнения британ­ское правительство было вынуждено незамедлительно прекра­тить финансирование программы, выполняемой учеными Эдинбурга.