Det är ganska lätt att glömma att idéer som verkar självklara för oss idag har finslipats av kollektiv under århundraden. smarta människor, och dök inte bara upp. Att vi tar dem för givna är bara toppen av isberget intressant historia. Låt oss gräva djupare.

Medvetenhet om att djur kan försvinna

Om du går längs stranden och hittar en intressant fossil sten, inser du direkt att den kan tillhöra en sedan länge utdöd art. Tanken att arter håller på att dö ut är så bekant för oss att det är svårt att ens föreställa sig en tid då människor trodde att alla separat typ varelser lever fortfarande var som helst. Folk trodde att Gud skapade allt – varför skulle han skapa något som inte kunde överleva?

George Cuvier var den första personen som ställde denna fråga. 1796 skrev han en artikel om elefanter, där han beskrev de afrikanska och asiatiska varianterna. Han nämnde också en tredje typ av elefant, känd för vetenskapen endast från dess ben. Cuvier noterade viktiga skillnader i käkformen på den tredje elefanten och föreslog att denna art måste vara helt separat. Vetenskapsmannen kallade det en mastodont, men var är de levande exemplaren då?

Enligt Cuvier "stämmer alla dessa fakta överens med varandra och motsäger inte något annat budskap, så det förefaller mig möjligt att bevisa existensen av en värld som föregick vår och som förstördes som ett resultat av någon form av katastrof. ” Han slutade inte bara med denna revolutionära idé. Cuvier studerade fossiler av andra forntida djur - myntade termen "pterodactyl" längs vägen - och upptäckte att reptiler en gång varit den dominerande arten.

De första cellerna växte utanför kroppen

Om en biolog vill forska om djurcellers inre funktion är det mycket lättare om dessa celler inte är en del av djuret just då. För närvarande odlar biologer breda remsor av celler in vitro, vilket gör uppgiften mycket lättare. Den första personen som försökte hålla celler vid liv utanför värdens kropp var Wilhelm Roux, en tysk zoolog. 1885 placerade han en del av ett kycklingembryo i en saltlösning och höll det vid liv i flera dagar.

Forskning med denna metod fortsatte i flera decennier, men 1907 bestämde sig plötsligt någon för att odla nya celler i lösning. Ross Harrison tog embryonal grodvävnad och kunde odla nya nervfibrer från dem, som han sedan höll vid liv i en månad. Idag kan cellprover hållas vid liv nästan på obestämd tid – forskare experimenterar fortfarande med cellvävnad från en kvinna som dog för 50 år sedan.

Upptäckten av homeostas

Du har säkert hört något om homeostas, men i allmänhet är det väldigt lätt att glömma hur viktigt det är. Homeostas är en av de fyra väsentliga principerna för modern biologi, tillsammans med evolution, genetik och cellteori. Huvudidén passar in i en kort fras: organismer reglerar sin inre miljö. Men som fallet är med andra viktiga begrepp, som kan passas in i en kort och koncis fras - objekt med massa attraheras av varandra, jorden roterar runt solen, det finns ingen hake - detta är en verkligt viktig förståelse av vår världs natur.

Idén om homeostas lades först fram av Claude Bernard, en produktiv vetenskapsman i mitten av 1800-talet som hölls vaken av Louis Pasteurs berömmelse (även om de var vänner). Bernard gjorde allvarliga framsteg i att förstå fysiologi, trots att hans kärlek till vivisektion förstörde hans första äktenskap - hans fru gjorde uppror. Men den verkliga betydelsen av homeostas - som han kallade milleu interieur - erkändes årtionden efter Bernards död.

I en föreläsning 1887 förklarade Bernard sin teori så här: "En levande kropp, fastän i behov av miljö relativt oberoende av det. Detta oberoende av den yttre miljön härrör från det faktum att i en levande varelse är vävnaderna väsentligen separerade från direkta yttre påverkan och skyddade av en verklig inre miljö, som i synnerhet består av de vätskor som cirkulerar i kroppen."

Forskare som är före sin tid blir ofta okänd, men Bernards andra arbete var tillräckligt för att cementera hans rykte. Det tog dock vetenskapen nästan 50 år att testa, bekräfta och utvärdera hans viktigaste idé. Inlägget om det i Encyclopedia Britannica för 1911 säger ingenting alls om homeostas. Sex år senare kallar samma artikel om Bernard homeostas för "epokens viktigaste prestation."

Första enzymisoleringen

Enzymer lär man sig vanligtvis först i skolan, men om du har hoppat över lektionen, låt oss förklara: det här är stora proteiner som hjälper matflödet. kemiska reaktioner. Dessutom används de för att göra effektiva tvättmedel. De ger också tiotusentals kemiska reaktioner i levande organismer. Enzymer är lika viktiga för livet som DNA – vårt genetiska material kan inte kopiera sig själv utan dem.

Det första enzymet som upptäcktes var amylas, även kallat diastas, och det finns i din mun just nu. Det bryter ner stärkelse till socker och upptäcktes av den franske industrikemisten Anselme Payen 1833. Han isolerade enzymet, men blandningen var inte särskilt ren. Under lång tid trodde biologer att det kunde vara omöjligt att extrahera ett rent enzym.

Det tog nästan 100 år för den amerikanske kemisten James Butchler Sumner att bevisa att de hade fel. I början av 1920-talet började Sumner isolera enzymet. Hans mål var så djärva att de faktiskt kostade honom vänskapen mellan många ledande experter på området som trodde att hans plan skulle misslyckas. Sumner fortsatte och isolerade 1926 ureas, ett enzym som bryter ner urea till sina kemiska komponenter. Några av hans kollegor tvivlade på resultatet i flera år, men till slut fick de också ge efter. Sumners arbete gav honom Nobelpriset 1946.

