Расшифровка генома человека – важнейшее событие в молекулярной биологии ХХв. Рождение геномики и протеомики

Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохи­мия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трак­товке природы гена. (В начале 40-х гг. впервые появился термин «молекулярная биология».)

В 1944 г. американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекуляр­ной биологии. Последовавшие в 1949—1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшиф­ровки в 1953 г. (Ф. Крик, Д. Уотсон) структуры ДНК, которая показа­ла, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоуд­воения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при пере­даче наследственных признаков.

Но расшифровка структуры молекулы ДНК была лишь первым шагом на пути выявления механизма наследственности и изменчи­вости. Далее за относительно непродолжительный срок времени были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена; теоретически решена проблема био­синтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для некоторых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; зало­жены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми тем­пами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий — выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт— наследственности, изменчивости, обме­не веществ и др.

Геномика — раздел молекулярной генетики, посвящённый изучению генома и генов живых организмов. Геномика сформировалась как особое направление в 1980—1990-х гг. вместе с возникновением первых проектов по секвенированию геномов некоторых видов живых организмов. Её развитие стало возможно не только благодаря совершенствованию биохимических методик, но и благодаря появлению более мощной вычислительной техники, которая позволила работать с огромными массивами данных. Протяженность геномов у живых организмов подчас измеряется миллиардами пар оснований. Например, объём генома человека составляет порядка 3 млрд пар оснований.

Структурная геномика — содержание и организация геномной информации. Имеет целью изучение генов с известной структурой для понимания их функции, а также определение пространственного строения максимального числа «ключевых» белковых молекул и его влияния на взаимодействия.

Функциональная геномика — реализация информации, записанной в геноме, от гена — к признаку.

Сравнительная геномика (эволюционная) — сравнительные исследования содержания и организации геномов разных организмов.

Получение полных последовательностей геномов позволило пролить свет на степень различий между геномами разных живых организмов. Ниже в таблице представлены предварительные данные о сходстве геномов разных организмов с геномом человека. Сходство дано в процентах (отражает долю пар оснований, идентичных у двух сравниваемых видов).

Протеомика — наука, основным предметом изучения которой являются белки, их функции и взаимодействия в живых организмах, в том числе — в человеческом. Основная задача протеомики — количественный анализ экспрессии белков в клетках в зависимости от их типа, состояния или влияния внешних условий. Протеомика осуществляет сравнительный анализ больших групп белков — от всех белков, вовлеченных в тот или иной биологический процесс до полного протеома.

Преимуществом протеомики перед геномикой является тот факт, что наличие какого-либо гена в геноме не означает, что с него производится транскрипция, а наличие транскрипта не означает, что с него происходит трансляция, а даже если происходит, то транскрипт не позволяет однозначно говорить о структуре белка, его созревании и локализации. Для ответа на эти вопросы и необходим арсенал современной протеомики.

Традиционно изучение белков являлось одним из разделов биохимии, но после определения структуры всей геномной ДНК человека и ряда других организмов у исследователей белков появились новые методы, с которыми и связывают появление в 1997 году нового термина протеомика (от протеин и геномика). В частности, появились исчерпывающие базы данных, содержащие последовательности всех белков человека, а также их протеолитических фрагментов, полученных в стандартных условиях. Это позволяет идентифицировать белки по молекулярной массе их фрагментов методом масс-спектрометрии. Поскольку протеомика оперирует большим объемом данных, для обработки которых требуются специализированные алгоритмы и большие вычислительные мощности, она тесно связана с биоинформатикой.

37.Основные подходы к определению того «Что такое жизнь?» в современной науке.

Имеется большое число определений понятия «жизнь», отражающих различные подходы. Многочисленные определения сущности жизни можно свести к трем основным. Согласно первому подходу, жизнь определяется носителем её свойств (например, белком); согласно второму подходу, жизнь рассматривают как совокупность специфических физико-химических процессов. И, наконец, третий подход — определить минимально возможный набор обязательных свойств, без которых никакая жизнь невозможна.

Фридрих Энгельс дал следующее определение: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка».

Жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение молекулярной структуры.

Русский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот»

Согласно взглядам одного из основоположников танатологии М. Биша, жизнь — это совокупность явлений, сопротивляющихся смерти.

С точки зрения второго начала термодинамики, жизнь — это процесс, или система, вектор развития которой противоположен по направлению остальным, «неживым» объектам вселенной, и направлен на уменьшение собственной энтропии (см. Тепловая смерть).

В. Н. Пармон дал следующее определение: «Жизнь — это фазово-обособленная форма существования функционирующих автокатализаторов, способных к химическим мутациям и претерпевших достаточно длительную эволюцию за счёт естественного отбора».

Существуют также кибернетические определения жизни. По определению А. А. Ляпунова, жизнь — это «высокоустойчивое состояние вещества, использующее для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул».