Biolog molecular de profesie. Metode de biologie moleculară și biotehnologie moleculară. Transfer ARN-uri și sinteza genelor

Progresele în studiul acizilor nucleici și al biosintezei proteinelor au condus la crearea unui număr de metode de mare importanță practică în medicină, agricultură și o serie de alte industrii.

După ce au fost studiate codul genetic și principiile de bază ale stocării și implementării informațiilor ereditare, dezvoltarea biologiei moleculare a ajuns într-un impas, deoarece nu existau metode care să facă posibilă manipularea genelor, izolarea și schimbarea acestora. Apariția acestor metode a avut loc în anii 1970-1980. Aceasta a dat un impuls puternic dezvoltării acestui domeniu al științei, care înflorește și astăzi. În primul rând, aceste metode vizează obținerea de gene individuale și introducerea lor în celulele altor organisme (clonarea moleculară și transgeneza, PCR), precum și metodele de determinare a secvenței nucleotidelor din gene (secvențierea ADN și ARN). Aceste metode vor fi discutate mai detaliat mai jos. Vom începe cu cea mai simplă metodă de bază, electroforeza, apoi vom trece la metode mai complexe.

ELECTROFOREZA ADN-ului

Este metoda de bază de lucru cu ADN, care este folosită împreună cu aproape toate celelalte metode pentru a izola moleculele dorite și a analiza rezultatele. Electroforeza pe gel este utilizată pentru a separa fragmentele de ADN după lungime. ADN-ul este un acid, moleculele sale conțin reziduuri de acid fosforic, care desprind un proton și capătă o sarcină negativă (Fig. 1).

Prin urmare, într-un câmp electric, moleculele de ADN se deplasează spre anod - un electrod încărcat pozitiv. Acest lucru se întâmplă într-o soluție de electrolit care conține ioni purtători de sarcină, datorită cărora această soluție conduce curentul. Pentru a separa fragmentele, se folosește un gel dens din polimeri (agaroză sau poliacrilamidă). Moleculele de ADN se „încurcă” în ea cu atât mai mult, cu atât sunt mai lungi și, prin urmare, cele mai lungi molecule se mișcă cel mai încet, iar cele mai scurte - cel mai rapid (Fig. 2). Înainte sau după electroforeză, gelul este tratat cu coloranți care se leagă de ADN și fluoresc în lumină ultravioletă și se obține un model de benzi în gel (vezi Fig. 3). Pentru a determina lungimile fragmentelor de ADN dintr-o probă, acestea sunt comparate cu un marker, adică un set de fragmente de lungimi standard depuse în paralel pe același gel (Fig. 4).

Cele mai importante instrumente pentru lucrul cu ADN-ul sunt enzimele care efectuează transformări ADN-ului în celulele vii: ADN polimeraze, ADN ligaze și endonucleaze de restricție sau enzime de restricție. ADN polimeraza Se realizează sinteza șablonului ADN, care permite propagarea ADN-ului într-o eprubetă. ADN ligaze coase moleculele de ADN împreună sau vindecă golurile din ele. Endonucleaze de restricție, sau restrictaze, tăiați moleculele de ADN în funcție de secvențe strict definite, ceea ce vă permite să decupați fragmente individuale din masa totală de ADN. Aceste fragmente pot conține în unele cazuri gene individuale.

restrictaze

Secvențele recunoscute de enzimele de restricție sunt simetrice, iar rupturile pot apărea la mijlocul unei astfel de secvențe sau cu o deplasare (în același loc în ambele catene de ADN). Schema de actiune tipuri diferite restrictaza este prezentată în fig. 1. În primul caz se obțin așa-numitele capete „tocite”, iar în al doilea - capete „lipioase”. În cazul capetelor „lipicioase” ale fundului, lanțul este mai scurt decât celălalt, se formează o secțiune monocatenară cu o secvență simetrică care este aceeași la ambele capete formate.