Antagandet att allt liv har en gemensam förfader

Vem var den första som antydde att allt liv utvecklades från en varelse? Du säger: självklart, Charles Darwin. Ja, Darwin utvecklade denna idé - i sin "Arternas ursprung" skrev han följande: "Det finns en viss storhet i denna syn på ett sådant liv, med dess olika manifestationer, som ursprungligen förkroppsligades i flera former eller i en." Men även om vi inte förringar Darwins prestationer, hade idén om en gemensam förfader föreslagits årtionden tidigare.

1740 föreslog den berömde fransmannen Pierre Louis Moreau de Maupertuis att "blind öde" producerade ett brett spektrum av individer, av vilka endast de mest kapabla överlevde. På 1790-talet noterade Immanuel Kant att detta kunde syfta på livets ursprungliga förfader. Fem år senare skrev Erasmus Darwin: "Skulle det vara för djärvt att anta att alla varmblodiga djur härstammar från en levande tråd?" Hans barnbarn Charles beslutade att det inte var "för mycket" och föreslog.

Uppfinningen av cellfärgning

Om du någonsin har sett mikroskopiska fotografier av celler (eller tittat på dem själv), finns det en ganska god chans att de färgades först. Färgning gör att vi kan se delar av cellen som normalt inte är synliga och generellt ökar bildens klarhet. Det finns ett gäng olika metoder för att färga celler, och detta är en av de mest grundläggande teknikerna inom mikrobiologi.

Den första personen som färgade ett prov för undersökning i mikroskop var Jan Swammerdam, en holländsk naturforskare. Swammerdam är mest känd för sin upptäckt av röda blodkroppar, men han har också gjort karriär av att titta på allt i mikroskop. På 1680-talet skrev han om "färgad sprit" av dissekerade maskar, som "låter de inre delarna markeras bättre, eftersom de är av samma färg."

Tyvärr för Swammerdam publicerades inte denna text på minst 50 år till, och vid tidpunkten för publiceringen var Jan redan död. Samtidigt kom hans landsman och naturforskare Antonie van Leeuwenhoek, oberoende av Swammerdam, på samma idé. År 1719 använde Leeuwenhoek saffran för att färga muskelfibrer för vidare undersökning och anses vara fadern till denna teknik.

Utveckling av cellteori

"Varje levande varelse består av celler," denna fras är lika bekant för oss som "Jorden är inte platt." Idag tas cellteorin för given, men i själva verket var den bortom förståelse fram till 1800-talet, ytterligare 150 år efter att Robert Hooke först såg celler genom ett mikroskop. 1824 skrev Henri Duroche om cellen: ”Det är uppenbart att den representerar grundenheten i ett ordnat tillstånd; ja, allt kommer i slutändan från cellen.”

Förutom att cellen är livets grundläggande enhet, innebär cellteorin också att nya celler bildas när en annan cell delar sig i två. Duroce missade denna del (enligt hans åsikt bildas nya celler inuti deras förälder). Den slutliga förståelsen av att celler delar sig för att reproducera kom från en annan fransman, Barthélemy Dumortier, men det fanns andra människor som gjorde betydande bidrag till utvecklingen av idéer om celler (Darwin, Galileo, Newton, Einstein). Cellteorin skapades i små steg, ungefär på samma sätt som modern vetenskap idag.

DNA-sekvensering

Fram till sin nyligen död var den brittiske vetenskapsmannen Frederick Sanger den enda levande personen som fått två Nobelpriser. Det var hans arbete för andrapriset som ledde till att han kom med på vår lista. 1980 fick han det högsta vetenskapliga priset tillsammans med Walter Gilbert, en amerikansk biokemist. 1977 publicerade de en metod som gör att man kan bestämma sekvensen av byggstenar i en DNA-kedja.

Betydelsen av detta genombrott återspeglas i hur snabbt Nobelkommittén gav vetenskapsmännen. Till slut blev Sangers metod billigare och enklare, och blev standard för ett kvarts sekel. Sanger banade väg för revolutioner inom områdena straffrätt, evolutionsbiologi, medicin och många andra.

Virus upptäckt

På 1860-talet blev Louis Pasteur känd för sin bakterieteori om sjukdomar. Men Pasteurs mikrober var bara halva historien. Tidiga förespråkare av bakterieteorin trodde att alla infektionssjukdomar orsakades av bakterier. Men det visar sig att förkylningar, influensa, hiv och andra oändliga hälsoproblem orsakas av något helt annat – virus.

Martinus Beijerinck var den första som insåg att bakterierna inte var de enda att skylla på. 1898 tog han juice från tobaksplantor som led av den så kallade mosaiksjukdomen. Sedan filtrerade jag saften genom en så fin sil att den borde ha filtrerat bort alla bakterier. När Beijerinck applicerade saften på friska växter blev de fortfarande sjuka. Han upprepade experimentet – och de blev fortfarande sjuka. Beijerinck drog slutsatsen att det var något annat, kanske en vätska, som orsakade problemet. Han kallade infektionen vivum fluidum, eller lösliga levande bakterier.

Beijerinck tog också upp gammal engelskt ord"virus" och försåg det med en mystisk agent. Upptäckten att virus inte var flytande tillhör amerikanen Wendell Stanley. Han föddes sex år efter Beijerincks upptäckt och förstod tydligen omedelbart vad som behövde göras. Stanley fick 1946 års Nobelpris i kemi för sitt arbete med virus. Kommer du ihåg vem du delade det med? Ja, med James Sumner för hans arbete med enzymer.

Avslag på preformationism

En av de mest ovanliga idéerna i historien var preformationism, en gång den ledande teorin om skapandet av barnet. Som namnet antyder föreslog teorin att alla varelser var förskapade - det vill säga att deras form redan var klar innan de började växa. Enkelt uttryckt, folk trodde på den miniatyren människokropp var inne i varje spermie eller ägg och letade efter en plats att växa på. Denna lilla man kallades en homunculus.

