Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science

Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science


^ Решение головоломки: как, кто и почему?


Как. Разглядим с позиции научного способа две главные, допускающие проверку догадки о происхождении жизни на Земле.

Догадка 1

Панспермия Хойла—Викрамасингха

Пророчество: если бактерии обитают на ядрах комет, то Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science жизнь либо само мало сложные органические молекулы могут существовать и в других местах.

^ Опыт: экспедиции на Марс и спутники наружных планет либо, может быть, галлактический корабль Stardust прояснят положение дел. Если Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science не отыщется следов жизни, догадку придется дополнить либо отторгнуть. В неприятном случае... Если калифорнийский проект по поиску инопланетного разума получит сигнал от разумных форм жизни, то вопрос происхождения этих форм жизни приобретет огромное Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science значение (см.: Перечень мыслях, 4. Инопланетная жизнь).

Догадка 2

Молекулярное самопроизвольное зарождение жизни, по Опарину—Холдейну. Как видно из нашего обсуждения, данная догадка мучается незавершенностью. Требуется уточнить многие личные вопросы.



Пророчество: при уточнении личных Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science вопросов нужно обусловиться с рядом устойчивых реакций, которые можно было бы воспроизвести в лабораторных критериях.

Опыт: ученые ожидают пророчеств от теории, чтоб проверить их опытным методом.

Кто. Кто, а именно, мог бы Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science посодействовать в окончании догадки и проведении тяжелых лабораторных опытов? Вот неполный перечень соискателей: Сидни Олтмен, Дэвид Бар-тел, Рональд Брикер, Андре Брок, А. Грэм Кэрнс-Смит, Томас Чек, Кристиан де Дюв, Манфред Эйген, Эндрю Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Эллингтон, Альберт Эшенмозер, Джеймс Феррис, Айрис Фрай из Израиля, Уолтер Гилберт, Норман Гарольд Горовиц, Уэнди Джонсон, Стюарт Кауффман, Ноам Лахав из Израиля, Барри Эдуард Хауорт Маден из Англии, Петер Эйгил Нильсен Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science из Дании, Харри Ноллер, Лесли Оргел, Норман Пейс, Курош Салехи-Аштиани, Эёрш Сатмари из Венгрии, Питер Унрау, Чарльз Уилсон и Арт Цауг. Либо же это будет кто-то из малоизвестного учреждения вроде Швейцарского Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science патентного бюро, владеющий острым зрением, чтоб окутать взглядом не только лишь общую картину, да и нужные для ее осознания подробности.

Почему. Почему ученые берутся за такие огромные и запрещенные темы, как Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science происхождение жизни? Многими движет любопытство, но в данном деле есть и одно притягательное для всех событие. Фонд Origin-of-Life Foundation выплатит вознаграждение тому, кто предложит «наиболее приемлемый механизм самопроизвольного появления в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science природе генетических команд, достаточных для зарождения жизни». Заслуга — 1,35 млн. баксов — вкусный кусок. За подробностями обращайтесь на узел Глобальной Сети www.us.net/life .

В 1862 году Луи Пастер принял вызов вопреки Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science советам друзей. Он решил головоломку и за свои труды удостоился премии Французской академии. Чего нам недостает, так это Пастера XXI века.

Глава 4-ая

Биология

Каково строение и назначение протеома?

Что такое жизнь? Вспышка светляка Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в ночи. Дыхание бизона зимой. Маленькая тень, пробежавшая по травке И потерявшаяся посреди заката.

^ Предсмертные слова Вороньей Лапы,

вождя племени сиксика 6

Но каким бы ни был переход Земли от мертвенной к обитаемой планетке Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, он проложил путь к становлению планетки, полной различных форм жизни. Биология занимается исследованием этих самых форм жизни и процессов, обеспечивающих их жизнедеятельность. До недавнешнего времени наикрупнейшей нерешенной задачей биологии оставалось чтение молекулярного чертежа, генома Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, отдельных форм жизни.

Сейчас, после расшифровки генома человека и других форм жизни, задачка такая: узнать, как белковые молекулы, собранные в согласовании с содержащимися в геномах указаниями, участвуют в устроении и жизнедеятельности Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science организмов? Как эти белковые молекулы обеспечивают неописуемо сложное молекулярное взаимодействие, именуемое жизнью?


E. coli


Стремительно ешь, стремительно расти, стремительно плодись, стремительно реагируй... Для клеток спешка — стиль жизни.

Каким-то образом молекулы производят Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science все эти актуально принципиальные отправления клеточки. Согласно основам молекулярной биологии сообщение от ДНК переписывается (транскрибируется) в виде РНК, которая потом передает (передает) сообщение белкам, длинноватым цепочкам полимеров с разными боковыми группами, протянувшимися вереницей Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science повдоль циклического остова. Эти белки в свою очередь обеспечивают налаженную работу клеточки.

Операционная система жизни превосходит всякую версию Windows. Крохотная молекулярная установка жизни решает свои задачки накрепко в разных критериях работы и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science с малыми сбоями. Хотя биология достигнула многого в осознании функционирования форм жизни, детали операционной системы жизни настолько сложны, что составляют крупнейшую нерешенную делему биологии.

Чтоб получить представление о природе данной задачи Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, разглядим некие трудности в действиях молекул при отправлении сравнимо обычным организмом одной актуально принципиальной надобности — метаболического разложения молекулы сахара. Данный процесс в первый раз исследовали в 1960-е годы французские ученые Жак Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Моно, Франсуа Жакоб и Андре Львов. Начнем изыскания с крохотной бактерии, обитающей (обычно полностью умиротворенно) в толстой (ободочной) кишке многих животных и человека. Ее имя Escherichia coli (пищеварительная палочка) — Е. coli. Это один из Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science любимых объектов исследования у биологов, и потому он отлично исследован.



Одна разновидность К-12 полностью безвредна и нередко употребляется в лабораторной работе. Ее полная ДНК (геном) описана и содержит 4 639 221 пару оснований. Из ДНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science палочки К-12 транскрибируются 89 РНК, которые в свою очередь строят 4288 разных белков. Обходясь обычным (единичным) сахаром, глюкозой и несколькими неорганическими ионами, молекулярный механизм этого крепкого организма способен синтезировать всякую органическую молекулу, нужную для метаболизма Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, роста, восприятия и воспроизводства. Благодаря собственной приспособляемости это крохотное существо выращивается в богатой глюкозой среде в био лабораториях по всему миру.


^ Опероны Е. coli


Молекулярная подвижность Е. coli находится в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science зависимости от оперонов — генетических единиц, расположенных на молекуле ДНК, хромосоме, и состоящих из кластера генов с надлежащими функциями. Один из оперонов именуется lac-опероном ввиду главный роли в метаболизме молочного сахара (лактозы Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science). Lac-оперон содержит три гена, отвечающих за выработку 3-х белков, импортирующих лактозу в клеточку и расщепляющих ее на глюкозу и другой сахар, галактозу.

Разглядим, как lac-оперон участвует в метаболическом процессе при добавлении Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science лактозы в обычно богатую глюкозой питательную среду. Лактоза, молочный сахар, труднее глюкозы и состоит из глюкозы с галактозой, образующих одну молекулу, дисахарид (рис. 4.1). После прибавления лактозы к среде с присутствием Е. coli происходит то Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, что описывалось выше. Е. coli переваривает глюкозу, оставляя в неприкосновенности лактозу. Но при нехватке глюкозы в ход идет и она.



Рис. 4.1. Молекулы глюкозы и лактозы


Очень интересно поведение при всем этом Е. coli Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. На время все замирает. Е. coli не оказывает влияние на лактозу, другие метаболические реакции идут на убыль, и клеточка перестает делиться. Настают трудные времена для Е. coli. Но скоро начинает действовать лактоза Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, потом Е. coli. Исследование хим процессов клеточки выявляет три новых белка, которых не было,

пока хватало глюкозы. Эти белки состоят из [галакзид-]пермеазы, препровождающей молекулы лактозы через мембрану клеточки, где они перевариваются Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science; бета-галактозидазы, расщепляющей лактозу на глюкозу и галактозу; и [тиога-лактизид-]трансацетилазы, чья роль еще вполне не выяснена.


