Es bastante fácil olvidar que ideas que hoy nos parecen obvias han sido perfeccionadas por colectivos a lo largo de siglos. gente inteligente, y no solo apareció. El hecho de que los demos por sentado es sólo la punta del iceberg historia interesante. Profundicemos más.

Conciencia de que los animales pueden desaparecer.

Si estás caminando por la playa y encuentras un guijarro fósil interesante, inmediatamente te das cuenta de que podría pertenecer a una especie extinta hace mucho tiempo. La idea de que las especies se están extinguiendo nos resulta tan familiar que resulta difícil siquiera imaginar un momento en el que la gente pensara que todos tipo separado Las criaturas todavía viven en cualquier lugar. La gente creía que Dios creó todo. ¿Por qué crearía algo que no podría sobrevivir?

George Cuvier fue la primera persona en hacer esta pregunta. En 1796 escribió un artículo sobre los elefantes, en el que describía las variedades africana y asiática. También mencionó un tercer tipo de elefante, conocido por la ciencia sólo por sus huesos. Cuvier notó diferencias clave en la forma de la mandíbula del tercer elefante y sugirió que esta especie debe estar completamente separada. El científico lo llamó mastodonte, pero ¿dónde están entonces los ejemplares vivos?

Según Cuvier, “todos estos hechos concuerdan entre sí y no contradicen ningún otro mensaje, por lo que me parece posible probar la existencia de un mundo que precedió al nuestro y fue destruido como consecuencia de algún tipo de catástrofe. " No se quedó sólo con esta idea revolucionaria. Cuvier estudió los fósiles de otros animales antiguos, acuñando el término "pterodáctilo" en el camino, y descubrió que los reptiles habían sido alguna vez la especie dominante.

Las primeras células cultivadas fuera del cuerpo

Si un biólogo quiere realizar una investigación sobre el funcionamiento interno de las células animales, es mucho más fácil si esas células no son parte del animal en ese momento. Actualmente, los biólogos cultivan amplias franjas de células in vitro, lo que facilita mucho la tarea. La primera persona que intentó mantener vivas las células fuera del cuerpo del huésped fue Wilhelm Roux, un zoólogo alemán. En 1885 colocó parte de un embrión de pollo en una solución salina y lo mantuvo vivo durante varios días.

La investigación utilizando este método particular continuó durante varias décadas, pero en 1907 alguien decidió de repente cultivar nuevas células en solución. Ross Harrison tomó tejido embrionario de rana y pudo desarrollar nuevas fibras nerviosas a partir de ellos, que luego mantuvo vivas durante un mes. Hoy en día, las muestras de células se pueden mantener vivas casi indefinidamente: los científicos todavía están experimentando con tejido celular de una mujer que murió hace 50 años.

Descubrimiento de la homeostasis

Probablemente hayas oído algo sobre la homeostasis, pero en general es muy fácil olvidar lo importante que es. La homeostasis es uno de los cuatro principios esenciales de la biología moderna, junto con la evolución, la genética y la teoría celular. La idea principal cabe en una frase breve: los organismos regulan su entorno interno. Pero como ocurre con otros conceptos importantes, que se puede resumir en una frase breve y concisa: los objetos con masa se atraen entre sí, la Tierra gira alrededor del Sol, no hay trampa: esta es una comprensión verdaderamente importante de la naturaleza de nuestro mundo.

La idea de la homeostasis fue propuesta por primera vez por Claude Bernard, un prolífico científico de mediados del siglo XIX al que la fama de Louis Pasteur le mantenía despierto (a pesar de que eran amigos). Bernard hizo grandes avances en la comprensión de la fisiología, a pesar de que su amor por la vivisección destruyó su primer matrimonio: su esposa se rebeló. Pero la verdadera importancia de la homeostasis -a la que llamó milleu interieur- fue reconocida décadas después de la muerte de Bernard.

En una conferencia en 1887, Bernard explicó su teoría de la siguiente manera: “Un cuerpo vivo, aunque necesitado de ambiente, relativamente independiente de él. Esta independencia del medio externo surge del hecho de que en un ser vivo los tejidos están esencialmente separados de las influencias externas directas y protegidos por un verdadero medio interno, que consiste en particular en los fluidos que circulan en el cuerpo."

Los científicos adelantados a su tiempo a menudo pasan desapercibidos, pero el resto de trabajos de Bernard fueron suficientes para cimentar su reputación. Sin embargo, la ciencia necesitó casi 50 años para probar, confirmar y evaluar su idea más importante. La entrada al respecto en la Enciclopedia Británica de 1911 no dice nada en absoluto sobre la homeostasis. Seis años después, el mismo artículo sobre Bernard llama a la homeostasis "el logro más importante de la época".

Primer aislamiento de enzimas.

Por lo general, las enzimas se aprenden por primera vez en la escuela, pero si has faltado a clases, te explicamos: son proteínas grandes que ayudan al flujo de los alimentos. reacciones químicas. Además, se utilizan para hacer efectivo jabón en polvo. También proporcionan decenas de miles de reacciones químicas en los organismos vivos. Las enzimas son tan importantes para la vida como el ADN: nuestro material genético no puede copiarse sin ellas.

La primera enzima descubierta fue la amilasa, también llamada diastasa, y ahora mismo se encuentra en la boca. Descompone el almidón en azúcar y fue descubierto por el químico industrial francés Anselme Payen en 1833. Aisló la enzima, pero la mezcla no era muy pura. Durante mucho tiempo, los biólogos creyeron que extraer una enzima pura podría ser imposible.

Fueron necesarios casi 100 años para que el químico estadounidense James Butchler Sumner demostrara que estaban equivocados. A principios de la década de 1920, Sumner comenzó a aislar la enzima. Sus objetivos eran tan audaces que de hecho le costaron la amistad de muchos expertos destacados en el campo que pensaron que su plan fracasaría. Sumner continuó y en 1926 aisló la ureasa, una enzima que descompone la urea en sus componentes químicos. Algunos de sus colegas dudaron de los resultados durante años, pero finalmente ellos también tuvieron que ceder. El trabajo de Sumner le valió el Premio Nobel en 1946.

La suposición de que toda la vida tiene un ancestro común.

¿Quién fue el primero en sugerir que toda la vida evolucionó a partir de una sola criatura? Dices: por supuesto, Charles Darwin. Sí, Darwin desarrolló esta idea; en su "El origen de las especies" escribió lo siguiente: "Hay una cierta grandeza en esta visión de una vida así, con sus diversas manifestaciones, que originalmente se encarnó en varias formas o en una". Sin embargo, si bien no restamos importancia a los logros de Darwin, la idea de un ancestro común había sido propuesta décadas antes.

En 1740, el famoso francés Pierre Louis Moreau de Maupertuis propuso que el "destino ciego" producía una amplia gama de individuos, de los cuales sólo sobrevivían los más capaces. En la década de 1790, Immanuel Kant señaló que esto podría referirse al ancestro primordial de la vida. Cinco años después, Erasmus Darwin escribió: “¿Sería demasiado atrevido suponer que todos los animales de sangre caliente descienden de un hilo vivo?” Su nieto Charles decidió que no había “demasiado” y sugirió.

Invención de la tinción celular.

Si alguna vez ha visto fotografías microscópicas de células (o las ha mirado usted mismo), es muy probable que se hayan teñido primero. La tinción nos permite ver partes de la célula que normalmente no son visibles y generalmente aumenta la claridad de la imagen. Existen muchos métodos diferentes para teñir células y esta es una de las técnicas más fundamentales en microbiología.

La primera persona que tiñó una muestra para examinarla bajo el microscopio fue Jan Swammerdam, un naturalista holandés. Swammerdam es mejor conocido por su descubrimiento de los glóbulos rojos, pero también se ha dedicado a observar todo bajo un microscopio. En la década de 1680, escribió sobre los “licores de colores” de los gusanos disecados, que “permiten marcar mejor las partes internas, ya que son del mismo color”.

Desafortunadamente para Swammerdam, este texto no se publicó durante al menos otros 50 años y, en el momento de su publicación, Jan ya estaba muerto. Al mismo tiempo, su compatriota y naturalista Antonie van Leeuwenhoek, independientemente de Swammerdam, tuvo la misma idea. En 1719, Leeuwenhoek utilizó azafrán para teñir las fibras musculares para su posterior examen y se le considera el padre de esta técnica.

Desarrollo de la teoría celular.

“Todo ser vivo está formado por células”, esta frase nos resulta tan familiar como “La Tierra no es plana”. Hoy en día, la teoría celular se da por sentada, pero en realidad estuvo más allá de la comprensión hasta el siglo XIX, otros 150 años después de que Robert Hooke vio por primera vez las células a través de un microscopio. En 1824, Henri Duroche escribió sobre la célula: “Es evidente que representa la unidad básica de un estado ordenado; de hecho, todo proviene en última instancia de la célula”.

Además del hecho de que la célula es la unidad básica de la vida, la teoría celular también implica que se forman nuevas células cuando otra célula se divide en dos. Duroce se perdió esta parte (en su opinión, las nuevas células se forman dentro de sus padres). La comprensión final de que las células se dividen para reproducirse provino de otro francés, Barthélemy Dumortier, pero hubo otras personas que hicieron contribuciones significativas al desarrollo de ideas sobre las células (Darwin, Galileo, Newton, Einstein). La teoría celular se creó en pequeños incrementos, de forma muy similar a la ciencia moderna actual.

secuencia ADN

Hasta su reciente muerte, el científico británico Frederick Sanger era la única persona viva que había recibido dos premios Nobel. Fue su trabajo para el segundo premio lo que le llevó a ser incluido en nuestra lista. En 1980 recibió el máximo premio científico junto con Walter Gilbert, un bioquímico estadounidense. En 1977, publicaron un método que permite determinar la secuencia de los componentes básicos de una cadena de ADN.

La importancia de este avance se refleja en la rapidez con la que el comité del Nobel premió a los científicos. Al final, el método de Sanger se volvió más barato y sencillo, y se convirtió en el estándar durante un cuarto de siglo. Sanger allanó el camino para revoluciones en los campos de la justicia penal, la biología evolutiva, la medicina y muchos otros.

descubrimiento de virus

En la década de 1860, Louis Pasteur se hizo famoso por su teoría de los gérmenes sobre las enfermedades. Pero los microbios de Pasteur eran sólo la mitad de la historia. Los primeros defensores de la teoría de los gérmenes pensaban que todas las enfermedades infecciosas eran causadas por bacterias. Pero resulta que los resfriados, la gripe, el VIH y otros interminables problemas de salud son causados ​​por algo completamente diferente: los virus.

Martinus Beijerinck fue el primero en darse cuenta de que las bacterias no eran las únicas culpables. En 1898 tomó jugo de plantas de tabaco que padecían la llamada enfermedad del mosaico. Luego filtré el jugo a través de un colador tan fino que debería haber filtrado todas las bacterias. Cuando Beijerinck aplicó el jugo a plantas sanas, éstas aun así enfermaron. Repitió el experimento y aun así se enfermaron. Beijerinck concluyó que había algo más, tal vez un líquido, que estaba causando el problema. Llamó a la infección vivum fluidum, o bacteria viva soluble.

Beijerinck también recogió viejos palabra inglesa“virus” y lo dotó de un agente misterioso. El descubrimiento de que los virus no eran líquidos pertenece al estadounidense Wendell Stanley. Nació seis años después del descubrimiento de Beijerinck y, aparentemente, comprendió de inmediato lo que había que hacer. Stanley compartió el Premio Nobel de Química de 1946 por su trabajo sobre los virus. ¿Recuerdas con quién lo compartiste? Sí, con James Sumner por su trabajo sobre enzimas.