En av de viktigaste förespråkarna för preformationism var Jan Swammerdam, uppfinnaren av cellfärgningstekniken, som vi diskuterade ovan. Idén var populär i hundratals år, från mitten av 1600-talet till slutet av 1700-talet.

Ett alternativ till preformationism var epigenes, tanken att liv uppstår genom en rad processer. Den första personen som lade fram denna teori mot bakgrund av sin kärlek till preformationism var Caspar Friedrich Wolf. 1759 skrev han en artikel där han beskrev embryots utveckling från flera lager av celler till en människa. Hans arbete var extremt kontroversiellt på den tiden, men utvecklingen av mikroskop satte allt på sin plats. Embryonal preformationism var långt ifrån död i sin linda, men den var död, ursäkta ordleken.

Tio största framgångar under årtiondet inom biologi och medicin Version av en oberoende expert

Nya DNA-sekvenseringsmetoder med hög genomströmning – "priset" på genomet sjunker

MicroRNA - vad genomet var tyst om

Nya DNA-sekvenseringsmetoder med hög genomströmning – "priset" på genomet sjunker

En av grundarna av det berömda Intel-företaget, G. Moore, formulerade en gång en empirisk lag som fortfarande är sann: datorproduktiviteten kommer att fördubblas vartannat år. Produktiviteten hos DNA-sekvenserare, som används för att dechiffrera nukleotidsekvenserna av DNA och RNA, växer ännu snabbare än enligt Moores lag. Följaktligen sjunker kostnaderna för att läsa genom.

Kostnaden för arbetet med Human Genome Project, som avslutades 2000, uppgick således till 13 miljarder dollar. Nya masssekvenseringsteknologier som dök upp senare var baserade på parallell analys av många DNA-fragment (först i mikrobrunnar och nu i miljontals mikroskopiska droppar). Som ett resultat, till exempel, avkodning av genomet av den berömda biologen D. Watson, en av författarna till upptäckten av DNA-strukturen, som 2007 kostade 2 miljoner dollar, bara två år senare "kostade" 100 tusen dollar.

Under 2011, företaget "Ion torrent", som erbjöd ny metod sekvensering baserad på mätning av koncentrationen av vätejoner som frigörs under driften av DNA-polymerasenzymer, läs genomet av Moore själv. Och även om kostnaden för detta arbete inte har meddelats, lovar skaparna av den nya tekniken att läsning av något mänskligt genom inte bör överstiga 1 000 dollar i framtiden. Och deras konkurrenter, skaparna av en annan ny teknik, DNA-sekvensering i nanoporer, presenterade redan i år en prototyp av en enhet som du, efter att ha spenderat flera tusen dollar, kan sekvensera det mänskliga genomet på 15 minuter.

Syntetisk biologi och syntetisk genomik - hur lätt det är att bli Gud

Den information som samlats under ett halvt sekel av utveckling av molekylärbiologi idag gör det möjligt för forskare att skapa levande system som aldrig har funnits i naturen. Som det visar sig är detta inte alls svårt att göra, särskilt om du börjar med något som redan är känt och begränsar dina påståenden till så enkla organismer som bakterier.

Idag är USA till och med värd för en speciell tävling, iGEM (International Genetically Engineered Machine), där studentlag tävlar om vem som kan komma på den mest intressanta modifieringen av vanliga bakteriestammar med hjälp av en uppsättning standardgener. Till exempel genom att transplantera till den välkända Escherichia coli ( Escherichia coli) en uppsättning av elva specifika gener, kolonier av dessa bakterier, som växer i ett jämnt lager på en petriskål, kan fås att konsekvent ändra färg där ljuset faller på dem. Som ett resultat är det möjligt att få deras unika "fotografier" med en upplösning som är lika med bakteriens storlek, det vill säga cirka 1 mikron. Skaparna av detta system gav det namnet "Koliroid", och korsade bakteriens artnamn och namnet på det berömda företaget "Polaroid".

Detta område har också sina egna megaprojekt. I sällskap med en av genomikens fäder, K. Venter, syntetiserades således genomet av en mykoplasmabakterie från individuella nukleotider, vilket inte liknar något av de befintliga mykoplasma-genomen. Detta DNA var inneslutet i ett "färdigt" bakterieskal av dödad mykoplasma och ett fungerande erhölls, d.v.s. en levande organism med ett helt syntetiskt genom.

Anti-aging läkemedel - vägen till "kemisk" odödlighet?

Oavsett hur många försök som har gjorts under tusentals år för att skapa ett universalmedel för åldrande, har det legendariska Makropoulos-läkemedlet förblivit svårfångat. Men framsteg görs också i denna till synes fantastiska riktning.

Således, i början av det senaste decenniet, gav resveratrol, ett ämne isolerat från skalet på röda druvor, en stor boom i samhället. Först, med dess hjälp, var det möjligt att avsevärt förlänga livslängden för jästceller, och sedan för flercelliga djur, mikroskopiska nematodmaskar, fruktflugor och till och med akvariefiskar. Då lockades uppmärksamheten från specialister av rapamycin, ett antibiotikum som först isolerades från jordstreptomycetebakterier från ön. påsk. Med dess hjälp var det möjligt att förlänga livslängden inte bara för jästceller, utan även för laboratoriemöss, som levde 10-15% längre.

I sig är det osannolikt att dessa läkemedel kommer att användas i stor utsträckning för att förlänga livet: rapamycin, till exempel, dämpar immunförsvar och ökar risken för infektionssjukdomar. Emellertid pågår aktiv forskning för närvarande om verkningsmekanismerna för dessa och liknande substanser. Och om detta lyckas, då drömmen om säkert mediciner ah för att förlänga livet kan mycket väl bli verklighet.