^ Оперон ДНК — РНК — белки


Представляется, что присутствие лактозы в клеточке служит пусковым механизмом, приводящим в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science действие транскрипцию РНК, которая производит эти три белковых фермента. На самом же деле все обстоит существенно труднее. Сигнал к производству разных белковых ферментов задается сразу наличием лактозы и отсутствием глюкозы. Разглядим Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science этот процесс на молекулярном уровне, чтоб узнать его механизм.

ДНК иногда представляют в виде обособленной молекулы, накрепко защищенной благодаря собственному крепкому сложению, хранящей актуально важную для клеточки информацию. Но это далековато не Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science так. В реальности ДНК повсевременно прощупывают, крутят, тормошат, открывают разные белковые ферменты. Такая деятельность принуждает эту информационную магистраль значительно выкладываться.

Все эти деяния обоснованы видом ДНК и рассредотачиванием электронного заряда. Двойная спираль имеет Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science бороздки, небольшую и огромную, а все нуклеотидные основания владеют только им присущим рассредотачиванием электронного заряда (см.: Перечень мыслях, 6. Сборка модели ДНК, где рассказывается, как собирать часть ДНК из набора конструктора). Некие белки Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science имеют размер и очертание, приходящиеся «впору» этим бороздкам. Благодаря рассредотачиванию электронного заряда у белков и ДНК они могут плотно прилегать друг к другу. Но притяжение не настолько очень, как Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ковалентные связи снутри каждой молекулы. Такое вкладывание одной молекулы в другую именуют связыванием.

Зависимо от формы и рассредотачивания заряда белки присоединяются в соответственных местах повдоль ДНК. Ввиду термического движения молекул белки повсевременно связываются Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и отделяются.

Соответствие сложных молекулярных очертаний нередко представляется аналогичным ключу и замку. Только немногие очертания в достаточной степени соответствуют друг дружке для соединения молекул. Белки тоже могут связываться с другими белками, образуя Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science новейшую единицу под заглавием комплекс. Обычно комплекс приобретает другие по сопоставлению с начальной молекулой очертание и рассредотачивание заряда. Такую перемену, играющую главную роль в сборке белка, так как изменяются «ключи» и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science «замки», называют конформационным конфигурацией.

РНК собирается при помощи белкового фермента (полимеразы), который прикрепляется к связывающей стороне ДНК, распускает двойную спираль в центре подобно «змейке» и переписывает (транскрибирует) порядок парных оснований ДНК на молекулу РНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. Потом РНК покидает ДНК и переносит (передает) порядок парных нуклеотидных оснований, собирая белок на молекулярном устройстве под заглавием рибосома. Любая группа из 3-х нуклеотидных оснований, называемая кодоном (см.: Перечень мыслях, 7. Кодоны), определяет, какую Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science аминокислоту добавить к белку. Полимераза РНК связывается с ДНК только в тех местах, где приходится впору. Это прилаживание определяется не только лишь очертанием молекулы полимеразы, да и наличием места связывания Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science у ДНК, которое в свою очередь находится в зависимости от извивов ДНК.

Для получения полной картины метаболического процесса на базе лактозы недостает 3-х молекул. Сначала это белок-активатор катаболизма (БАК-белок). В Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science обыкновенном состоянии строение БАК-белка не позволяет ему соединяться с ДНК. БАК-белок содержит место для связывания с другой молекулой, повторяющимся аденозинмонофосфатом (цАМФ). Молекула цАМФ вырабатывается в среде, где отсутствует глюкоза. Если цАМФ связан Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science с БАК-белком, БАК-белок претерпевает конформационное изменение, позволяющее ему присоединяться к ДНК. В свою очередь, связывание комплекса БАК-белок/цАМФ с ДНК Е. соli принуждает ДНК сгибаться, как показано на рис Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. 4.2.

На заключительном шаге требуется наличие другого белка, действующего в качестве репрессора. В этом случае он именуется lас-репрессором. Эта молекула обычно заходит в бороздку ДНК в том месте, где необходимо помешать Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science закрепиться полимеразе РНК, переписывающей информацию ДНК на белки, которые усваивают лактозу.

Если лактоза не соединена с lac-репрессором, репрессор точно заходит в бороздку ДНК в подходящем месте, препятствуя выполнению полимеразой РНК возложенной Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science на нее задачки перезаписи (транскрипции). Если лактоза соединена с lac-репрессором, это вызовет в репрессоре конформационные конфигурации, так что он уже не будет подходить бороздке ДНК Е. соli и не будет мешать полимеразе Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ДНК делать транскрипцию. Разглядим, как эти молекулы сотрудничают, определяя наблюдаемую линию поведения Е. coli.




Рис. 4.2. Связь цАМФ с БАК-белком, а БАК-белка — с ДНК (из кн.: Raven P. H., Johnson Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science G. В. Biology)

В начальных критериях имеется глюкоза и отсутствует лактоза. При наличии глюкозы цАМФ не вырабатывается, а означает, не создается комплекс БАК-белок/цАМФ, не сгибается ДНК и полимераза РНК не Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science переписывает белки для усвоения лактозы. Кроме этого, репрессор находится на ДНК, препятствуя соединению полимеразы РНК с ДНК в этом месте. Выходит двойная блокировка перезаписи (рис. 4.3а).

В смешанной среде с глюкозой и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science лактозой присутствие глюкозы препятствует образованию комплекса БАК-белок/ цАМФ, так что ДНК не изгибалась, а полимераза РНК не занималась перезаписью. Даже если присутствие лактозы вынудит репрессор покинуть бороздку ДНК, полного связывания полимеразы РНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science не произойдет. Она покидает ДНК, так и не прикрепившись ни к одному из участков lac-оперона.



Рис. 4.3. Lac-penpeccop (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology)

В отсутствие глюкозы Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и лактозы возникает комплекс БАК-белок/цАМФ, изгибается ДНК в ожидании РНК, но при всем этом наличествует и репрессор. Исходя из убеждений Е. coli отсутствие еды значит грядущий голод. Но мы лицезреем Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, как она готова к вероятному повороту событий. Если появится глюкоза, она не станет расходовать энергию на выработку белковых ферментов, а сходу приступит к усваиванию глюкозы. Если же появится лактоза, изогнувшаяся Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ДНК готова к сборке подходящей РНК, стоит только лактозе объединиться с репрессором, который тотчас покидает ДНК (рис. 4.36).

В отсутствие глюкозы и при наличии лактозы происходит последующее. Недочет глюкозы приводит к образованию комплекса Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science БАК-белок/цАМФ, который соединяется с ДНК, вынуждая ее изгибаться. Это дает возможность полимеразе РНК найти свое место прикрепления. Присутствие лактозы приводит к ее связыванию с laс-репрессором и отсоединению репрессора от ДНК, так Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science что уже вся полимераза РНК может присоединиться к ДНК и собрать три белка для усвоения лактозы (рис. 4.3в).

Схожее положение дел сходно с ситуацией с дверцей, снабженной ручкой и засовом Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. Ручка действует подобно активатору, а запор выступает в роли репрессора. В таблице действие системы «ручка—засов» сравнивается с механизмом «активатор—репрессор».



Положение ручки (активатор)

Положение запора (репрессор)

Раскроется ли дверь (образуются ли усваивающие Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science лактозу белки?)

Не повернута (высочайшее содержание глюкозы)

Заперто (высочайшее содержание лактозы)

Нет

Не повернута (высочайшее содержание глюкозы)

Не заперто (низкое содержание лактозы)

Нет

Повернута (высочайшее содержание глюкозы)

Заперто (низкое содержание лактозы)

Нет

Повернута (низкое содержание глюкозы)

Не Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science заперто (низкое содержание лактозы)

Да



Эта непростая система управления идентична со старенькым устройством Руба Голдберга7, где целая цепь сложных событий служит для заслуги некоторой обычной цели (рис. 4.4). И все таки почему при всей Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science затратности данного механизма Е. coli не производит повсевременно все нужные ферменты, чтоб усваивать хоть какой поступающий к ней сахар? Может быть, некогда такая амеба и была.