Secvențele finale vor fi aceleași atunci când orice ADN este scindat cu o enzimă de restricție dată și pot fi reunite deoarece au secvențe complementare. Pot fi ligați cu ADN ligază pentru a forma o singură moleculă. Astfel, este posibil să combinați fragmente din două ADN diferite și să obțineți așa-numitul ADN recombinat. Această abordare este utilizată în metoda clonării moleculare, care face posibilă obținerea de gene individuale și introducerea lor în celule care pot forma proteina codificată în genă.

clonarea moleculară

Clonarea moleculară folosește două molecule de ADN - o inserție care conține gena de interes și vector- ADN care acționează ca purtător. Insertul este „cusut” in vector cu ajutorul enzimelor, obtinandu-se o noua molecula de ADN recombinant, apoi aceasta molecula este introdusa in celulele gazda, iar aceste celule formeaza colonii pe un mediu nutritiv. O colonie este descendentul unei celule, adică o clonă, toate celulele coloniei sunt identice genetic și conțin același ADN recombinant. De aici și termenul de „clonare moleculară”, adică obținerea unei clone de celule care conține un fragment de ADN de interes pentru noi. După ce sunt obținute coloniile care conțin insertul care ne interesează, este posibil să se caracterizeze acest insert prin diferite metode, de exemplu, pentru a determina secvența exactă a acestuia. Celulele pot produce, de asemenea, proteina codificată de insert dacă aceasta conține o genă funcțională.

Când o moleculă recombinantă este introdusă în celule, are loc transformarea genetică a acestor celule. Transformare- procesul de absorbție de către o celulă a unui organism a unei molecule de ADN liber din mediu și integrarea acesteia în genom, ceea ce duce la apariția într-o astfel de celulă de noi trăsături ereditare pentru aceasta, caracteristice organismului-donator de ADN . De exemplu, dacă molecula introdusă conține o genă de rezistență la antibioticul ampicilină, atunci bacteriile transformate vor crește în prezența acesteia. Înainte de transformare, ampicilina le-a provocat moartea, adică un nou semn apare în celulele transformate.

VECTORI

Un vector trebuie să aibă un număr de proprietăți:

În primul rând, este o moleculă de ADN relativ mică, care poate fi manipulată cu ușurință.

În al doilea rând, pentru ca ADN-ul să fie conservat și reprodus într-o celulă, acesta trebuie să conțină o anumită secvență care să îi asigure replicarea (originea replicării, sau originea replicării).

În al treilea rând, trebuie să conțină gena marker, care asigură selecția doar a acelor celule în care a intrat vectorul. De obicei, acestea sunt gene de rezistență la antibiotice - apoi, în prezența unui antibiotic, toate celulele care nu conțin vectorul mor.

Clonarea genelor se realizează cel mai adesea în celulele bacteriene, deoarece acestea sunt ușor de cultivat și se înmulțesc rapid. Într-o celulă bacteriană, există de obicei o moleculă circulară mare de ADN, lungă de câteva milioane de perechi de baze, care conține toate genele necesare bacteriilor - cromozomul bacterian. Pe lângă aceasta, în unele bacterii există mici (câteva mii de perechi de baze) ADN circular, numit plasmide(Fig. 2). Ele, ca și ADN-ul principal, conțin o secvență de nucleotide care oferă capacitatea ADN-ului de a se replica (ori). Plasmidele se replic independent de ADN-ul principal (cromozomial), prin urmare sunt prezente în celula din în număr mare copii. Multe dintre aceste plasmide poartă gene de rezistență la antibiotice, ceea ce face posibilă distingerea celulelor care poartă plasmida de celulele normale. Mai frecvent, sunt utilizate plasmide care poartă două gene care conferă rezistență la două antibiotice, cum ar fi tetraciclina și amicilina. Exista metode simple izolarea unui astfel de ADN plasmidic liber de ADN-ul cromozomului principal al bacteriei.

SEMNIFICAȚIA TRANSGENEZEI

Se numește transferul de gene de la un organism la altul transgenezași astfel de organisme modificate - transgenic. Metoda de transfer de gene în celulele microbiene este utilizată pentru a obține preparate de proteine recombinante pentru medicină, în special, proteine umane care nu provoacă respingere imună - interferoni, insulină și alți hormoni proteici, factori de creștere celulară, precum și proteine pentru producerea de vaccinuri. În cazuri mai complexe, când modificarea proteinelor este efectuată corect numai în celulele eucariote, se folosesc culturi de celule transgenice sau animale transgenice, în special animale (în primul rând capre), care secretă proteinele necesare în lapte sau proteinele sunt izolate din sângele lor. . Așa se obțin anticorpii, factorii de coagulare a sângelui și alte proteine. Metoda transgenezei produce plante cultivate care sunt rezistente la erbicide și dăunători și au alte proprietăți utile. Folosind microorganisme transgenice pentru a purifica apele uzate și a lupta împotriva poluării, există chiar și microbi transgenici care pot descompune petrolul. În plus, tehnologiile transgenice sunt indispensabile în cercetare științifică- dezvoltarea biologiei de astăzi este de neconceput fără utilizarea de rutină a metodelor de modificare și transfer de gene.