Användningen av stamceller i medicin – vi väntar på en revolution

Idag listar den amerikanska National Institutes of Health Clinical Trials Database nästan ett halvt tusen studier med stamceller i olika forskningsstadier.

Det är dock alarmerande att den första av dessa, som gäller användningen av nervsystemets celler (oligodendrocyter) för att behandla ryggmärgsskador, avbröts i november 2011 av okänd anledning. Efter detta meddelade det amerikanska företaget Geron Corporation, en av pionjärerna inom området stambiologi, som genomförde denna forskning, att man helt inskränkte sitt arbete på detta område.

Det skulle jag dock vilja tro medicinsk användning Stamceller med alla sina magiska förmågor är precis runt hörnet.

Urgammalt DNA - från neandertalare till pestbakterier

1993 släpptes filmen "Park". Jurassic", där monster gick på skärmen, återskapade från resterna av DNA från blodet från dinosaurier som bevarats i magen på en mygga i bärnsten. Samma år konstaterade en av de största myndigheterna inom paleogenetiken, den engelske biokemisten T. Lindahl, att även under de mest gynnsamma förhållanden kan DNA äldre än 1 miljon år inte utvinnas ur fossila lämningar. Skeptikern hade rätt – dinosaurie-DNA är fortfarande otillgängligt, men framstegen i tekniska förbättringar av metoder för att extrahera, amplifiera och sekvensera yngre DNA under det senaste decenniet har varit imponerande.

Hittills har genomen av en neandertalare, en nyligen upptäckt Denisovan, och många fossila lämningar lästs helt eller delvis. Homo sapiens, såväl som mammut, mastodont, grottbjörn... När det gäller det mer avlägsna förflutna studerades DNA från växtkloroplaster, vars ålder går tillbaka till 300-400 tusen år, och DNA från bakterier som går tillbaka till 400-600 tusen år. .

Bland studier av "yngre" DNA är det värt att notera avkodningen av arvsmassan hos influensavirusstammen som orsakade den berömda "spanska influensaepidemin" 1918, och genomet av pestbakteriestammen som ödelade Europa på 1300-talet; i båda fallen isolerades materialen för analys från de begravda kvarlevorna av dem som dog av sjukdomen.

Neuroprotetik – människa eller cyborg?

Dessa prestationer hör mer sannolikt till ingenjörskonst snarare än biologisk tanke, men det gör dem inte mindre fantastiska.

Alls enklaste typen neuroprotes - en elektronisk hörapparat - uppfanns för mer än ett halvt sekel sedan. Mikrofonen i den här enheten tar upp ljud och överför elektriska impulser direkt till hörselnerven eller hjärnstammen - sålunda kan även patienter med helt förstörda strukturer i mellan- och innerörat återställas till hörseln.

Den explosiva utvecklingen av mikroelektronik under de senaste tio åren har gjort det möjligt att skapa sådana typer av neuroproteser att det är dags att prata om möjligheten att snart förvandla en person till en cyborg. Detta är ett konstgjort öga som fungerar på samma princip som en hörapparat; och elektroniska dämpare av smärtimpulser genom ryggmärgen; och automatiska konstgjorda lemmar, kapabla att inte bara ta emot kontrollimpulser från hjärnan och utföra handlingar, utan också överföra förnimmelser tillbaka till hjärnan; och elektromagnetiska stimulatorer av hjärnområden som påverkas av Parkinsons sjukdom.

Idag pågår redan forskning kring möjligheten att integrera olika delar av hjärnan med datachips för att förbättra mentala förmågor. Även om den här idén är långt ifrån att förverkligas fullt ut, är videoklipp som visar människor med konstgjorda händer som säkert använder kniv och gaffel och spelar fotboll fantastiska.

Icke-linjär optik i mikroskopi – se det osynliga

Från en fysikkurs förstår eleverna med fasthet konceptet med diffraktionsgränsen: med det bästa optiska mikroskopet är det omöjligt att se ett objekt vars dimensioner är mindre än halva våglängden dividerat med mediets brytningsindex. Vid en våglängd på 400 nm (violett område av det synliga spektrumet) och ett brytningsindex på ungefär enhet (som luft), är föremål mindre än 200 nm omöjliga att skilja. Detta storleksintervall omfattar nämligen till exempel virus och många intressanta intracellulära strukturer.

Därför i senaste åren Icke-linjära och fluorescerande optikmetoder, för vilka begreppet diffraktionsgräns inte är tillämpligt, har utvecklats brett inom biologisk mikroskopi. Nuförtiden, med hjälp av sådana metoder, är det möjligt att i detalj studera cellers inre struktur.

Designerproteiner - evolution in vitro

Liksom i syntetisk biologi talar vi om att skapa något som saknar motstycke i naturen, men den här gången inte nya organismer, utan individuella proteiner med ovanliga egenskaper. Detta kan uppnås med hjälp av både förbättrade datormodelleringsmetoder och "in vitro-evolution" - till exempel urval av artificiella proteiner på ytan av bakteriofager speciellt skapade för detta ändamål.

År 2003 skapade forskare från University of Washington, med hjälp av metoder för förutsägelse av datorstruktur, proteinet Top7, världens första protein vars struktur inte har några analoger i levande natur. Och baserat på de kända strukturerna för de så kallade "zinkfingrarna" - element av proteiner som känner igen delar av DNA med olika sekvenser, var det möjligt att skapa konstgjorda enzymer som klyver DNA på vilken förutbestämd plats som helst. Sådana enzymer används nu i stor utsträckning som verktyg för genommanipulation: de kan till exempel användas för att ta bort en defekt gen från genomet av en mänsklig cell och tvinga cellen att ersätta den med en normal kopia.