Rechazo del preformacionismo

Una de las ideas más inusuales de la historia fue el preformacionismo, que alguna vez fue la teoría principal sobre la creación del bebé. Como sugiere el nombre, la teoría sugería que todas las criaturas fueron creadas previamente, es decir, su forma ya estaba lista antes de que comenzaran a crecer. En pocas palabras, la gente creía que la miniatura cuerpo humano Estaba dentro de cada espermatozoide u óvulo buscando un lugar en el que crecer. Este hombre diminuto fue llamado homúnculo.

Uno de los principales defensores del preformacionismo fue Jan Swammerdam, el inventor de la técnica del teñido celular, de quien hablamos anteriormente. La idea fue popular durante cientos de años, desde mediados del siglo XVII hasta finales del XVIII.

Una alternativa al preformacionismo fue la epigénesis, la idea de que la vida surge a través de una serie de procesos. El primero que propuso esta teoría en el contexto de su amor por el preformacionismo fue Caspar Friedrich Wolf. En 1759 escribió un artículo en el que describía el desarrollo del embrión a partir de varias capas de células hasta convertirse en un ser humano. Su trabajo fue extremadamente controvertido en ese momento, pero el desarrollo de los microscopios puso todo en su lugar. El preformacionismo embrionario estaba lejos de estar muerto en su infancia, pero estaba muerto, perdón por el juego de palabras.

Diez mayores logros de la década en biología y medicina Versión de un experto independiente

Nuevos métodos de secuenciación de ADN de alto rendimiento: el “precio” del genoma está cayendo

MicroARN: sobre lo que el genoma guardó silencio

Nuevos métodos de secuenciación de ADN de alto rendimiento: el “precio” del genoma está cayendo

Uno de los fundadores de la famosa empresa Intel, G. Moore, formuló una vez una ley empírica que sigue siendo cierta: la productividad de las computadoras se duplicará cada dos años. La productividad de los secuenciadores de ADN, que se utilizan para descifrar las secuencias de nucleótidos del ADN y el ARN, está creciendo incluso más rápido que según la Ley de Moore. En consecuencia, el coste de la lectura de genomas está cayendo.

Así, el coste del trabajo en el Proyecto Genoma Humano, que finalizó en 2000, ascendió a 13 mil millones de dólares. Las nuevas tecnologías de secuenciación masiva que aparecieron más tarde se basaron en el análisis paralelo de muchos fragmentos de ADN (primero en micropocillos y ahora en millones de gotas microscópicas). Como resultado, por ejemplo, decodificar el genoma del famoso biólogo D. Watson, uno de los autores del descubrimiento de la estructura del ADN, que en 2007 costó 2 millones de dólares, sólo dos años después “costó” 100 mil dólares.

En 2011, la empresa "Ion torrent", que ofrecía Nuevo método secuenciación basada en la medición de la concentración de iones de hidrógeno liberados durante el funcionamiento de las enzimas ADN polimerasa, leyó el genoma del propio Moore. Y aunque no se ha anunciado el coste de este trabajo, los creadores de la nueva tecnología prometen que la lectura de cualquier genoma humano no debería superar los 1.000 dólares en el futuro. Y sus competidores, creadores de otra nueva tecnología, la secuenciación de ADN en nanoporos, ya presentaron este año un prototipo de dispositivo en el que, después de gastar varios miles de dólares, se puede secuenciar el genoma humano en 15 minutos.

Biología sintética y genómica sintética: qué fácil es convertirse en Dios

La información acumulada durante medio siglo de desarrollo de la biología molecular permite hoy a los científicos crear sistemas vivos que nunca han existido en la naturaleza. Resulta que esto no es nada difícil de hacer, especialmente si se comienza con algo ya conocido y se limitan las afirmaciones a organismos tan simples como las bacterias.

Hoy en día, Estados Unidos incluso organiza una competición especial, iGEM (Máquina Internacional de Ingeniería Genética), en la que equipos de estudiantes compiten para ver quién puede idear la modificación más interesante de cepas bacterianas comunes utilizando un conjunto de genes estándar. Por ejemplo, trasplantando a la conocida Escherichia coli ( Escherichia coli) un conjunto de once genes específicos, se puede hacer que las colonias de estas bacterias, que crecen en una capa uniforme en una placa de Petri, cambien constantemente de color cuando la luz incide sobre ellas. Como resultado, es posible obtener “fotografías” únicas con una resolución igual al tamaño de la bacteria, es decir, alrededor de 1 micrón. Los creadores de este sistema le pusieron el nombre de “Koliroid”, cruzando el nombre de la especie de la bacteria y el nombre de la famosa empresa “Polaroid”.

Esta zona también cuenta con sus propios megaproyectos. Así, en compañía de uno de los padres de la genómica, K. Venter, a partir de nucleótidos individuales se sintetizó el genoma de una bacteria de micoplasma, que no se parece a ninguno de los genomas de micoplasma existentes. Este ADN se encerró en una capa bacteriana "lista" de micoplasma muerto y se obtuvo una funcional, es decir. un organismo vivo con un genoma completamente sintético.

Medicamentos antienvejecimiento: ¿el camino hacia la inmortalidad “química”?

No importa cuántos intentos se hayan hecho durante miles de años para crear una panacea para el envejecimiento, el legendario remedio Makropoulos sigue siendo difícil de alcanzar. Pero también se están produciendo avances en esta dirección aparentemente fantástica.

Así, a principios de la década pasada, el resveratrol, una sustancia aislada de la piel de las uvas tintas, produjo un gran auge en la sociedad. Primero, con su ayuda fue posible prolongar significativamente la vida de las células de levadura y luego de los animales multicelulares, los gusanos nematodos microscópicos, las moscas de la fruta e incluso los peces de acuario. Luego, la rapamicina, un antibiótico aislado por primera vez de bacterias estreptomicetos del suelo de la isla, atrajo la atención de los especialistas. Pascua de Resurrección. Con su ayuda, fue posible prolongar la vida no solo de las células de levadura, sino también de los ratones de laboratorio, que vivieron entre un 10 y un 15% más.

Por sí solos, es poco probable que estos fármacos se utilicen ampliamente para prolongar la vida: la rapamicina, por ejemplo, suprime sistema inmunitario y aumenta el riesgo de enfermedades infecciosas. Sin embargo, actualmente se están realizando investigaciones activas sobre los mecanismos de acción de estas y otras sustancias similares. Y si esto tiene éxito, entonces el sueño de seguridad medicamentos ah para prolongar la vida bien puede convertirse en realidad.

El uso de células madre en medicina: estamos esperando una revolución

Hoy en día, la base de datos de ensayos clínicos de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. enumera casi medio millar de estudios que utilizan células madre en diversas etapas de la investigación.

Sin embargo, resulta alarmante que el primero de ellos, relativo al uso de células del sistema nervioso (oligodendrocitos) para tratar lesiones de la médula espinal, fuera interrumpido en noviembre de 2011 por motivos desconocidos. Posteriormente, la empresa estadounidense Geron Corporation, una de las pioneras en el campo de la biología madre, que realizó esta investigación, anunció que restringía por completo su trabajo en esta área.

Sin embargo, me gustaría creer que uso medico Las células madre con todas sus capacidades mágicas están a la vuelta de la esquina.

ADN antiguo: desde los neandertales hasta las bacterias de la plaga

En 1993 se estrenó la película “Park”. jurásico", en la que monstruos caminaban por la pantalla, recreados a partir de restos de ADN de sangre de dinosaurios conservados en el estómago de un mosquito encerrado en ámbar. Ese mismo año, una de las mayores autoridades en el campo de la paleogenética, el bioquímico inglés T. Lindahl, afirmó que incluso en las condiciones más favorables no se puede extraer ADN de más de 1 millón de años de restos fósiles. El escéptico tenía razón: el ADN de los dinosaurios sigue siendo inaccesible, pero los avances en las mejoras técnicas en los métodos para extraer, amplificar y secuenciar el ADN más joven durante la última década han sido impresionantes.

Hasta la fecha, se han leído total o parcialmente los genomas de un neandertal, un denisovano descubierto recientemente, y muchos restos fósiles. Homo sapiens, así como mamut, mastodonte, oso de las cavernas... En cuanto al pasado más lejano, se estudió el ADN de los cloroplastos de las plantas, cuya edad se remonta a 300-400 mil años, y el ADN de bacterias que datan de 400-600 mil años. .

Entre los estudios de ADN "más joven", cabe destacar la decodificación del genoma de la cepa del virus de la gripe que provocó la famosa epidemia de "gripe española" en 1918, y el genoma de la cepa de la bacteria de la peste que devastó Europa en el siglo XIV; en ambos casos, los materiales para el análisis fueron aislados de los restos enterrados de quienes fallecieron a causa de la enfermedad.

Neuroprótesis: ¿humanas o cyborg?

Estos logros pertenecen más probablemente a la ingeniería que al pensamiento biológico, pero esto no los hace parecer menos fantásticos.

En absoluto tipo más simple La neuroprótesis, un audífono electrónico, se inventó hace más de medio siglo. El micrófono de este dispositivo capta el sonido y transmite impulsos eléctricos directamente al nervio auditivo o al tronco del encéfalo; de esta manera, incluso los pacientes con estructuras completamente destruidas del oído medio e interno pueden recuperar la audición.

El explosivo desarrollo de la microelectrónica en los últimos diez años ha permitido crear tales tipos de neuroprótesis que ya es hora de hablar de la posibilidad de convertir pronto a una persona en un cyborg. Se trata de un ojo artificial que funciona según el mismo principio que un dispositivo auditivo; y supresores electrónicos de los impulsos de dolor a través de la médula espinal; y miembros artificiales automáticos, capaces no sólo de recibir impulsos de control del cerebro y realizar acciones, sino también de transmitir sensaciones al cerebro; y estimuladores electromagnéticos de áreas del cerebro afectadas por la enfermedad de Parkinson.

Hoy en día ya se están realizando investigaciones sobre la posibilidad de integrar diferentes partes del cerebro con chips de ordenador para mejorar las capacidades mentales. Aunque esta idea está lejos de realizarse plenamente, los videoclips que muestran a personas con manos artificiales usando con confianza un cuchillo y un tenedor y jugando al futbolín son sorprendentes.

Óptica no lineal en microscopía: ver lo invisible

Desde un curso de física, los estudiantes captan firmemente el concepto de límite de difracción: con el mejor microscopio óptico es imposible ver un objeto cuyas dimensiones sean inferiores a la mitad de la longitud de onda dividida por el índice de refracción del medio. A una longitud de onda de 400 nm (región violeta del espectro visible) y un índice de refracción de aproximadamente la unidad (como el aire), los objetos de menos de 200 nm son indistinguibles. Es decir, este rango de tamaño incluye, por ejemplo, virus y muchas estructuras intracelulares interesantes.

Por lo tanto en últimos años Los métodos de óptica no lineal y fluorescente, para los cuales el concepto de límite de difracción no es aplicable, se han desarrollado ampliamente en microscopía biológica. Hoy en día, utilizando estos métodos es posible estudiar en detalle la estructura interna de las células.

Proteínas de diseño: evolución in vitro

Al igual que en la biología sintética, estamos hablando de crear algo sin precedentes en la naturaleza, solo que esta vez no nuevos organismos, sino proteínas individuales con propiedades inusuales. Esto se puede lograr utilizando tanto métodos mejorados de modelado por computadora como “evolución in vitro”, por ejemplo, la selección de proteínas artificiales en la superficie de bacteriófagos creados especialmente para este propósito.

En 2003, científicos de la Universidad de Washington, utilizando métodos de predicción de estructuras por computadora, crearon la proteína Top7, la primera proteína del mundo cuya estructura no tiene análogos en la naturaleza viva. Y basándose en las estructuras conocidas de los llamados "dedos de zinc", elementos de proteínas que reconocen secciones de ADN con diferentes secuencias, fue posible crear enzimas artificiales que escinden el ADN en cualquier lugar predeterminado. Estas enzimas se utilizan ahora ampliamente como herramientas para la manipulación del genoma: por ejemplo, pueden usarse para eliminar un gen defectuoso del genoma de una célula humana y obligar a la célula a reemplazarlo con una copia normal.