Но показавшаяся в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science процессе мутаций Е. coli с ее lac-опероном благодаря существенно большему по сопоставлению со собственной старшей родственницей коэффициенту полезного деяния вытеснила ее. Приятный пример традиционного естественного отбора.

Белковые ферменты собираются фактически сразу с перезаписью РНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, когда РНК все еще прикреплена к длинноватой кольцевой молекуле ДНК. Так как Е. coli относится к прокариотным клеточкам, у нее нет тормозящих ход метаболизма ядра либо ядерной мембраны, так что усвоение Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science лактозы начинается очень скоро. Е. coli отлично живет и на лактозе, и на глюкозе.




Рис. 4.4. Действие lac-оперона на молекулярном уровне (из кн.: Raven P. H., Johnson G. В. Biology Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science)

Е. coli и другие организмы

Е. coli — одно из более изученных живых созданий; исследователи выявили приблизительно две третьих функций ее генов. Механизм задействования lac-оперона составляет только малую часть молекулярных отправлений Е. coli. Может Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science быть, вас изумит, почему настолько много внимания уделяется этой крошечной бактерии, так малеханькой, что 50 таких созданий уместится на кончике людского волоса.

Все дело в том, что существенно проще проводить био исследования без вербования людей Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, к тому же при всем этом не появляются этические вопросы. Обыкновенные организмы проще и резвее растить, и это относится к проведению самих опытов. По размерам Е. coli — очень подходящий объект для исследовательских Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science работ, к тому же она поразительно стремительно плодится: делится каждые 20 минут. При достаточном количестве воды, глюкозы (либо лактозы) и места за 10 часов из одной Е. coli можно получить выше 1 миллиардов Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. клеток. Если другие штаммы Е. coli небезопасны для здоровья, то разновидность К-12 полностью безвредна, так что нет нужды решать суровые меры предосторожности.

Вот уже выше 70 лет Е. coli выступает рабочей лошадкой биохимии, генетики и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science биологии развития. Сходство ее молекулярного процессинга с происходящим в других организмах даже привело к использованию ее в качестве фабрики по производству инсулина для нездоровых диабетом. Жак Моно, выдающийся французский ученый Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и Нобелевский лауреат 1965 года, в один прекрасный момент увидел: «Что правильно для Е. coli, правильно и для слона».

Изучаются и другие прокариоты, вроде Mycoplasma genitalium [возбудителя мочеполового микоплазмоза], самого крошечного самостоятельного Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science живого организма, в составе ДНК которого 580 тыс. пар азотистых оснований и 517 генов, и Haemophilus influenzae [палочки Пфайфера, возбудителя пневмонии и гнойного менингита], в составе ДНК которого 1 830 137 пар азотистых оснований и 1743 гена. Но относительная простота прокариотной Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ДНК в связи с ее величиной и кольцевидностью ограничивает ее применение к более сложным организмам.


^ От прокариот к эукариоталл


Жизнь у прокариот хлопотная. Эти проворные мелкие существа должны владеть отменной реакцией. Как возникает Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science еда, они должны ее переварить, чтоб успеть вырасти. Система управления наподобие lac-оперона отлично адаптирована к резвым действиям, когда необходимо установить требуемый уровень ферментов в согласовании с стремительно меняющейся средой.

Положение Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science с эукариотами совсем другое. Большая часть многоклеточных организмов развивалось таким макаром, что их внутренние клеточки оказались отрезанными от меняющейся наружной среды. Размеренная внутренняя обстановка — гомеостаз — нужна для надежной работы многоклеточных организмов. В Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science конечном итоге генные механизмы управления у эукариот оказались в основном рассчитаны на регуляцию организма в целом.



К примеру, некие гены активизируются только в один прекрасный момент и вызывают необратимые деяния по сопоставлению Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science с на сто процентов обратимым механизмом lac-оперона. У многих животных неспециализированные, так именуемые стволовые клеточки развиваются очень рано, еще у эмбриона. Они преобразуются в спец клеточки, вроде клеток мозга либо Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ногтей, следуя определенному генетическому эталону, который может в конечном итоге привести даже к погибели клеточки. Такая специализация клеток порождает все большее число ДНК, РНК и белковых ферментов, так что эукариоты могут Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science кооперировать в собственном метаболизме тонкие взаимодействия меж этими молекулами.


^ Модельные организмы


Любимый объект исследования посреди эукариот — Sacchammyces accharomyces cerevisae (S. cerevisae), больше узнаваемый как пивные дрожжи. Пожалуй, это более всего изученный на молекулярном Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и клеточном уровнях эукариотный организм. S. cerevisae представляет собой всего только одноклеточный грибок, но многие процессы в его клеточном ядре сходны с теми же процессами у млекопитающих. Вправду, исследование дрожжей посодействовало выявить многие молекулы и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science хим реакции, задействованные в процессах, ход которых нарушается при раке. S. cerevisae устроены труднее бактерии, чье ДНК, содержащее около 12 млн нуклеотидных пар азотистых основания, имеет 6 тыс. генов. И Е. coli, и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science S. cerevisae числятся модельными организмами, которые должны:

  1. стремительно развиваться, имея маленький срок жизни;

  2. владеть малыми размерами, будучи взрослыми;

  3. быть всегда под рукою;

  4. быть ординарными в воззвании;

  5. делать свои био функции схожим с Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science более сложными организмами, вроде человека, образом.

Усердно изучаются и другие модельные организмы. Caenorhabditis elegans — прозрачный круглый червяк, возрастающий в длину менее 1 мм, вполовину величины вот этого знака ~. С. elegans добивается взрослого состояния Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science за три денька, живет в почве по всему свету и питается бактериями вроде тех, что обитают в перегное. Этот небольшой червяк представляет собой многоклеточную (959 клеток) эукариоту с 19 099 генами в состоящей из 97 млн Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science пар азотистых оснований ДНК. Он развивается из одной клеточки в организм с нервной системой и «мозгом». С. elegans способен к обучению, производит яйцеклетки и сперматозоиды, равномерно стареет и погибает. Сидни Бреннер, молекулярный биолог Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science из Англии, гласит, что С. elegans оправдывает свое заглавие, ибо по сути «фотогеничен», как видно на рис. 4.5. Бреннер, Джон Салстон и Роберт Хорвиц разделили Нобелевскую премию 2002 года по физиологии и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science медицине как раз за работу с червяком С. elegans.

Другой модельный организм, Drosophila melanogaster, знаком многим из нас. В 1906 году гарвардский доктор эмбриологии Уильям Эрнест Касл привлек к роли в одном проекте Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science аспиранта [Крейга Вудворта].



Рис. 4.5. С. elegans

Он попросил его не убирать несколько перезрелых виноградин, а потом поглядеть, что получится. Вышли D. melanogaster — плодоносящие мушки — организм, изучаемый сейчас в лабораториях по всему миру. Благодаря своим безупречным Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science свойствам модельного организма плодоносящие мушки обширно употребляются в исследовательских работах по генетике и биологии развития.

Актуальный цикл плодовой мушки составляет 16 дней, а новое поколение она дает каждые 12 часов. Эти существа Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science плодовиты, беспритязательны и, по словам генетика из Беркли Герри Рубин, имеют настолько много общего с человеком, что их именуют крошечными людьми с крыльями. Дрозофила располагает 13 600 генами на ДНК из 165 млн нуклеотидных Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science пар азотистых оснований. Весь этот молекулярный аппарат умещается в тельце длиной 3 мм, величиной приблизительно с буковку V в имени Venter (о самом Вентере чуток позднее).

Mus mesculus (мышь), давнешний любимчик докторов, занимающихся исследованием Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science заболеваний и фармацевтических средств, тоже соответствует всем требованиям, предъявляемым к модельным организмам. К тому же геном мыши очень идентичен с геномом человека.


Генетические сравнительные исследования уже почти все прояснили в отношении строения Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и функционирования тела человека. Последующие исследования принесут дополнительные сведения.