Personlig medicin – få genpass

Tanken att olika människor blir sjuka och ska behandlas olika är långt ifrån ny. Även om vi glömmer bort olika kön, ålder och livsstil och inte tar hänsyn till genetiskt betingade ärftliga sjukdomar, kan vår individuella uppsättning gener ändå på ett unikt sätt påverka både risken att utveckla många sjukdomar och karaktären av läkemedels effekt på kroppen.

Många har hört talas om gener, defekter som ökar risken för att utveckla cancer. Ett annat exempel gäller användningen av hormonella preventivmedel: om en kvinna bär Leiden-genen för faktor V (ett av proteinerna i blodkoagulationssystemet), vilket inte är ovanligt för européer, ökar hennes risk för trombos kraftigt, eftersom både hormoner och detta genvariant öka blodets koagulering.

Med utvecklingen av DNA-sekvenseringstekniker har det blivit möjligt att sammanställa individuella genetiska hälsokartor: det är möjligt att avgöra vilka genvarianter som man vet är associerade med sjukdomar eller svar på mediciner, finns i genomet hos en viss person. Baserat på en sådan analys kan rekommendationer ges om lämplig kost, nödvändiga förebyggande undersökningar och försiktighetsåtgärder vid användning av vissa läkemedel.

MicroRNA - vad genomet var tyst om

På 1990-talet. Fenomenet RNA-interferens upptäcktes - förmågan hos små dubbelsträngade deoxiribonukleinsyror att minska genaktiviteten på grund av nedbrytningen av budbärar-RNA som läses från dem, på vilka proteiner syntetiseras. Det visade sig att celler aktivt använder denna regulatoriska väg, syntetiserar mikroRNA, som sedan skärs i fragment av den erforderliga längden.

Det första mikroRNA:t upptäcktes 1993, det andra bara sju år senare, och båda studierna använde en nematod Caenorhabditis elegans, som nu fungerar som ett av de viktigaste experimentella objekten inom utvecklingsbiologi. Men så regnade upptäckter ner som från ett ymnighetshorn.

Det visade sig att mikroRNA också är inblandade i embryonal utveckling människor, och i patogenesen av cancer, hjärt- och kärlsjukdomar och nervsjukdomar. Och när det blev möjligt att samtidigt avläsa sekvenserna för alla RNA i en mänsklig cell, visade det sig att en stor del av vårt genom, som tidigare ansågs vara "tyst" eftersom det inte innehöll proteinkodande gener, faktiskt fungerar som en mall för att läsa mikroRNA och andra icke-kodande RNA.

D. b. n. D. O. Zharkov (Institute of Chemical
biologi och grundläggande medicin
SB RAS, Novosibirsk)­

De senaste framstegen inom biologin har lett till uppkomsten av helt nya riktningar inom vetenskapen. Således fungerade etableringen av genens molekylära natur som grunden för genteknik - en uppsättning metoder som gör det möjligt att konstruera pro- och eukaryota celler med ett nytt genetiskt program. På grundval av detta har industriell produktion av antibiotika, hormoner (insulin), interferon, vitaminer, enzymer och andra biologiskt aktiva läkemedel etablerats.
Bland biologins prestationer kan vi notera beskrivningen stort antal typer av levande organismer som finns på jorden, skapandet av cellulära, evolutionära, kromosomala teorier, dechiffrera strukturen av proteiner och nukleinsyror, etc. I praktiken bidrog detta till att öka effektiviteten i jordbruksproduktionen, utvecklingen av medicin, bioteknik och skapandet av grunderna för en rationell miljöförvaltning.

De som följer molekylärbiologins framgångar, måste redan ha vant sig vid det faktum att i denna unga vetenskap, som bara har gått in i det tredje decenniet av sin existens, görs stora upptäckter ofta, till och med mycket ofta. För bara 17 år sedan föreslog amerikanen James Watson och engelsmannen Francis Crick en hypotes om strukturen hos DNA-molekylen, som enligt deras åsikt, som inte delades av de flesta biologer vid den tiden, var innehavaren av genetisk information. Mycket snart, på fantastiskt kort tid, bevisades experimentellt Watsons och Cricks åsikt att DNA faktiskt innehåller en förteckning över alla gener i en organism. I början av sextiotalet blev det klart att genetisk information från DNA-molekyler överförs till RNA-molekyler som liknar strukturen. De senare ansluter till speciella cellstrukturer - ribosomer, där proteinsyntes sker. Lite tidigare skapade G. Gamow (USA), F. Crick och andra en logiskt komplett modell av den genetiska koden. Det viktigaste var att det var strikt angivet varför cellen behöver genetisk information (syntes av specifika proteiner, som bestämmer livets egenskaper och förmågan att utföra olika vitala funktioner). Det visades också hur enskilda element i DNA-molekylen (enligt Gamow, som alla var överens om, trillingar av nukleotider som ligger längs DNA-kedjan) kodar för strukturen av proteiner som syntetiseras i ribosomer.
Få människor förväntade sig - även bland mycket insiktsfulla genetiker - att Crick och hans tre assistenter redan 1961 skulle "slå ner" på problemet med den genetiska kodens allmänna karaktär. Det är sant att vägen till att dechiffrera sammansättningen av individuella tripletter som kodar för aminosyror öppnades av M. Nirenbergs och D. Matteis arbete, som rapporterades i Moskva sommaren samma 2000. Och det var absolut svårt att föreställa sig att amerikanerna M. Nirenberg och F. Leder bara två och ett halvt år senare skulle föreslå en metod som skulle göra det möjligt att ta reda på den exakta strukturen av alla 64 genkodorden. Inom ett år kände genetiker till naturens ärftliga alfabet.