Medicina personalizada: obtención de pasaportes genéticos

La idea de que diferentes personas enferman y deben ser tratadas de manera diferente no es nada nuevo. Incluso si nos olvidamos de los diferentes géneros, edades y estilos de vida y no tomamos en cuenta las enfermedades hereditarias determinadas genéticamente, nuestro conjunto individual de genes todavía puede influir de manera única tanto en el riesgo de desarrollar muchas enfermedades como en la naturaleza del efecto de los medicamentos en el cuerpo.

Muchos han oído hablar de los genes, cuyos defectos aumentan el riesgo de desarrollar cáncer. Otro ejemplo se refiere al uso de anticonceptivos hormonales: si una mujer es portadora del gen Leiden del factor V (una de las proteínas del sistema de coagulación de la sangre), algo que no es raro en los europeos, su riesgo de trombosis aumenta considerablemente, ya que tanto las hormonas como este variante genética aumenta la coagulación sanguínea.

Con el desarrollo de técnicas de secuenciación de ADN, se ha hecho posible compilar mapas genéticos de salud individuales: es posible determinar qué variantes genéticas se sabe que están asociadas con enfermedades o respuestas a medicamentos, están presentes en el genoma de una persona en particular. A partir de dicho análisis, se pueden hacer recomendaciones sobre la dieta más adecuada, los exámenes preventivos necesarios y las precauciones al utilizar determinados medicamentos.

MicroARN: sobre lo que el genoma guardó silencio

En los años 1990. Se descubrió el fenómeno de la interferencia del ARN: la capacidad de los pequeños ácidos desoxirribonucleicos de doble cadena para reducir la actividad genética debido a la degradación de los ARN mensajeros leídos en ellos, en los que se sintetizan las proteínas. Resultó que las células utilizan activamente esta vía reguladora, sintetizando microARN, que luego se cortan en fragmentos de la longitud requerida.

El primer microARN se descubrió en 1993, el segundo sólo siete años después, y en ambos estudios se utilizó un nematodo. Caenorhabditis elegans, que ahora sirve como uno de los principales objetos experimentales en biología del desarrollo. Pero entonces los descubrimientos llovieron como si fueran una cornucopia.

Resultó que los microARN también participan en desarrollo embriónico humanos, y en la patogénesis del cáncer, enfermedades cardiovasculares y nerviosas. Y cuando fue posible leer simultáneamente las secuencias de todos los ARN de una célula humana, resultó que una gran parte de nuestro genoma, que antes se consideraba "silencioso" porque no contenía genes codificadores de proteínas, en realidad sirve como una plantilla para leer microARN y otros ARN no codificantes.

D. b. norte. D. O. Zharkov (Instituto de Química
biología y medicina fundamental
SB RAS, Novosibirsk)­

Los avances recientes en biología han llevado al surgimiento de direcciones científicas completamente nuevas. Así, el establecimiento de la naturaleza molecular del gen sirvió de base para la ingeniería genética, un conjunto de métodos que permiten construir células pro y eucariotas con un nuevo programa genético. Sobre esta base se ha establecido la producción industrial de antibióticos, hormonas (insulina), interferón, vitaminas, enzimas y otros fármacos biológicamente activos.
Entre los logros de la biología podemos destacar la descripción. gran número tipos de organismos vivos existentes en la Tierra, creación de teorías celulares, evolutivas, cromosómicas, descifrado de la estructura de proteínas y ácidos nucleicos, etc. En la práctica, esto contribuyó a aumentar la eficiencia de la producción agrícola, el desarrollo de la medicina, la biotecnología y la creación de las bases para una gestión ambiental racional.

los que siguen logros de la biología molecular, ya debe haberse acostumbrado al hecho de que en esta joven ciencia, que apenas ha entrado en la tercera década de su existencia, se hacen descubrimientos importantes a menudo, incluso muy a menudo. Hace apenas 17 años, el estadounidense James Watson y el inglés Francis Crick propusieron una hipótesis sobre la estructura de la molécula de ADN que, en su opinión, no compartida por la mayoría de los biólogos de la época, era la guardiana de la información genética. Muy pronto, en un tiempo increíblemente corto, se demostró experimentalmente la opinión de Watson y Crick de que el ADN en realidad lleva un registro de todos los genes de un organismo. A principios de los años sesenta, quedó claro que la información genética de las moléculas de ADN se transfiere a moléculas de ARN que tienen una estructura similar. Estos últimos están conectados a estructuras celulares especiales: los ribosomas, en los que se produce la síntesis de proteínas. Un poco antes, G. Gamow (EE. UU.), F. Crick y otros crearon un modelo lógicamente completo del código genético. Lo más importante fue que se indicó estrictamente por qué la célula necesita información genética (síntesis de proteínas específicas, que determinan las propiedades de la vida y la capacidad de realizar diversas funciones vitales). También se mostró cómo los elementos individuales de la molécula de ADN (según Gamow, con lo que todos estuvieron de acuerdo, tripletes de nucleótidos ubicados a lo largo de la cadena de ADN) codifican la estructura de las proteínas sintetizadas en los ribosomas.
Pocas personas esperaban -incluso entre genetistas muy perspicaces- que ya en 1961 Crick y sus tres ayudantes tomarían medidas enérgicas contra el problema de la naturaleza general del código genético. Es cierto que el camino para descifrar la composición de los tripletes individuales que codifican los aminoácidos fue abierto por el trabajo de M. Nirenberg y D. Mattei, informado en Moscú en el verano del mismo 2000. Y era absolutamente difícil imaginar que apenas dos años y medio después, los estadounidenses M. Nirenberg y F. Leder propondrían un método que permitiría descubrir la estructura exacta de las 64 palabras clave de genes. Al cabo de un año, los genetistas conocían el alfabeto hereditario de la naturaleza.

