1Развитие молекулярной биологии

1.1Формирование представлений об организации материального субстрата наследственности и изменчивости

Наследственность и изменчивость как важнейшие свойства любой живой системы обеспечиваются функционированием особого материального субстрата. В ходе исторического развития биологической науки представления о его свойствах, организации и химической природе постоянно расширяются и усложняются.

В 60-х гг. XIX в. основоположник генетики Г. Мендель (1865) высказал первые предположения об организации наследственного материала. На основании результатов своих экспериментов на горохе он пришел к заключению, что наследственный материал дискретен, т.е. представлен отдельными наследственными задатками, отвечающими за развитие определенных признаков организмов. По утверждению Менделя, в наследственном материале организмов, размножающихся половым путем, развитие отдельного признака обеспечивается парой аллельных задатков, пришедших с половыми клетками от обоих родителей. При образовании гамет в каждую из них попадает лишь один из пары аллельных задатков, поэтому гаметы всегда "чисты". В 1909 г.В. Иогансен назвал "наследственные задатки" Менделя генами.

80-е гг. XIX в. ознаменовались важными достижениями в области цитологии: были описаны митоз и мейоз - деление соответственно соматических и половых клеток, в ходе которых закономерно между дочерними хромосомы (В. Вольдейер, 1888).

Данные о характере распределения хромосом в процессе клеточного деления позволили в начале XX в.Т. Бовери (1902-1907) и У. Сетгону (1902-1903) сделать вывод о том, что преемственность свойств в ряду поколений клеток и организмов определяется преемственностью их хромосом. Хромосомы стали рассматривать как материальные носители наследственной программы.

Дальнейшая разработка хромосомной теории наследственности, объединяющей представления о наследственных задатках и хромосомах, была осуществлена в начале XX в. Т. Морганом и его сотрудниками. В опытах, выполненных на дрозофиле, было подтверждено ранее высказанное предположение о роли хромосом в обеспечении наследственности. Установлено, что гены размещаются в хромосомах, располагаясь в них в линейном порядке. Гены каждой хромосомы образуют группу сцепления, число которых определяется количеством хромосом в половых клетках. Гены одной группы сцепления наследуются, как правило, совместно. Однако в ряде случаев происходит их перекомбинация в связи с кроссинговером, частота которого зависит от расстояния между генами. В хромосомной теории нашел отражение один из важнейших принципов генетики - единство дискретности и непрерывности наследственного материала.

Однако, данные, полученные в первые десятилетия XX в. свидетельствуют в пользу зависимости состояния признаков от характера взаимодействия генов, что выходило за рамки отношений доминантности и рецессивности, описанных еще Менделем.

1.2Первые исследования природы генетического материала

После того, как в 1910-х годах законы Менделя получили широкое признание в научных кругах, а в 1920-х годах развитие атомной теории привело к разработке принципов квантовой механики, казалось, что наука вплотную подошла к открытию молекулярного фундамента феномена жизни. Уоррен Уивер, директор отдела естественных наук Фонда Рокфеллера, поддерживал и финансировал исследования на стыке биологии, химии и физики. В 1938 г Уивером предложено название новой научной дисциплины - молекулярной биологии. Однако в 1930-х — 1940-х годах под молекулярную биология не было подведено теоритической базы, как это было сделано Нильсоном Бором и Эрвином Шрёдингером в теоретической физики.

В 1940 г. Джордж Бидл и Эдуард Тейтем показали факт существования связи между генами и белками, связав генетику с биохимией. Они предложили генетикам вместо дрозофилы использовать в качестве модельного организма грибок нейроспору.

Использование более широкого спектра модельных организмов было чрезвычайно важно для появления новой дисциплины.

В 1944 г. Освальд Эвери, работавший в Рокфеллеровском университете с бактериями, показал, что гены состоят из ДНК, а в 1952 г. Алфред Херши и Марта Чейз одтвердили, что генетический материал бактериофага тоже состоит из ДНК.