Другие сотворения, вроде полосатой перцины, иглобрюха [родственного горчице сорняка из семейства крестоцветных], резушки Таля (Arabidopsis thaliana) и палочки Пфайфера (Haemophilus influenzae), выступают в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science роли модельных организмов и исследованы в разной степени. Модельные организмы и приспособления, требуемые для их исследования, вызывают в памяти ситуации из традиционной описательной биологии с видами бессчетных исследователей, склонившихся над микроскопом либо Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science щурящихся через стекла очков во время поездок по экзотичным местам, где можно узреть организмы в их естественной среде обитания (вспомним Чарльза Дарвина на Галапагосских островах).


^ Физика — биология — химия


Невзирая на значимость модельных организмов для Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science биологов, поле деятельности современной биологии существенно расширилось почти во всем благодаря нахлынувшим туда представителям других отраслей познаний, чья деятельность преобразила сам подход к исследованию биологии.

Чтоб осознать, как вышло это Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science преображение, взглянем по другому и обширнее на центральное учение молекулярной биологии. Описательная биология сосредоточивалась на видимых признаках, но находила не достаточно разъяснений, связанных с этими признаками молекулярных устройств. Потом пришел черед химии, занимавшейся Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science хим реакциями снутри живых созданий, прояснявшими био процессы. Но основная трудность состояла в том, что управляющие живыми системами молекулы были очень малы, чтоб их можно было для рассматривать в микроскоп.

Последующими нахлынули физики Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, средством рентгеновской кристаллографии выявившие двойную спираль ДНК (вспомним биолога Джеймса Уотсона и физика Фрэнсиса Клика, воспользовавшихся данными рентгеновского кристаллографа Розалинды Франклин). Итак, отличные вести заключались в разработке представления об общем строении ДНК, а Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science нехорошие — в невозможности рассмотреть подробности ее строения из-за малых размеров. ДНК содержит такое неограниченное количество парных оснований нуклеотидов, что их определение и выписывание оказалось сложной задачей.







Рис. 4.6. Общая картина Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science биологии


Итак, положение биологии в 1980-е годы было последующим: молекулярная биология сосредоточилась на работе с очень малыми объектами; традиционная описательная биология ограничилась наблюдением той части биосферы, которая была доступна зрению, пусть и через окуляр Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science микроскопа. Многие детали на стыке микро- и макроскопических областей биологии оказались совсем не поддающимися объяснению (рис. 4.6).

Переход от огромного масштаба к малому происходил медлительно. Исследование молекул с хим точки зрения Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science кое-что проясняло, но продвижение шло черепашьим шагом, а черепаха, как досадно бы это не звучало, не модельный организм.

Посреди 1980-х годов неких биологов озарило: почему бы не изучить весь состав ДНК живого организма Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, так именуемый геном? Более того, средством отдельных модельных организмов придти к конечной цели — геному человека. Это привело к следующему наплыву в биологию приборостроителей, программистов, бизнесменов и возникновению 1-го неуемного исследователя — Дж Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. Крейга Вентера.

^ Составление карты генома человека. Величавые задачки требуют величавых орудий

До того как обрисовывать все перипетии, увенчавшиеся в конечном итоге составлением карты генома модельных организмов и человека, вникнем в подробности того, как Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science устанавливается последовательность оснований плотно упакованной молекулы ДНК. Оказывается, геном человека состоит из 3 миллиардов. парных оснований нуклеотидов. Если считать их по одному за секунду, на это уйдет практически 100 лет. Разумеется, для их определения Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science потребовался более резвый метод, зачем пригодилось усовершенствовать несколько способов.

Электрофорез. В 1937 году шведский биохимик Арне Тиселиус (Тизелиус) разработал способ разделения заряженных частиц во взвеси на базе их массы и заряда (рис. 4.7). Заряженная частичка Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в электронном поле под действием его силы ускоренно движется в сторону обратно заряженного электрода. Погруженная в среду (гель) частичка тормозится под действием силы трения. При равенстве электронной силы и силы трения Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science частичка движется с неизменной скоростью, называемой конечной.



Рис. 4.7. Установка для электрофореза

Данный подход знаком парашютистам, которые благодаря уравновешиванию их веса с силой трения опускаются на землю с неизменной, а не с растущей скоростью.

Для Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science выделения частиц в геле Тиселиус применил красители. Данный подход он в первый раз опробовал при разделении белков в растворе — а в 1948 году был удостоен за свою работу Нобелевской премии по химии Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. С того времени его способ употреблялся в опытах с обилием частиц при движении в разных средах. А для их выделения есть несколько разных приемов.

^ Рестрикционные ферменты. Создание рестрикционных ферментов началось очень Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science особенно: в опытах с бактериофагами. Бактериофаги (либо фаги) представляют собой вирусы, атакующие клеточки микробов, внедряя свои ДНК в клетку-хозяина, который потом плодит данный вирус. Фагов независимо друг от друга открыли в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science 1917 году бактериологи Фредерик Туорт из Англии и Феликс д'Эрелль из Франции. Опыты на бактериофагах получали все больший размах благодаря их способности убивать небезопасные для человека бактерии. Но энтузиазм к ним свалился после открытия пенициллина Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и других хим лекарств.

Бактериофаги настолько многочисленны (по оценкам, их количество составляет 1030), что их общая биомасса существенно превосходит общий вес населения Земли. Они практически полностью состоят из белков и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ДНК (рис. 4.8). Будучи вирусами, они не могут жить без владельца. Ввиду простоты собственного устройства они оказываются безупречными испытуемыми для получения сведений о жизнедеятельности и их самих, и их владельцев.




Хвостовые нити Рис. 4.8. Бактериофаг

Хамилтон Смит Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, микробиолог из института Джонса Хопкинса8 в конце 1960-х работал с Haemophilus influenzae Rd и фагом Р22. Случаем бактерии и фаги стали растить совместно. Смит увидел, как активность ДНК у фага Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science всегда падала, что указывало на расщепление ДНК фага кое-чем снутри бактерии. Смит со своими сотрудниками выделил и очистил ответственный за расщепление фермент и установил его механизм: белковый фермент снутри Н. influenzae Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science расщепляет ДНК фага, выявляя определенную цепь из 6 парных оснований и расщепляя ДНК — постоянно в одном и том же месте и одним и этим же методом.

Таковой фермент получил заглавие рестрикционного. Кроме этого фермента Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Н. influenzae Rd располагает еще одним ферментом, метилазой, защищающей ДНК бактерии от схожей участи. Фермент метилаза присоединяет метиловую группу к нуклеотидным основаниям цитозина либо аденина в ДНК бактерии. Метилирование так изменяет Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science молекулу ДНК, чтоб рестрикционный фермент все еще мог распознать место собственного подсоединения, не вмешиваясь при всем этом в обыденный ход воспроизводства либо метаболизма самой бактерии.

С того времени удалось открыть тыщи ферментов Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, расщепляющих ДНК на определенных участках. Отрыты были и ферменты, скрепляющие вкупе кусочки ДНК. В конечном итоге всех этих открытий молекулярные биологи располагают сейчас набором белковых ферментов, позволяющих им разрезать либо склеивать ДНК в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science данных местах.

^ Сенгеровский способ обрыва цепи [замещающим нуклеотид] дидезокси[рибонуклеозидтрифосфатом] для секвенирования ДНК. В 1977 году биохимик из Англии Фред Сенгер разработал метод расщепления ДНК на участки, надлежащие хоть какой длине начальной ДНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. Этот способ использовал замещающую нуклеотид молекулу. Заместитель не образует связи со последующим нуклеотидом в последовательности, нужной для сотворения всей ДНК, так что цепь обрывается на нем.

Приведем пример. На рис. 4.9 верхняя молекула имеет атом Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science кислорода, связанный с атомом водорода в положении 3' (атомы углерода в кольце нумеруются цифрами 1', 2', 3', 4' и 5'), тогда как у атома водорода в положении 4' атом кислорода отсутствует (отсюда приставка дезокси-). У нижней Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science молекулы атом водорода отсутствует на позициях 3' и 4', потому ее заглавие начинается с приставки дидезокси-. Из-за таковой различия в строении, когда при сборке молекулы ДНК в нее встраивается дидезоксидное основание, она уже не связывается с Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science другим нуклеотидным основанием (в позиции 5'), и цепь ДНК обрывается в этом месте.




Рис. 4.9. Дезокситимидинтрифосфат (дТТФ) и дидезокситимидинтрифосфат (ддТТФ)


То же происходит с другими основаниями ДНК (аденином, гуанином и цитозином). В Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science конечном итоге можно получать ДНК различной длины (на изображениях молекул пустые углы на кольцах соответствуют атомам углерода).

Сенгеровский способ обрыва цепи дидезоксидными основаниями для секвенирования ДНК начинается с того, что средством Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science рестрикционных ферментов расщепляют подвергаемую секвенированию ДНК на наименьшие участки, а ДНК нагревают до полного разделения обеих ее нитей. Потом к этим однонитевым участкам ДНК добавляют трифосфаты с дидезоксидным основанием, после этого вводится белковый фермент Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ДНК полимераза, который приступает к сборке копий начальной ДНК. Из-за дидезоксидных оснований собранные молекулы представляют собой не копии начальной ДНК, а смесь из приобретенных до этого участков ДНК. За ранее Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science дидезоксидные основания помечаются (маркируются) или радиоактивным изотопом фосфора, или чувствительным к ультрафиолетовому свету красителем, так что конец каждой оборванной цепи становится видимым.

Потом эту смесь цепей ДНК помещают в лунки пластинки Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science геля и дают электронное напряжение. Более недлинные участки испытывают наименьшее сопротивление среды (обычно желе из водные растения агароза, похожее с желатином «Джелло» 9 вещество, с той только различием, что молекулы там образуют дополнительные Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science связи, делая гель крепким) и потому движутся резвее. Нередко в качестве эталона в одну из лунок помещают цепи известной длины. После заслуги более маленькими цепями края пластинки геля напряжение снимают. По радиоактивным либо флуоресцентным Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science маркерам определяют нуклеотидное основание в конце каждой молекулярной цепи. Так как электрофорез распределяет молекулы в согласовании с возрастанием длины цепи, во время просмотра виден порядок расположения парных оснований нуклеотидов в начальной Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science ДНК.

Данный способ обширно применялся до середины 1980-х годов, и работа над диссертацией у многих аспирантов заканчивались ролью в долголетнем проекте по секвенированию определенной части ДНК 1-го из модельных организмов. Приходилось Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science брать пробы у организма, очищать, соединять с хим реактивами, растить, помещать в гель и проводить исследование, после этого собирать и толковать данные. Работа была тяжеленной и продвигалась медлительно. Обычно в процессе написания диссертации удавалось выстроить Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science участок в 40 тыс. парных оснований ДНК.


^ Секвенирование генома человека


Озвучивая представления многих влиятельных биологов, в номере Science за 7 марта 1986 года Ренато Дульбекко, глава Института био исследовательских работ им. Солка10, призвал к Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science претворению в жизнь превосходной программки по расшифровке генома человека. Он обосновывал, что настолько большие усилия нужны для осознания роли генов в развитии рака. Некие биологи, вроде Уолтера Гилберта (известного догадкой РНК-мира), с радостью Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science восприняли это предложение. Гилберт произнес: «Полный геном человека — Грааль генетики человека» (подробнее об этом сопоставлении дальше).

Другие выразили озабоченность, что схожий огромный проект исказит биологию до неузнаваемости. Расшифровка 3 миллиардов. пар Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science азотистых оснований при помощи имеющихся на тот час средств востребует 15-летней непрерывной работы 10 тыс. аспирантов и обойдется приблизительно в 3 миллиардов. баксов. При таких издержек человечьих и валютных ресурсов ничего не остается на все другие Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science био проекты.

Луч надежды блеснул с возникновением автоматических устройств секвенирования. Центр исследования людского генома [ныне Государственный институт генома человека], подразделение [сети институтов, объединенных общим названием] Государственного института здоровья (НИЗ), официально приступил Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science к работе в октябре 1990 года под управлением Джеймса Уотсона — да, самого Джеймса Уотсона. Данный проект думал как интернациональный: большая часть работ поручалось разным муниципальным лабораториям и вузам в США, и около трети приходилось Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science на долю Англии, Франции, Германии и Стране восходящего солнца.


Все усилия были сосредоточены на разработке устройств автоматического секвенирования, что привело к наплыву в биологию приборостроителей. В конце 1986 года биохимик, доктор медицины Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Лерой Худ и биохимик-технолог Майкл Ханкапиллер сделали компанию Applied Biosystems Inc. (ABI) и разработали устройство, способное секвенировать в денек 12 тыс. парных оснований нуклеотидов. Сначала 1987 года лаборатория молекулярной биологии, возглавляемая Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Дж. Крейгом Вентером, испытала секвенатор ABI 375A Sequencer вкупе с рабочей станцией по катализу АВ1 800 Catalyst для изготовления проб. Лаборатория Вентера занималась секвенированием 2-ух участков, которые, как числилось, содержали гены, ответственные за Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science очень принципиальные наследные заболевания. Невзирая на отменную работу самих устройств, гены, поиском которых занимался Вентер, найдены не были. К тому же программное обеспечение выявило существенное число неверных результатов, так что почти все пришлось сверять вручную Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science.

Вентеру очень уж не терпелось пролистать длинноватые последовательности из генетических букв в поисках немногих подходящих генов либо участков генома, где закодированы белки. И его озарило, как нарастить усилия. Чтоб найти Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science активные гены в определенной клеточке, он поначалу извлекал из клеточки РНК. Раз РНК строится сначала на базе ДНК, она содержит последовательность парных оснований нуклеотидов, относящуюся к активным частям (генам) начальной ДНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. Потом исследователи преобразовывали РНК в более устойчивую ДНК (называемую комплиментарной ДНК — кДНК) и для хранения присоединяли ее к хромосоме какой-либо бактерии, используя прием резания и склеивания при помощи рестрикционных ферментов. Комплиментарной ДНК пользуются Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в био лабораториях по всему миру, так что недочета в ней нет. Последующий шаг связан с секвенированием кДНК и сопоставлением ее с другими секвенированными генами. Данный подход, нареченный экспрессируемыми ярлычками11, был Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science не нов для Вентера. О нем в первый раз написал химик-биолог Пол Шиммел в 1983 году, а узнаваемый генетик Сидни Бреннер и другие ученые обширно использовали в конце 1980-х. Но благодаря Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science АВ1 Sequencer и электронно-вычислительным рабочим станциям по способностям секвенирования лаборатории Вентера не было равных.

В июне 1991 года Вентер написал, что при секвенировании средством экспрессируемых ярлычков он обусловил около 330 активных генов в людском мозге. Одним Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science словом, Вентер обусловил и расшифровал более 10% узнаваемых миру человечьих генов — и все это за несколько месяцев. Со характерной ему прямолинейностью Вентер заявил, что «усовершенствования в технике секвенирования ДНК сейчас Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science сделали, по существу, легкодоступным полное обследование хромосомного набора организма по экспрессируемому гену».

Последующая статья Вентера, размещенная в журнальчике Nature, еще более подогрела недовольство неких биологов. В этой статье он докладывал об очередных 2375 человечьих генах, выявленных Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в мозге, что в 2 раза превышало число генов, расшифрованных к тому времени остальным научным обществом. Ученые боялись, что секвенирование кДНК начнут финансировать вентеровским способом экспрессируемых ярлычков как более дешевенькой кандидатуры расшифровке всего Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science людского генома. Данный подход избегал бы качественных приемов экспрессии генов вроде lac-оператора, так как места соединения активаторов и репрессоров не будут секвенироваться.


^ Угроза патентования


Предпосылкой дополнительных беспокойств стало патентование способа Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science экспрессируемых ярлычков. Служба передачи технологии НИЗ подала заявку на патентование первых 330 генов еще до первой публикации Вентера в Science и присовокупила к патентованию еще 2421 ген до возникновения статьи в Nature. Поднялся шум, не Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science утихающий доселе. Французский министр по науке Юбер Курьян произнес, что «нельзя предоставлять патент на то, что является нашим общим достоянием». Джеймс Уотсон, глава интернационального консорциума Human Genome Project, заявил, что способ Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science экспрессируемых ярлычков «доступен обезьянам».