Pero la solución de estos problemas no aumentó nuestro conocimiento sobre la estructura exacta del gen, la estructura exacta de las moléculas de información individual y los ARN de transporte. En 1964-1965, Holly en los EE. UU. y A. Baev en la Federación de Rusia descifraron las primeras moléculas más pequeñas que guardan secretos genéticos: las moléculas de ARN transportador. En 1967, en el laboratorio de A. Kornberg en Estados Unidos, después de muchos años de intentos fallidos, fue posible sintetizar una molécula de ADN viable del fago 0X174. Un año después, G. Korana (un indio que se mudó a Estados Unidos), en un ingenioso experimento, logró sintetizar el primer gen del ARN de transferencia de levadura. Y ahora, apenas un año después, se ha aislado un gen puro de seres vivos. moléculas de ADN!
Paradójicamente, este experimento, grandioso en su diseño, ejecución y consecuencias para la ciencia, no fue un fin en sí mismo. Beckwith, un conocido experto en el campo de las bases moleculares de la implementación de la información genética, indica en el prefacio el objetivo principal que perseguían él y sus colegas al iniciar su trabajo. Para ellos era importante encontrar pistas para resolver la disputa de larga data sobre cuándo se regula la actividad genética. Había dos enfoques: según el primero, el propio diez (es decir, una sección de ADN con una secuencia de nucleótidos estrictamente definida) puede ser un ámbito de regulación. En este caso, el ARN mensajero se copiará a partir de genes activados, pero dicha copia no se producirá a partir de genes reprimidos.

Por tanto, la biología es una ciencia bastante joven, pero bastante progresista, bastante útil para el ser humano.

MEDICINA EN EL SIGLO XX

en 1901- Landsteiner descubre los grupos sanguíneos, el comienzo de la transfusión de sangre.

v 1904 - premio Nobel en el campo de la fisiología y la medicina fue otorgado a Ivan Petrovich Pavlov por el descubrimiento de los reflejos condicionados.

v 1906 - primer trasplante de córnea cadavérica.

v 1910: Thomas Morgan descubrió los cromosomas, los orgánulos de la herencia.

v 1912- Banting y Best descubrieron la insulina y la causa de la diabetes.

v 1926 - Möller descubrió los efectos mutagénicos de la radiación y sustancias químicas.

en 1936: se obtuvieron las primeras enzimas en estado cristalino.

v 1944 - Oswald Avery y McLean McCarthy demostraron que el ADN aislado se inserta en el genoma de las bacterias, cambiando su fenotipo.

en 1951: primera cirugía de bypass coronario (bypass coronario).

v 1953: James Watson y Francis Crick descubren la doble hélice del ADN.

en 1955: primer trasplante de riñón.

en 1956 - primera angioplastia coronaria.

v 1961 - Marshall Nirenberg descifró el código genético (diccionario) del ADN. Los primeros trasplantes de células madre hematógenas para salvar a pacientes condenados.

v 1964 - Charles Yanovsky confirmó la correspondencia lineal de genes y proteínas de bacterias.

en 1967: primer trasplante de corazón y hígado.

en 1969 - un grupo de investigadores de Harvard escuela de Medicina aisló el primer gen humano.

v 1974: Stanley Cohen y Herbert Boyer trasplantaron un gen de rana a célula bacteriana. El comienzo de la ingeniería genética.

v 1976: se crea la primera empresa de biotecnología, Genentech; Se inició el trasplante de genes humanos a células microbianas para la producción industrial de insulina, interferón y otras proteínas útiles.

v 1980: Martin Klein creó el primer ratón transgénico transfiriendo un gen humano a un óvulo de ratón fertilizado.

en 1982: se aprueba el uso en medicina de la insulina genéticamente modificada producida por bacterias.

v 1983: se descubrió la reacción en cadena de la polimerasa (una técnica para clonar repetidamente cadenas cortas de ADN): fue posible estudiar simultáneamente el trabajo de muchos genes.

v 1985 - La técnica de la "huella genética" del ADN comenzó a utilizarse en la ciencia forense mundial.

v 1985: primeros trasplantes de tejido nervioso fetal para tratar la enfermedad de Parkinson.

v 1988: se emitió la primera patente para un animal modificado genéticamente.

v 1990: inicio de los trabajos en el proyecto internacional Genoma Humano.

en 1997 - se clonó el primer mamífero: una oveja llamada Dolly; A esto le siguieron experimentos exitosos de clonación de ratones y otros mamíferos.

v 1997-1998: aislamiento de células madre embrionarias humanas en forma de líneas inmortales.

en 1998: creación de métodos para el registro simultáneo de la actividad de 1000-2000 genes en el genoma de humanos y mamíferos.

v 1999-2000: decodificación completa del genoma de 10 bacterias y levaduras. Identificación y establecimiento de la ubicación de la mitad de los genes en los cromosomas humanos.

v 2001 - decodificación completa del genoma humano

CRONOLOGÍA DE LA CLONACIÓN

en 1883: descubrimiento del óvulo por el citólogo alemán Oskar Hertwig (Hertwig, 1849-1922).

v 1943 - La revista Science informó sobre la fertilización exitosa de un óvulo "in vitro".

v 1953 - R. Briggs y T. King informaron sobre el desarrollo exitoso del método de "nucleotransferencia": transferencia de un núcleo celular a huevos gigantes de la rana africana con garras "xenopus".

v 1973 - El profesor L. Shettles de la Universidad de Columbia en Nueva York anunció que estaba listo para producir el primer "bebé probeta", a lo que siguieron prohibiciones categóricas por parte del Vaticano y la Iglesia Presbiteriana de Estados Unidos.

v 1977: finalizó la publicación de una serie de artículos sobre el trabajo del profesor de zoología de la Universidad de Oxford, J. Gurdon, durante los cuales se clonaron más de cincuenta ranas. Se extrajeron los núcleos de sus óvulos, después de lo cual se trasplantó el núcleo de una célula somática al "saco citoplasmático" restante. Por primera vez en la historia de la ciencia, el lugar del núcleo haploide de un óvulo con un solo conjunto de cromosomas fue reemplazado por el núcleo diploide de una célula somática con un doble número de portadores de información genética.

