Молекулярные основы наследственности

В 50-е годы XIX в. стало возможным изучение наследственности и изменчивости на молекулярном уровне. Это связано не только с успехами в области генетики, но и с высоким уровнем, достигнутым в химии, физике, микробиологии и ряде других наук, а также с развитием техники, приборостроения и еще с тем, что генетикой заинтересовались высококвалифицированные физики, математики. Совместными усилиями ученых разных специальностей была создана генетика нового уровня — молекулярная генетика. Это открыло новую эру не только в генетике, но и во всей биологии.

Основными объектами молекулярной генетики являются микроорганизмы. Это сборная группа организмов, в которую входят вирусы, прокариоты и эукариоты. Объединяет эти разные по строению и жизненным функциям организмы то, что все они имеют очень маленькие размеры и устроены гораздо проще высокоорганизованных эукариот.

Так как размеры отдельных особей очень малы, в работе с микроорганизмами используются чистые культуры, клоны и штаммы.

Чистая культура — это микроорганизмы одного вида на питательной среде, находящиеся в состоянии размножения или завершившие это состояние.

Клон — это совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения.

Штамм — это клон микроорганизмов, генетическая однородность которых постоянно поддерживается отбором.

У всех микроорганизмов короткий жизненный цикл: у вирусов и бактерий через 20—30 мин появляется новое поколение, у грибов — через 1—2 ч, у самого долго живущего объекта — водоросли хлореллы — через одни сутки. Короткий жизненный цикл и высокая скорость размножения обеспечивают возможность получения в короткие сроки огромного числа поколений и огромного числа особей в каждом поколении, что позволяет обнаруживать такие редкие генетические явления, которые встречаются с частотой один на миллион и реже.

Многие микроорганизмы способны размножаться как бесполым, так и половым путем.

Простое строение вирусов и бактерий позволило первоначально получать в чистом виде именно их ДНК.

Многие микроорганизмы неприхотливы к питательным средам, и многих из них легко содержать в пробирках или в чашках Петри.

Признаки микроорганизмов делятся на:

• — морфологические — форма, размер, окраска, характер поверхности колоний, которые они образуют в чашках Петри;
• — биохимические — способность или неспособность расти и размножаться без отдельных аминокислот, витаминов и др. компонентов питательной среды;
• — устойчивость микроорганизмов — чувствительность к абиотическим (температура, свет, химические вещества и др.) и биотическим (фаги, вирусы и т. д.) факторам.

На микроорганизмах:

• 1) было доказано, что носителем генетической информации является ДНК (у ряда вирусов — РНК);
• 2) расшифрован генетический код;
• 3) выявлена тонкая структура гена;
• 4) расшифрованы процессы транскрипции и трансляции;
• 5) выяснена природа регуляции экспрессии (работы) генов;
• 6) раскрыты механизмы репликации, рекомбинации и репарации ДНК;
• 7) установлен механизм мутагенеза.

Благодаря генетике микроорганизмов возникли новые направления в биологии — молекулярная биология, молекулярная генетика; стал возможен выход на молекулярный уровень анализа систематики и эволюции эукариот, проблем патогенности и устойчивости микробов к лекарственным препаратам, проблем, связанных со старением человека и образованием у него раковых опухолей. Достижения в области молекулярной генетики легли в основу создания прикладных разделов молекулярной генетики — генной инженерии, генной дактилоскопии, генной диагностики и генной терапии наследственных заболеваний человека.

И это далеко не полный перечень того нового, что появилось в биологии благодаря микроорганизмам.