Но глава НИЗ Бернадин Хили посчитала, что патентная заявка была легитимной, и отмела обвинения ученых, представив их «бурей в стакане воды». Она наказала Уотсону не нападать на Вентера на публике Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и попросила Вентера советоваться с ней по поводу исследовательских работ генома человека. Уотсон уволился в апреле 1992 года, заявив о «непримиримости» собственной позиции. Тем временем Вентер попросил 10 млн баксов для Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science расширения собственной работы по секвенированию, но ему было решительно отказано на базе данного его же сотрудниками в НИЗ заключения. Вентер уволился из НИЗ в июле 1992 года и основал Институт исследовательских работ генома (TIGR Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science). Начав с 30 секвенаторов ABI 373A, 17 рабочих станций ABI Catalist и ЭВМ SPARCenter 2000 компании Sun, снаряженной надлежащими программными средствами базы данных, Вентер начал увеличивать секвенирование на базе «экспрессируемых ярлыков» последовательности генов у модельных организмов Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. При цены 1-го устройства 100 тыс. баксов для финансирования такового предприятия необходимы были толстосумы.

Финансирование обеспечил наплыв в биологию бизнесменов, Уоллис Стайнберг, глава компании Health Care Investition Corporation, и изобретатель зубной щетки Рич Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science вложили в проект 70 млн баксов. Таким макаром, Вентер мог расслабленно претворять в жизнь свои идеи. Была сотворена как дочернее предприятие компания Human Genome Sciences (HGS) для коммерческого использования результатов исследовательских Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science работ генома человека. Вентер был доволен и заявил: «Каждый ученый грезит о благодетеле, согласившемся вложить средства в его идеи, чаяния и способности». Единственное условие — предоставление приобретенных данных в распоряжение компании на 6—12 месяцев, до того Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science как их можно будет обнародовать. Его научные коллеги восхищались существенно меньше. Некие даже назвали его Дартом Вентером [намекая на Дарта Вейдера из кинофильма «Звездные войны», рыцаря, переметнувшегося на сторону зла].

Тем временем НИЗ Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science провозгласил нового управляющего Центра по исследованию генома человека. Узнаваемый генетик из Мичиганского института Фрэнсис Коллинз стал вторым управляющим центра. В процессе работы этот финансируемый государством консорциум обнародовал ряд выдающихся результатов. В Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science 1996 году усилиями более чем сотки лабораторий Европы, США, Канады и Стране восходящего солнца удалось окончить составление генома пивных дрожжей. Этот эукариотный одноклеточный организм содержит в собственной ДНК 6 тыс. генов, собранных из 12 млн пар Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science оснований нуклеотидов. К середине отпущенного на проект генома человека срока было расшифровано наименее 3% генома, а издержки консорциума уже превысили обсужденные суммы. Коллинз призвал к ускорению работ и выдвижению новых мыслях, но Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science это не много посодействовало делу.


^ Секвенирование дроблением


Когда интернациональный консорциум пробовал ускорить свою работу, лаборатория Вентера TIGR решила прибегнуть к новейшей стратегии: секвенированию дроблением. Сотрудник Института Джонса Хопкинса и Нобелевский лауреат Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Хамилтон Смит, открывший 20 годов назад рестрикционные ферменты (рестриктазы), выдвинул поразительную идею: поначалу ультразвуком посечь ДНК на тыщи кусочков случайной величины, а потом на устройствах-роботах ABI произвести раздельно секвенирование всех кусочков. Заложить Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science приобретенные данные в ЭВМ, и пусть особые программки ищут перекрывающиеся участки, чтоб тем можно было «сшить» математически куски, создавая одну непрерывную ДНК. Данный прием оказался действенным при моделировании, и Вентер не побоялся рискнуть. TIGR расшифровала Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science весь геном бактерии Haemophilus influenzae за 13 месяцев, затратив вдвое меньше средств по сопоставлению с проектом генома человека. Скоро TIGR окончила составление последовательности нуклеотидов Mycoplasma genitalium, мельчайшего из узнаваемых самостоятельных живых Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science организмов, также генома нескольких архей. После предоставления для всеобщего использования собственных ценных сведений Вентер вырос в очах собственных ученых братьев.

Способ секвенирования дроблением работал в ситуациях с микробами, но оказался не очень Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science скор, чтоб можно было впору окончить проект генома человека. В конце 1997 года дела меж лабораторией Вентера TIGR и ее дочерним предприятием HGS вполне расстроились. Невзирая на задолженность HGS его лаборатории 38 млн баксов, Вентер высвободил Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science HGS от данного обязательства и получил возможность более резвого предоставления сведений о секвенировании, так как отпадала необходимость давать их на просмотр HGS.

Вентер меж тем вынашивал еще больше превосходные планы Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, связанные с именованием Майка Ханкапиллера. После сотворения вкупе с Лероем Худеньком первого устройства по секвенированию, ABI 373A, Ханкапиллер не только лишь занес несколько усовершенствований, да и существенно изменил сам процесс. Заместо Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science пропускания отрезков ДНК повдоль пластинки геля средством электрофореза для их разделения Ханкапиллер разработал метод, при котором ДНК пропускалась через тонкие, заполненные жидкостью капиллярные трубки. Наличие многих трубок при одном прогоне, как и другие усовершенствования в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science новеньком устройстве, ABI PRISM 3700, отдало восьмикратное увеличение скорости по сопоставлению с существующими устройствами. После показа опытнейшего эталона Ханкапиллер предложил Вентеру слиться с ним для расшифровки всего генома человека. После Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science неких размышлений Вентер согласился. Необходимо было кое-что доделать, ведь способы, настолько отлично показавшие себя при работе с микробами, нельзя использовать для исследования тысячекратно более сложного гена человека.

Вентер обожал испытывать себя Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. После переговоров, больше напоминавших предостережение, с управляющим проекта генома человека Коллинзом Вентер объявил о разработке новейшей компании и ее главной цели: расшифровке всего генома человека всего за три года, что значительно опережало сроки проекта Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science генома человека. Его новое детище носило заглавие «Силер» (от лат. celeris— резвый). Лозунгом компании стали слова «Поспешай, открытия не ждут».

Вентеру снова все удалось. Научный мир был осрамлен, но сейчас успехи Вентера Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science вынуждали критиков проявлять осторожность: может, ему и впрямь получится загаданое. Вентер осознавал, что рискует. У него был только испытанный опытнейший эталон устройства секвенирования, но отсутствовало программное обеспечение, так как старенькые способы Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science не годились для нового генома. Последующим ходом Вентера было решение допустить в биологию программистов ЭВМ, которых называл учеными по методам. «Сшивание» перекрывающихся последовательностей пар оснований нуклеотидов для получения всего генома представлялось трудной вычислительной Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science задачей, но значимые средства, вкладывавшиеся Вентером в новейшее вычислительное оборудование и профессионалов, окупились сторицей. К 1998 году его сотрудники сделали казавшуюся работоспособной программку.

Для опытнейшей проверки Вентер провел секвенирование любимого в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science биологии модельного организма — Drosophila melanogaster, плодовой мушки. Состоящую из 165 млн пар нуклеотидных оснований, 13 600 генов ДНК установили наименее чем за четыре месяца, как раз впору, чтоб записать ее на диски CD-ROM, которыми Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science снабдили все места на одном научном совещании за денек до выхода статьи о геноме в журнальчике Science.

Интернациональный консорциум «Проект генома человека» не посиживал складя руки. С получением дополнительных средств, в особенности от английского Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science благотворительного фонда Уэллкома (Wellcome Trust) 12, удалось обзавестись новыми устройствами секвенирования (от ABI и соперников Майкла Ханкапиллера) и нарастить свои усилия, сжав тем сроки. Гонка длилась.