Men att lösa dessa problem ökade inte vår kunskap om genens exakta struktur, den exakta strukturen hos molekylerna av individuell information och transport-RNA. 1964-1965 dechiffrerade Holly i USA och A. Baev i Ryska federationen de första, minsta molekylerna som tjänade genetiska hemligheter - transport-RNA-molekyler. 1967, i A. Kornbergs laboratorium i USA, efter många år av misslyckade försök, var det möjligt att syntetisera en fungerande DNA-molekyl av fag 0X174. Ett år senare lyckades G. Korana (en indier som flyttade till USA), i ett genialiskt experiment, syntetisera den första genen för jästöverförings-RNA. Och nu, bara ett år senare, har en ren gen isolerats från att leva DNA-molekyler!
Paradoxalt nog var detta experiment, storslagna i sin utformning, utförande och konsekvenser för vetenskapen, inte ett självändamål. Beckwith, en välkänd expert inom området för den molekylära grunden för implementeringen av genetisk information, anger i förordet huvudmålet som han och hans kollegor eftersträvade när de började sitt arbete. Det var viktigt för dem att hitta ledtrådar för att lösa den långvariga tvisten om när genaktiviteten regleras. Det fanns två tillvägagångssätt: Enligt den första kan själva tio (det vill säga en sektion av DNA med en strikt definierad nukleotidsekvens) vara en arena för reglering. I detta fall kommer budbärar-RNA att kopieras från aktiverade gener, men sådan kopiering kommer inte att ske från undertryckta gener.

Således är biologi en ganska ung, men ganska progressiv vetenskap, ganska användbar för människor.

MEDICIN UNDER XX-talet

v 1901- Landsteiner upptäckte blodgrupper, början på blodtransfusion.

v 1904 - Nobelpriset inom området fysiologi och medicin tilldelades Ivan Petrovich Pavlov för upptäckten av betingade reflexer.

v 1906 - första dödshornstransplantationen.

v 1910 - Thomas Morgan upptäckte kromosomerna - ärftlighetens organeller.

v 1912- Banting och Best upptäckte insulin och orsaken till diabetes.

v 1926 - Möller upptäckte de mutagena effekterna av strålning och kemiska substanser.

v 1936 - de första enzymerna erhölls i kristallint tillstånd.

v 1944 - Oswald Avery och McLean McCarthy bevisade att isolerat DNA sätts in i bakteriernas genom, vilket förändrar deras fenotyp.

v 1951 - första kranskärlsbypassoperationen (koronar bypass).

v 1953 - James Watson och Francis Crick upptäckte den dubbla helixen av DNA.

v 1955 - första njurtransplantationen.

v 1956 - första koronar angioplastik.

v 1961 - Marshall Nirenberg dechiffrerade DNA:s genetiska kod (ordbok). De första hematogena stamcellstransplantationerna för att rädda dödsdömda patienter.

v 1964 - Charles Yanovsky bekräftade den linjära överensstämmelsen mellan gener och proteiner hos bakterier.

v 1967 - första hjärt- och levertransplantationen.

v 1969 - en grupp forskare från Harvard läkarutbildningen isolerade den första mänskliga genen.

v 1974 - Stanley Cohen och Herbert Boyer transplanterade en grodgen till bakteriecell. Början av genteknik.

v 1976 - det första bioteknikföretaget Genentech skapades; transplantation av mänskliga gener till mikrobiella celler började för industriell produktion av insulin, interferon och andra användbara proteiner.

v 1980 - Martin Klein skapade den första transgena musen genom att överföra en mänsklig gen till ett befruktat musägg.

v 1982 - genmanipulerat insulin producerat av bakterier är godkänt för användning inom medicin.

v 1983 - polymeraskedjereaktionen (en teknik för att upprepade gånger klona korta DNA-kedjor) upptäcktes - det blev möjligt att samtidigt studera många geners arbete.

v 1985 - tekniken för "genetisk fingeravtryck" av DNA började användas i världens rättsmedicinska vetenskap.

v 1985 - första fetala nervvävnadstransplantationer för att behandla Parkinsons sjukdom.

v 1988 - det första patentet för ett genetiskt modifierat djur utfärdades.

v 1990 - start av arbetet med det internationella Human Genome-projektet.

v 1997 - det första däggdjuret klonades - ett får som heter Dolly; Detta följdes av framgångsrika experiment med att klona möss och andra däggdjur.

v 1997-1998 - isolering av mänskliga embryonala stamceller i form av odödliga linjer.

v 1998 - skapande av metoder för samtidig registrering av aktiviteten hos 1000-2000 gener i genomet hos människor och däggdjur.

v 1999-2000 - fullständig avkodning av genomet hos 10 bakterier och jäst. Identifiering och fastställande av placeringen av hälften av generna i mänskliga kromosomer.

v 2001 - fullständig avkodning av det mänskliga genomet

KLONINGSKRONOLOGI

v 1883 - upptäckt av ägget av den tyske cytologen Oskar Hertwig (Hertwig, 1849-1922).

v 1943 - Tidningen Science rapporterade den framgångsrika befruktningen av ett ägg "in vitro".

v 1953 - R. Briggs och T. King rapporterade den framgångsrika utvecklingen av "nukleoöverföring"-metoden - överföring av en cellkärna till jätteägg av den afrikanska klösgrodan "xenopus".

v 1973 - Professor L. Shettles vid Columbia University i New York meddelade att han var redo att producera den första "provrörsbebisen", som följdes av kategoriska förbud från Vatikanen och den presbyterianska kyrkan i USA.

v 1977 - publiceringen av en serie artiklar om arbetet av Oxford University zoologiprofessor J. Gurdon, under vilken mer än femtio grodor klonades, upphörde. Kärnorna avlägsnades från sina ägg, varefter kärnan i en somatisk cell transplanterades in i den återstående "cytoplasmatiska säcken". För första gången i vetenskapens historia ersattes platsen för den haploida kärnan i ett ägg med en enda uppsättning kromosomer av den diploida kärnan i en somatisk cell med ett dubbelt antal bärare av genetisk information.