v 1978: nacimiento de Louise Brown, la primera niña probeta, en Inglaterra.

v 1981 - Shettles recibe tres embriones humanos clonados, pero detiene su desarrollo.

v 1982 - Karl Ilmensee de la Universidad de Ginebra y su colega Peter Hoppe del Laboratorio Jackson en Bar Harbor, Maine, donde se crían ratones desde 1925, obtuvieron crías grises transfiriendo los núcleos de las células de un embrión gris al citoplasma de un óvulo obtenido de una hembra negra, tras lo cual los embriones se transfirieron a hembras blancas, que dieron a luz a descendencia. Los resultados no se replicaron en otros laboratorios, por lo que Ilmensee fue acusado de falsificación.

v 1985: el 4 de enero, en una clínica del norte de Londres, nació una niña de la Sra. Cotton, la primera madre sustituta del mundo que no era madre biológica (es decir, "Baby Cotton", como se llamaba a la niña, era no concebido del óvulo de la señora Cotton). Se aprobó una prohibición parlamentaria de los experimentos con embriones humanos de más de catorce días.

En 1987, especialistas de la Universidad John Washington, utilizando una enzima especial, pudieron dividir las células de un embrión humano y clonarlas hasta la etapa de treinta y dos células (blastos, blastómeros), después de lo cual los embriones fueron destruidos. La administración estadounidense ha amenazado con privar a los laboratorios de las subvenciones federales si en ellos se llevan a cabo experimentos de este tipo.

v 1996 - El 7 de marzo, la revista Nature publicó el primer artículo de un equipo de autores del Instituto Roslin de Edimburgo, que informaba del nacimiento de cinco corderos obtenidos sin la participación de un carnero: se obtuvieron los núcleos de un cultivo de células embrionarias. de otro embrión fueron transferidos a los sacos citoplasmáticos de los óvulos. La administración Bill Clinton reafirma su intención de retener fondos federales a cualquiera que pretenda experimentar con embriones humanos; Así, un investigador de la Universidad de Washington que realizó el análisis del sexo del embrión y el análisis de genes defectuosos en la etapa de ocho células se vio privado de subvenciones.

v 1997 - 27 de febrero, "Nature" colocó en su portada, sobre el fondo de una microfotografía de un huevo, la famosa oveja Dolly, nacida en el mismo Instituto Roslin de Edimburgo. A finales de junio, Clinton envió al Congreso un proyecto de ley que prohibiría “la creación de un ser humano mediante clonación y transferencia nuclear de células somáticas”.

v 1997 - A finales de diciembre, la revista Science informó sobre el nacimiento de seis ovejas obtenidas mediante el método Roslyn. Tres de ellos, incluida la oveja Polly, portaban el gen humano del "factor IX" ("factor 9"), o una proteína hemostática, necesaria para las personas que padecen hemofilia, es decir, incoagulabilidad de la sangre.

v 1997 - Se publica en Estados Unidos el libro de Michael Smith “Clones”, que habla de la clonación de personas en túneles subterráneos alrededor de Los Ángeles (ver “El conocimiento es poder”, 1998, no. 4).

v 1998 - El físico de Chicago Sid anuncia la creación de un laboratorio para la clonación humana: afirma que no acabará con clientes.

v 1998, principios de marzo: los científicos franceses anunciaron el nacimiento de una novilla clonada.

v 1999. Los científicos holandeses pretenden clonar un mamut. Para ello, utilizan material genético de un mamífero prehistórico encontrado recientemente en Siberia y que murió hace 20.380 años.

v 2000. En el laboratorio del Instituto de Agricultura de la Prefectura de Kagoshima nació un ternero clonado a partir de una célula de un toro ya clonado. Este ternero se convirtió así en el primer animal de la segunda generación de clones de mamíferos relativamente grandes.

v 2000. Los científicos británicos que clonaron a la oveja Dolly crearon cinco lechones utilizando el mismo método.

v 2001. Los científicos estadounidenses declaran la posibilidad fundamental de la clonación humana. La Cámara de los Lores del Parlamento británico, tras muchas horas de debate, aprobó un proyecto de ley que permite la clonación de embriones humanos

CRÓNICA DE LOS DESCUBRIMIENTOS EN QUÍMICA

entre 2500 y 2000 a.C. mi. Penetración del cobre desde Oriente hacia Europa. En Babilonia se inventaron las balanzas, una herramienta para medir la cantidad de oro y otros materiales. El prototipo para ellos era el yugo de un cargador pesado.

entre 2000 y 1500 a.C. mi. EN Pirámides egipcias Se encontraron muestras de vidrio y hierro maleable.

entre 1300 y 1000 a.C. mi. EN Antigua Grecia Son conocidos el cobre, el hierro, el estaño, el plomo, el endurecimiento del acero y el efecto del estiércol como fertilizante.

en el siglo primero antes de Cristo mi. En el poema "Sobre la naturaleza de las cosas" de Lucrecio Cara, los átomos invisibles se contrastan con dioses inexistentes, con la ayuda de los cuales se explica toda la diversidad de fenómenos en el mundo circundante, incluidos los vientos y las tormentas, la propagación de olores. , evaporación y condensación del agua.

entre 700 y 1000 El alquimista árabe Jabir ibn Hayyan y sus seguidores, como resultado de intentos fallidos de transformar metales comunes en oro, utilizaron la cristalización y la filtración para purificar sustancias químicas; describió la preparación de ácidos sulfúrico, nítrico, acético y agua regia (indicó su capacidad para disolver el oro); preparado con nitrato de plata, sublimado, amoníaco y arsénico blanco (ácido arsénico).

entre 1000 y 1200 En El Libro de la Balanza de la Sabiduría, el científico árabe Al-Kazini da las gravedades específicas de 50 sustancias diferentes. En el “Libro de los Secretos”, Abu ar-Razi clasifica por primera vez todas las sustancias en terrosas (minerales), vegetales y animales; Se describe la calcinación (tostación) de metales y otras sustancias, disolución, sublimación, fusión, destilación, algamación, condensación, etc.

v 1280. Arnaldo de Villanovan describió la preparación de aceites esenciales.

entre 1300 y 1400 Al monje Berthold Schwarz se le atribuye la invención de la pólvora (en Europa). (En China, la pólvora era conocida a principios de nuestra era).