tehnologie de clonare moleculară

inserții

Pentru a obține o genă individuală din orice organism, tot ADN-ul cromozomial este izolat din acesta și scindat cu una sau două enzime de restricție. Enzimele sunt selectate astfel încât să nu taie gena care ne interesează, ci să facă rupturi de-a lungul marginilor ei, iar în ADN-ul plasmidic să facă o ruptură într-una dintre genele de rezistență, de exemplu, la ampicilină.

Procesul de clonare moleculară include următorii pași:

Tăiere și cusătură - construcția unei singure molecule recombinante dintr-o inserție și un vector.

Transformarea este introducerea unei molecule recombinante în celule.

Selecție - selecție de celule care au primit un vector cu o inserție.

taierea si cusatura

ADN-ul plasmidic este tratat cu aceleași enzime de restricție și se transformă într-o moleculă liniară dacă este selectată o astfel de enzimă de restricție care introduce 1 ruptură în plasmidă. Ca urmare, aceleași capete lipicioase apar la capetele tuturor fragmentelor de ADN rezultate. Pe măsură ce temperatura scade, aceste capete se unesc aleatoriu și sunt legate cu ADN ligază (vezi Fig. 3).

Se obține un amestec de ADN-uri circulare de compoziție diferită: unele dintre ele vor conține o anumită secvență de ADN cromozomială conectată la ADN-ul bacterian, altele vor conține fragmente de ADN cromozomial unite, iar altele vor conține o plasmidă circulară redusă sau dimerul acesteia. (Fig. 4).

transformare

Apoi, acest amestec este efectuat transformare genetică bacterii care nu contin plasmide. Transformare- procesul de absorbție de către o celulă a unui organism a unei molecule de ADN liber din mediu și integrarea acesteia în genom, ceea ce duce la apariția într-o astfel de celulă de noi trăsături ereditare pentru aceasta, caracteristice organismului-donator de ADN . Doar o plasmidă poate intra și se poate multiplica în fiecare celulă. Astfel de celule sunt plasate pe un mediu nutritiv solid care conține antibioticul tetraciclină. Celulele care nu au primit plasmida nu vor crește pe acest mediu, iar celulele care poartă plasmida formează colonii, fiecare dintre acestea conținând descendenții unei singure celule, adică. toate celulele dintr-o colonie poartă aceeași plasmidă (vezi Fig. 5).

Selecţie

În continuare, sarcina este de a izola numai celulele în care a intrat vectorul cu inserția și de a le distinge de celulele care poartă doar vectorul fără inserție sau care nu poartă vectorul deloc. Acest proces de selectare a celulelor potrivite este numit selecţie. Pentru aceasta, aplicați markeri selectivi- de obicei gene de rezistență la antibiotice în vector, și medii selective care conțin antibiotice sau alte substanțe selective.

În exemplul pe care îl luăm în considerare, celulele din coloniile crescute în prezența ampicilinei sunt subcultivate pe două medii: primul conține ampicilină, iar al doilea conține tetraciclină. Coloniile care conțin doar plasmida vor crește pe ambele medii, în timp ce coloniile care conțin ADN cromozomial inserat în plasmide nu vor crește pe mediul cu tetraciclină (Fig. 5). Dintre acestea, cele care conțin gena care ne interesează sunt selectate prin metode speciale, crescute în cantități suficiente, iar ADN-ul plasmidic este izolat. Din aceasta, folosind aceleași restrictaze care au fost folosite pentru a obține ADN recombinant, gena individuală de interes este tăiată. ADN-ul acestei gene poate fi folosit pentru a determina secvența de nucleotide, poate fi introdus în orice organism pentru a obține noi proprietăți sau pentru a sintetiza proteina dorită. Această metodă de izolare a genelor se numește clonarea moleculară.