v 1978 - Louise Browns födelse, det första provrörsbarnet, i England.

v 1981 - Shettles tar emot tre klonade mänskliga embryon, men stoppar deras utveckling.

v 1982 - Karl Ilmensee från universitetet i Genève och hans kollega Peter Hoppe från Jackson Laboratory i Bar Harbor, Maine, där möss har fötts upp sedan 1925, fick grå ungar genom att överföra cellkärnorna från ett grått embryo till cytoplasman hos ett ägg som erhållits från en svart hona, varefter embryona överfördes till vita honor, som födde avkomma. Resultaten replikerades inte i andra laboratorier, vilket ledde till att Ilmensee anklagades för förfalskning.

v 1985 - den 4 januari, på en klinik i norra London, föddes en flicka till Mrs. Cotton - världens första surrogatmamma som inte var en biologisk mamma (det vill säga "Baby Cotton", som flickan kallades, var inte tänkt från Mrs. Cottons ägg). Ett parlamentariskt förbud infördes mot experiment med mänskliga embryon äldre än fjorton dagar.

v 1987 - specialister från John Washington University, med hjälp av ett speciellt enzym, kunde dela cellerna från ett mänskligt embryo och klona dem till stadiet av trettiotvå celler (blaster, blastomerer), varefter embryona förstördes. Den amerikanska administrationen har hotat att beröva laboratorier subventioner från federala fonder om sådana experiment genomförs i dem.

v 1996 - Den 7 mars publicerade tidskriften Nature den första artikeln av ett team av författare från Roslin Institute i Edinburgh, som rapporterade födelsen av fem lamm som erhållits utan deltagande av en bagge: kärnorna i en kultur av embryonala celler erhållna från ett annat embryo överfördes till äggens cytoplasmatiska säckar. Bill Clinton-administrationen bekräftar sin avsikt att hålla inne federala medel från alla som har för avsikt att experimentera med mänskliga embryon; En forskare från University of Washington som utförde analysen av embryots kön och analysen av defekta gener i åttacellsstadiet berövades således subventioner.

v 1997 - 27 februari, "Nature" placerad på dess omslag - mot bakgrund av ett mikrofotografi av ett ägg - det berömda fåret Dolly, född på samma Roslyn Institute i Edinburgh. I slutet av juni skickade Clinton ett lagförslag till kongressen som skulle förbjuda "skapandet av en människa genom kloning och nukleär överföring av somatiska celler."

v 1997 - i slutet av december rapporterade tidningen Science födelsen av sex får som erhållits med Roslyn-metoden. Tre av dem, inklusive fåret Polly, bar på den mänskliga genen för "faktor IX" ("faktor 9") eller ett hemostatiskt protein, vilket är nödvändigt för personer som lider av blödarsjuka, det vill säga blodets koagulerbarhet.

v 1997 - Michael Smiths bok "Clones" publiceras i USA, som talar om kloning av människor i underjordiska tunnlar runt Los Angeles (se "Knowledge is Power", 1998, nr 4).

v 1998 - Chicago-fysikern Sid tillkännager skapandet av ett laboratorium för mänsklig kloning: han hävdar att han inte kommer att hamna hos klienter.

v 1998, början av mars - Franska vetenskapsmän tillkännagav födelsen av en klonad kviga.

v 1999. Holländska forskare har för avsikt att klona en mammut. För att göra detta använder de genetiskt material från ett förhistoriskt däggdjur som nyligen hittades i Sibirien och som dog för 20 380 år sedan.

v 2000. En kalv som klonats från cellen hos en redan klonad tjur föddes i laboratoriet vid Kagoshima Prefectural Institute of Agriculture. Denna kalv blev därmed det första djuret i den andra generationens kloner av relativt stora däggdjur.

v 2000. Brittiska forskare som klonade fåret Dolly skapade fem smågrisar med samma metod.

v 2001. Amerikanska forskare förklarar den grundläggande möjligheten av mänsklig kloning. House of Lords i det brittiska parlamentet godkände efter många timmars debatt ett lagförslag som tillåter kloning av mänskliga embryon

KRÖNIKA OM UPPTÄCKT I KEMI

v 2500 - 2000 f.Kr e. Penetration av koppar från öst till Europa. I Babylon uppfanns vågar - ett verktyg för att mäta mängden guld och andra material. Prototypen för dem var oket av en tung lastare.

v 2000 - 1500 f.Kr e. I Egyptiska pyramider prover av glas och smidbart järn hittades.

v 1300 - 1000 f.Kr e. I Antikens Grekland koppar, järn, tenn, bly, härdning av stål och effekten av gödsel som gödsel är kända.

v 1:a århundradet före Kristus e. I dikten "On the Nature of Things" av Lucretius Cara kontrasteras osynliga atomer med icke-existerande gudar, med hjälp av vilken all mångfald av fenomen i omvärlden förklaras, inklusive vindar och stormar, spridning av lukter , avdunstning och kondensering av vatten.

v 700 - 1000 Den arabiske alkemisten Jabir ibn Hayyan och hans anhängare, som ett resultat av misslyckade försök att omvandla oädla metaller till guld, använde kristallisation och filtrering för att rena kemiska ämnen; beskrev framställningen av svavelsyra, salpetersyra, ättiksyror och aqua regia (angav dess förmåga att lösa upp guld); beredd silvernitrat, sublimat, ammoniak och vit arsenik (arseniksyra).

v 1000 - 1200 I The Book of the Scales of Wisdom ger den arabiska vetenskapsmannen Al-Kazini den specifika vikten av 50 olika ämnen. I "Hemligheternas bok" klassificerar Abu ar-Razi för första gången alla ämnen i jordnära (mineral), växter och djur; kalcinering (rostning) av metaller och andra ämnen, upplösning, sublimering, smältning, destillation, algamation, kondensation etc. beskrivs.