1452 - 1519 El gran artista italiano Leonardo da Vinci, al encender una vela bajo un recipiente volcado sobre el agua, demuestra que durante la combustión se consume el aire, pero no todo.

en el siglo XVI El alquimista Vasily Valentin en su tratado "El carro triunfal del antimonio" describió el ácido clorhídrico, el antimonio y el bismuto (preparación y propiedades); Se han desarrollado ideas de que los metales constan de tres "principios": mercurio, azufre y sal.

1493 - 1541 Paracelso transforma la alquimia en iatroquímica, creyendo que la tarea principal de la química es servir a la medicina produciendo medicamentos. De él proviene la primera observación, repetida repetidamente, de que la combustión requiere aire y los metales, cuando se convierten en escala, aumentan su peso.

v 1556. El trabajo de G. Agricola “12 libros sobre metales” resume información sobre menas, minerales y metales; se describen en detalle los procesos metalúrgicos y las complejidades de la minería; Se da la taxonomía de los metales según sus características externas.

1586 - 1592 G. Galileo diseñó balanzas hidrostáticas para determinar la densidad de los sólidos (1586) e inventó un termómetro (1592).

EL ORIGEN DE LA QUÍMICA CIENTÍFICA

1660 - 65 R. Boyle en el libro "El químico escéptico" formuló la tarea principal de la química (el estudio de la composición de varios cuerpos, la búsqueda de nuevos elementos), desarrolló el concepto de "elemento químico" y enfatizó la importancia del método experimental. en Quimica. Introdujo el término "análisis" en relación con la investigación química, estableció la proporcionalidad inversa del volumen de aire a la presión y utilizó indicadores para determinar ácidos y bases.

en 1668. O. Tahenius introdujo el concepto de sal como producto de la interacción de un ácido con un álcali.

v 1669. H. Brandt aisló el fósforo como producto de la destilación de la orina (el primer descubrimiento fechado del elemento).

v 1675. N. Lemery definió la química como el arte de “separar varias sustancias contenidos en cuerpos mixtos" (mineral, vegetal y animal).

en 1676. E. Marriott expresó la dependencia del volumen de aire de la presión.

v 1707. I. Betger recibió fósforo blanco.

v 1721. I. Henkel obtuvo zinc metálico.

v 1722. F. Hoffman describió la producción de sulfuro de hidrógeno.

v 1723. G. Stahl propuso la teoría del flogisto como principio material de inflamabilidad.

en 1724. D. Fahrenheit descubrió la dependencia del punto de ebullición del agua de la presión y el fenómeno del sobreenfriamiento del agua.

1730-33 R. Réaumur inventó el termómetro de alcohol (1730). Demostró que soluciones de diferentes composiciones tienen diferentes densidades (1733).

v 1735. G. Brandt descubrió el cobalto.

1741 - 50 M.V. Lomonósov definió el elemento (átomo), el corpúsculo (molécula), las sustancias simples y mixtas y comenzó a desarrollar su teoría corpuscular (1741). Formuló los principios básicos de la teoría cinética molecular del calor (1744) Descubrió la ley de conservación de la masa de las sustancias (1745). Se observó el fenómeno de pasivación de metales en conc. HNO3

v 1751. A. Kronstedt descubrió el níquel.

v 1757. D. Blake demostró que durante la fermentación se libera dióxido de carbono.

v 1763. M. V. Lomonosov esbozó los fundamentos de la minería y el arte del ensayo, describió métodos para obtener metales a partir de minerales.

en 1766. G. Cavendish descubrió el hidrógeno.

en 1768. A. Baume inventó un dispositivo para determinar la densidad de líquidos: un hidrómetro.

v 1772. D. Rutherford descubrió el nitrógeno.

1772-73 J. Priestley descubrió el cloruro de hidrógeno, el "gas de la risa" (N 2 O) (1772), el oxígeno ("aire desflogistizado") y describió las propiedades del amoníaco (1773).

v 1774. A. Lavoisier sugirió que el aire atmosférico tiene composición compleja. K. Scheele descubrió el manganeso y el bario y describió las propiedades del cloro.

1775 - 77 A. Lavoisier (independientemente de J. Priestley) descubrió el oxígeno, describió sus propiedades y formuló los fundamentos de la teoría de la combustión del oxígeno.

1778 - 81 K. Scheele descubrió el molibdeno y el tungsteno; recibió glicerina, ácido láctico, ácido cianhídrico y acetaldehído.

v 1781. G. Cavendish demostró que la combustión de hidrógeno produce agua.

v 1782. J. Müller von Reichenstein descubrió el telurio.

v 1785. T. E. Lovitz descubrió el fenómeno de la adsorción del carbón vegetal a partir de soluciones.

v 1787. A. Crawford y W. Cruickshank descubrieron el estroncio. J. Charles estableció una ecuación para la dependencia de la presión del gas de la temperatura.

v 1789. M. Klaproth descubrió el circonio y el uranio.I. Richter formuló la ley de equivalentes.

En 1794, Yu. Gadolin descubrió el itrio, que marcó el comienzo de la química de los elementos de tierras raras.

v 1796. S. Tennart y W. Wollaston demostraron que el diamante se compone de carbono.

en 1797. L. Vauquelin descubrió el cromo.

v 1798. T. E. Lovitz introdujo el concepto de solución sobresaturada.

v 1800. W. Nicholson y A. Carlyle llevaron a cabo la electrólisis del agua.