Соревнующиеся стороны периодически вступали в переговоры Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, но напряжение в отношениях нагнетали сми, в особенности если учитывать резкость Вентера и непоколебимую учтивость Коллинза. С приближением окончания гонки слухи о непростых отношениях меж 2-мя коллективами достигнули Белоснежного дома. На одном из Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science совещаний президент Билл Клинтон передал записку собственному советнику по науке Нилу Лейну с лаконичным приказом: «Разберись — сделай так, чтоб эти ребята работали вместе». Улаживать все выпало [главе Службы био и экологических исследований] Аристиду Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Патриносу, руководителю проекта генома человека от Министерства энергетики США. Весной 2000 года он пригласил Коллинза и Вентера к для себя домой в Роквилл, штат Мэриленд, на дружественное чаепитие. Там они пришли Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science к соглашению, что сообщение о расшифровке генома человека будет обнародовано ими вместе 26 июня 2000 года. В общении по спутниковой связи с премьер-министром Англии Тони Блэром президент Клинтон произнес: «Современная наука подтвердила то, что мы Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в первый раз узнали из верований протцов. Самое принципиальное свидетельство жизни на этой земле — это наша людская общность».


^ План на вторую половину игры


Невзирая на поднятую СМИ шумиху, гонка по расшифровке Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science генома человека в реальности начиналась поновой. Поясним, в чем тут сущность. ДНК содержит схему работы всего организма. Но до того как организм начнет справлять свои надобности, схему нужно переписать на РНК, которая в свою Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science очередь передается белкам, а те потом приступают к сборке каждой отдельной клеточки и выполнению собственных обязательств.

Белки представляют собой молекулы, которые, на самом деле, и обеспечивают жизнедеятельность клеток. Геном показывает РНК Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, какие белки следует собирать, но до того как они начнут делать свои бессчетные обязанности, происходят конфигурации (белки скручиваются, ведут взаимодействие, присоединяют к для себя группы Сахаров либо метила и т. д.), в конечном Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science итоге проявляя некоторые видимые признаки. Сейчас понятно, почему хромает сопоставление людского генома с чашей Грааля. Познание последовательности нуклеотидов в геноме ничего не дает. Недостаточно познание только схемы.


^ Более приемлемо такое сопоставление.


В Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science отдаленном будущем один археолог находит в большой пещере эскадрилью сверхзвуковых транспортных самолетов, заправленных горючим и готовых к вылету. Летчики-испытатели поднимают их в воздух, и оказывается, что они вполне работоспособны, но Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science отсутствуют управления по их эксплуатации, устройству и сборке. Инженеры приступают к их исследованию, разбирают, пытаясь вернуть, как их собирали. Достигнуты некие успехи, но самолеты очень сложны, и инженеры не в состоянии Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science осознать многих их функций.

Существенно позднее рядом другой археолог находит огромное собрание бумаг, написанных на издавна исчезнувшем языке. Все несказанно рады, потому что сейчас получится разгадать потаенны самолетов. После расшифровки оказывается Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, что найдены бумаги не с планами по строительству сверхзвуковых транспортных самолетов, а только с списком частей, нужных для сотворения орудий по сборке самолетов. Для начала хорошо, но придется приложить еще много усилий, до того Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science как получится разобраться в проекте и осознать все тонкости работы старого сверхзвукового транспортного самолета.

Приведем слова Дж. Крейга Вентера: «Секвенирование — едва начало». Рассказывая о собственной десятилетней работе в НИЗ по исследованию Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science белка на поверхности клеток сердца, чувствительного к адреналину и приводящего в действие реакцию «выживания», Вентер отметил: «То, что потребовало от меня 10 лет работы, сейчас я могу сделать за 15 секунд на ЭВМ Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science».


^ Протеомика: последующий предел


Для ответа на вопрос о молекулярной базе жизни поначалу нужно уяснить, что все-таки мы ищем, а потом отыскать возможность выполнить этот поиск. Вот что сталкивает людей, взявшихся решать данную задачку Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science: подробная последовательность нуклеотидных оснований в людском геноме определяет порядок сборки РНК аминокислот для получения данной белковой молекулы. (До этого исходили из обычный зависимости меж генами и белковыми молекулами: один ген, одна молекула. Но все Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science оказалось существенно труднее. Меж данной ДНК и конечными белками, определяющими работу клеточки, случаются отличия. Один ген может в конечном итоге сделать много разных белков.) Человечий геном состоит приблизительно из 30 тыс Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. генов, что составляет только 2% общего числа пар нуклеотидных оснований. Другие 98% генома нередко ошибочно именуют бросовыми из-за нашего незнания об их вероятном назначении. Полный состав человечьих белков, закодированных в геноме — протеом, — существенно превосходит 100 тыс Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science., может быть, приближается к миллиону. Белки — это ключ к устройству и работе клеточки. Белки определяют традиционные био признаки.

Протеомика сосредоточена на уяснении того, как разветвленная сеть белков управляет клеточками и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science тканями. Последующая нерешенная, требующая большущих усилий задачка связана с картированием протеома.

План действий тут такой:

  1. Определение полного состава белков в клеточке, ткани либо организме.

  2. Выяснение взаимодействия этих белков с другими, образующими разветвленную Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science сеть белками.

  3. Выявление четкой трехмерной картины каждого белка, что позволит ученым отыскивать связывающие участки (к примеру, такие, где белки более восприимчивы к действию фармацевтических средств).

На пути претворения данного плана в жизнь встречается много Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science проблем. Сначала, нет одного людского протеома. Клеточки мозга образуют одно огромное количество белков, клеточки ногтей — другое, клеточки крови — третье и т. д. А собираемые белки очень зависят от разных причин Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, таких как болезнь, потребленные намедни продукты и интеллектуальное либо даже духовное состояние. Каждое состояние организма порождает разный протеом. Не считая того, белки представляют собой очень сложные образования. Они по-разному укладываются, не всегда Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science прогнозируемым образом (сможете использовать мощь собственного компьютера для расчета вероятных укладок белков, обратившись на узел folding.stanford.edu/ См: Перечень мыслях, 8. Укладка белков).

Что касается опытов, огромные установки автоматизировали процесс капиллярного электрофореза Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, обеспечивая резвое секвенирование ДНК. При составлении карты протеома сейчас употребляют несколько разных способов, но ни одному из их не удалось потеснить секвенаторов ДНК. Длится разработка программного обеспечения. Возникающие трудности были подытожены Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в 2001 году на конференции по протеомике «Проект протеома человека»: «Гены стали доступнее».

Началась 2-ая половина гонки. В январе 2002 года две группы ученых сказали о составлении карт по белковому взаимодействию для Saccharomyces Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science cerevisae, пивных дрожжей. Не считая того, 5 апреля 2002 года пришло сообщение о получении подготовительной карты генома риса от 2-ух групп ученых — из Пекинского института геномики (для индийской разновидности риса) и всемирно известной сельскохозяйственной Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science компании [из Швейцарии] Syngenta (для японской разновидности риса). Гены зерновых имеют существенное сходство.

Отдельные группы ученых, входящие в состав интернационального консорциума «Международный проект по дешифровке генома риса» (IRGSP), взялись за исследование риса. Рис содержит 430 млн Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science пар нуклеотидных оснований, тогда как у кукурузы это число составляет 3 миллиардов., а у пшеницы — 16 миллиардов. И генов у всех их больше, чем у человека, и этим, может быть, разъясняется наша Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science зависть. Выяснение того, как различия в геноме ведут к различиям признаков организмов, и вызывает энтузиазм ко 2-ой половине этой гонки.

Сегодняшнее положение еще можно сопоставить с видением сосуда, который мы рассчитываем заполнить Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, уяснив до конца, как ведут взаимодействие молекулы ДНК, РНК и белка. Он может представляться нам или наполовину полным, или наполовину пустым.


^ Последствия и бедствия


В отличие от других нерешенных заморочек, протеом поближе Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science к цели. Взять нас с вами. Человечий геном поможет каждому из нас, ибо есть вещи, которые мы наверное согласимся уяснить и поправить. Решение пользоваться познанием выходит далековато за рамки незапятанной науки, которой движет Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science любопытство. Но человеку характерно находить практические выгоды. Вторженцы, совершившие переворот в биологии, были движимы не одним только любопытством. Те, кто субсидировал личные лаборатории по дешифровке генома, сообразовывались не только лишь с человечьим благом Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, да и с сулимой выгодой. Как становится вероятным оказывать влияние на условия людского существования, выступают другие суждения — нравственные.

Внедрение познаний о людском геноме несет и добро, и зло. Может быть Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, вспоминая о Манхэттенском проекте, 1-ый глава Государственного центра по исследованию генома человека Джеймс Уотсон 5% средств центра направлял на исследование нравственных, правовых и соц последствий проекта. Он писал: «Нам более не нужно живых Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science укоров, вопросов и ответов, как наука, оказавшись в нечистоплотных руках, способна принести неисчислимые бедствия».

Вопросы внедрения генетических познаний на практике выходят за рамки нашей книжки, но все таки кратко обрисуем несколько таких приложений в Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science надежде прояснить состояние соответственной отрасли познания, чтоб в конечном итоге принимались взвешенные с нравственной точки зрения решения о претворении их в жизнь.

Биочип. Средством способа фотолитографии, схожего с тем, что применяется Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science при производстве кристаллов (чипов) для ЭВМ, сотки тыщ на биологическом уровне активных молекул — ДНК, РНК, белков — укладываются столбиками и рядами на стеклянный либо кремниевый кристалл. Для проверки био молекулы метят флуоресцентным Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science красителем, потом намывают на кристалл. Нанесенные на кристалл молекулы ДНК либо белка, по словам изобретателя Стива Фодора, действуют «подобно узким полоскам молекулярной "липучки"». Проверяемые молекулы комплиментарны к молекулам на кристалле и прилепятся к ним Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, после этого при лазерном сканировании станут в виде светящейся точки. Выходные данные сканирования потом выводятся на экран, обрабатываются ЭВМ и, в конце концов, употребляются для выявления мутаций, получения сведений о ходе Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science заболевания либо исцеления, для определения, какие гены ведут взаимодействие вместе при росте клеточки, и исследования многих других сторон генетики.

^ Сельскохозяйственное применение. Средством рестрикционных ферментов можно изменять ДНК растений для получения подходящих Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science признаков: высочайшей урожайности, более питательной еды для людей и животных, завышенного содержания витаминов и минералов, большей стойкости к болезням, гербицидам для облегчения борьбы с сорняками, роста стойкости к насекомым-вредителям, возможности связывать азот для уменьшения Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science количества вносимых удобрений и увеличения удойности скотин на молочных фермах.

^ Генетический контроль у человека. Так как наследные признаки у человека полностью зависят от генов, мы можем отбирать их для потомства и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science предвещать возможность генетических болезней у людей. Такая возможность связана с далековато идущими этическими последствиями.

^ Исследование стволовых клеток. После осеменения яйцеклетки эмбрион содержит всю генетическую информацию о предстоящем развитии организма. Клеточки, способные развиться Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в всякую клеточку организма, называются зародышевыми стволовыми клеточками. По мере роста организма клеточки специализируются, утрачивая упругость стволовых клеток. Стволовые клеточки с заложенным в их потенциалом можно растить и использовать для Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science таких очень принципиальных целей, как восстановление покоробленных сердечных мускул либо тканей позвоночника. Но способы выкармливания схожих клеток связаны с этическими вопросами, до конца еще не решенными. Другой подход — дождаться более зрелого возраста и Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science растить спец клеточки взрослых, которые настолько же полезны.

Клонирование. Сначала клонирование заключалось в подмене ядра яйцеклетки ядром другой клеточки с следующим внедрением новейшей яйцеклетки в матку суррогатной мамы, которая в конечном итоге Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science даст потомство, чьи генетические характеристики будут схожими со качествами пересаженного ядра. После овладения данным способом удачные опыты были проведены на мышах, свиньях, коровах, а самую большую известность получила сейчас погибшая овца Долли Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science.

Итак, можно ли клонировать человека? Исходя из современной био практики это полностью может быть, и некие, правда неподтвержденные, заявления уже последовали со стороны секты раэлитов13. Необходимо ли это делать — другой вопрос, относящийся к нравственной Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и правовой сферам. Более принципиальна возможность использования рестрикционных ферментов для вырезания и вклеивания людской ДНК в ДНК животных с следующим клонированием животных, превращая их в фабрики по производству фармацевтических белков Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, редчайших гормонов либо даже целых органов для пересадки людям при повреждении либо заболевании их собственных органов.

Маленькая выборка использования геномики (а означает, и протеомики) дает представление о нравственной стороне геномики и протеомики Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science (более тщательно см.: Перечень мыслях, 9. Генетические технологии).


^ Решение головоломки: почему, как, кто и где, когда?


Почему. Протеомика дает возможность создавать новые, более действующие лекарства и диагностические средства. Но число пар азотистых оснований, генов Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science и белков, с которыми приходится иметь дело, ставит тяжелую задачку перед теми, кто изучит, делает и испытывает подобные средства.

Вы только посмотрите на эти числа: 3 миллиардов. пар нуклеотидных оснований, 30 тыс Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science. генов, сотки тыщ белков находятся в организме человека. Они усложняют и без того тяжелую задачку, требуя способов по обработке большущих объемов данных. Новенькая ветвь — биоинформатика вызвала большой наплыв ученых — профессионалов по составлению алгоритмов Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science — в качестве равноправных биологов, давая возможность обеспечить их орудиями сбора, упорядочивания и толкования на биологическом уровне важных данных. Хотя биоинформатика и возможно окажется главный в решении общей задачки, не исключено, что объем задачки показывает Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science на ее неразрешимость. Сложность взаимодействий белков делает всю биологическую систему объектом, где очень малые конфигурации на входе, просто вызываемые величавым обилием обыденных в таком деле возмущающих причин, безизбежно приводят к Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science совсем внезапным последствиям (схожий вопрос встает в гл. 5 о пророчестве погоды).

Неким образом данная неувязка перекликается с неувязкой в физике, где отдельные частички образуют совокупы, поведение которых предсказывается на базе вероятностных способов. Данный Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science подход, называемый статистической механикой, обосновал свою действенность. В физике частички схожи и по численности существенно превосходят био молекулы, так что законы огромных чисел обеспечивают сходство. Био системы имеют дело с неодинаковыми единицами Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science, и их число значительно меньше, к примеру, количества атомов в содержащемся в комнате воздухе. Потому выгоды, получаемые от использования статистики, нельзя применить к решению этой задачки. Может быть, будет сотворен новый вид статистической Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science арифметики. И биоинформатика, похоже, та область, где это может произойти.

Кто и где. Другая возможность заключается в том, что биологии поможет очередной наплыв ученых из других отраслей познаний, либо же координаторы более Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science широких проектов вроде Ф. Коллинза, или неуемные одиночки вроде Дж. Крей-га Вентера. Кроме Celera в перечень компаний, включившихся сейчас в исследования по протеомике, входят Cellzome из Германии, Hybrigenics из Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science Франции и MDS Proteomics из Канады.

Когда. По воззрению доктора лекарственной химии Олме Берлингейма из Калифорнийского института в Сан-Франциско, «мы на данный момент имеем возможность существенно резвее определять состав белка Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science в организме человека. Работа должна закончиться за пару лет».

Ученые при определении белков, входящих в те либо другие клеточки либо ткани, обычно прибегают к двум главным методам: двухмерному гель-электрофорезу и масс-спектрометрии. Некие компании Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science пробуют по способности усовершенствовать и заавтоматизировать эти и другие способы.

Представляется, что после установления устройства людского генома и исследования всех его признаков данный узел получится развязать, и остается только Решение головоломки: как, кто и почему? - The five biggest unsolved problems in science пользоваться отысканными закономерностями для выяснения подробностей. Но это не так. Новые сведения о геноме уже преподнесли много неожиданностей. Потому не стоит удивляться еще одним открытиям.



reshenie-o-nadelenii-polnomochiyami-predstavitelya-predstavitelej-sobstvennikov-prinyato-bolshinstvom-golosov.html
reshenie-o-postanovke-na-uchet-stranica-19.html
reshenie-o-postanovke-na-uchet-stranica-23.html