v 1280. Arnaldo från Villanovan beskrev beredningen av eteriska oljor.

v 1300 - 1400 munken Berthold Schwarz är krediterad för uppfinningen av krut (i Europa). (I Kina var krutet känt i början av vår tideräkning).

v 1452 - 1519 Den store italienske konstnären Leonardo da Vinci bevisar genom att bränna ett ljus under ett kärl som välter över vatten att luften förbrukas under förbränning, men inte all.

v XVI-talet Alkemisten Vasily Valentin beskrev i sin avhandling "The Triumphal Chariot of Antimony" saltsyra, antimon, vismut (beredning och egenskaper); idéer har utvecklats om att metaller består av tre "principer": kvicksilver, svavel och salt.

v 1493 - 1541 Paracelsus förvandlar alkemi till iatrokemi, och tror att kemins huvuduppgift är att tjäna medicin genom att producera mediciner. Från honom kommer den första, upprepade upprepade observationen att förbränning kräver luft, och metaller, när de omvandlas till våg, ökar sin vikt.

v 1556. G. Agricolas arbete "12 böcker om metaller" sammanfattar information om malmer, mineraler och metaller; metallurgiska processer och gruvdriftens krångligheter beskrivs i detalj; Metallernas taxonomi enligt yttre egenskaper anges.

v 1586 - 1592 G. Galileo designade hydrostatiska vågar för att bestämma densiteten av fasta ämnen (1586) och uppfann en termometer (1592).

URSPRUNGET TILL VETENSKAPLIG KEMI

v 1660 - 65 R. Boyle formulerade i boken "The Skeptical Chemist" kemins huvuduppgift (studiet av olika kroppars sammansättning, sökandet efter nya grundämnen), utvecklade begreppet "kemiskt element" och betonade vikten av den experimentella metoden i kemi. Han introducerade termen "analys" i relation till kemisk forskning, fastställde den omvända proportionaliteten mellan luftvolym och tryck och använde indikatorer för att bestämma syror och baser.

v 1668. O. Tahenius introducerade begreppet salt som en produkt av växelverkan mellan en syra och en alkali.

v 1669. H. Brandt isolerade fosfor som en produkt av destillering av urin (den första daterade upptäckten av grundämnet).

v 1675. N. Lemery definierade kemi som konsten att ”separera olika ämnen som finns i blandade kroppar" (mineral, växt och djur).

v 1676. E. Marriott uttryckte luftvolymens beroende av tryck.

v 1707. I. Betger fick vit fosfor.

v 1721. I. Henkel erhöll metallisk zink.

v 1722. F. Hoffman beskrev produktionen av svavelväte.

v 1723. G. Stahl föreslog teorin om flogiston som den materiella principen om brännbarhet.

v 1724. D. Fahrenheit upptäckte vattnets kokpunkts beroende av tryck och fenomenet underkylning av vatten.

v 1730 - 33 R. Reaumur uppfann alkoholtermometern (1730). Han visade att lösningar av olika sammansättning har olika densiteter (1733).

v 1735. G. Brandt upptäckte kobolt.

v 1741 - 50 M.V. Lomonosov definierade grundämnet (atomen), blodkroppen (molekylen), enkla och blandade ämnen och började utveckla sin korpuskulära teori (1741). Formulerade de grundläggande principerna för den molekylära kinetiska teorin om värme (1744) Upptäckte lagen om bevarande av massa av ämnen (1745). Observerade fenomenet passivering av metaller i konc. HNO3

v 1751. A. Kronstedt upptäckte nickel.

v 1757. D. Blake visade att koldioxid frigörs under jäsningen.

v 1763. M. V. Lomonosov beskrev grunderna för gruvdrift och analyskonst, beskrev metoder för att erhålla metaller från malmer.

v 1766. G. Cavendish upptäckte väte.

v 1768. A. Baume uppfann en anordning för att bestämma densiteter av vätskor - en hydrometer.

v 1772. D. Rutherford upptäckte kväve.

v 1772 - 73 J. Priestley upptäckte väteklorid, "skrattgas" (N 2 O) (1772), syre ("dephlogisticated air") och beskrev ammoniakens egenskaper (1773).

v 1774. A. Lavoisier föreslog att atmosfärisk luft har komplex sammansättning. K. Scheele upptäckte mangan, barium och beskrev egenskaperna hos klor.

v 1775 - 77 A. Lavoisier (oberoende av J. Priestley) upptäckte syre, beskrev dess egenskaper och formulerade grunderna för syreteorin om förbränning.

v 1778 - 81 K. Scheele upptäckte molybden, volfram; fått glycerin, mjölksyra, cyanvätesyra och acetaldehyd.

v 1781. G. Cavendish visade att förbränning av väte ger vatten.

v 1782. J. Müller von Reichenstein upptäckte tellur.

v 1785. T. E. Lovitz upptäckte fenomenet adsorption av träkol från lösningar.

v 1787. A. Crawford och W. Cruikshank upptäckte strontium. J. Charles upprättade en ekvation för gastryckets beroende av temperaturen.

v 1789. M. Klaproth upptäckte zirkonium och uran.I. Richter formulerade lagen om ekvivalenter.

v 1794. Yu Gadolin upptäckte yttrium, vilket markerade början på kemin av sällsynta jordartsmetaller.

v 1796. S. Tennart och W. Wollaston bevisade att diamant består av kol.

v 1797. L. Vauquelin upptäckte krom.

v 1798. T. E. Lovitz introducerade begreppet en övermättad lösning.

v 1800. W. Nicholson och A. Carlyle utförde elektrolysen av vatten.