PROTEINE FLUORESCENTE

Este foarte convenabil să folosiți proteine fluorescente ca gene marker în studiile organismelor eucariote. Gena pentru prima proteină fluorescentă, proteină verde fluorescentă (GFP) a fost izolat din meduza Aqeuorea victoria și introdus în diferite organisme model (vezi Fig. 6) În 2008, O. Shimomura, M. Chalfi și R. Tsien au primit Premiul Nobel pentru descoperirea și aplicarea acestei proteine.

Apoi au fost izolate genele pentru alte proteine fluorescente - roșu, albastru, galben. Aceste gene au fost modificate artificial pentru a produce proteine cu proprietățile dorite. Diversitatea proteinelor fluorescente este prezentată în fig. 7, care prezintă o placă Petri cu bacterii care conțin gene pentru diferite proteine fluorescente.

aplicarea proteinelor fluorescente

Gena proteinei fluorescente poate fi fuzionată cu gena oricărei alte proteine, apoi în timpul translației se va forma o singură proteină - o proteină de fuziune translațională sau fuziune(proteina de fuziune), care are fluorescență. Astfel, este posibil să se studieze, de exemplu, localizarea (locația) oricăror proteine de interes în celulă, mișcarea acestora. Exprimând proteine fluorescente numai în anumite tipuri de celule, este posibil să se eticheteze celulele de aceste tipuri în organism pluricelular(vezi Fig. 8 - creierul de șoarece, în care neuronii individuali au culori diferite datorită unei anumite combinații de gene proteice fluorescente). Proteinele fluorescente sunt un instrument indispensabil în biologia moleculară modernă.

PCR

O altă metodă de obținere a genelor se numește reacția în lanț a polimerazei (PCR). Se bazează pe capacitatea ADN polimerazelor de a completa a doua catenă de ADN de-a lungul catenei complementare, așa cum se întâmplă în celule în timpul replicării ADN-ului.

Originile replicării în această metodă sunt date de două bucăți mici de ADN numite seminte, sau grunduri. Acești primeri sunt complementari capetelor genei de interes de pe două catene de ADN. În primul rând, ADN-ul cromozomial din care urmează să fie izolată gena este amestecat cu semințe și încălzit la 99 ° C. Acest lucru duce la ruperea legăturilor de hidrogen și la divergența catenelor de ADN. După aceea, temperatura este coborâtă la 50-70 aproximativ C (în funcție de lungimea și succesiunea semințelor). În aceste condiții, primerii sunt atașați de regiuni complementare ale ADN-ului cromozomial, formând o dublă helix regulată (vezi Fig. 9). După aceea, se adaugă un amestec din toate cele patru nucleotide necesare pentru sinteza ADN-ului și ADN polimeraza. Enzima alungește primerii prin construirea de ADN dublu catenar din punctul de atașare a primerilor, adică. de la capetele unei gene până la capătul unei molecule de cromozom monocatenar.

Dacă amestecul este acum încălzit din nou, lanțurile cromozomiale și cele nou sintetizate se vor dispersa. După răcire, li se vor alătura din nou semințele, care sunt luate în exces mare (vezi Fig. 10).

Pe lanțurile nou sintetizate, acestea se vor uni nu la capătul de la care a început prima sinteză, ci la cel opus, deoarece lanțurile de ADN sunt antiparalele. Prin urmare, în al doilea ciclu de sinteză, numai secvența corespunzătoare genei va fi completată pe astfel de lanțuri (vezi Fig. 11).

Această metodă utilizează ADN polimeraza din bacterii termofile care pot rezista la fierbere și funcționează la temperaturi de 70-80 ° C, nu trebuie adăugată de fiecare dată, dar este suficient să o adăugați la începutul experimentului. Repetând procedurile de încălzire și răcire în aceeași secvență, putem dubla numărul de secvențe din fiecare ciclu, delimitat la ambele capete de semințele introduse (vezi Fig. 12).

După aproximativ 25 de astfel de cicluri, numărul de copii ale genei va crește de peste un milion de ori. Astfel de cantități pot fi ușor separate de ADN-ul cromozomial introdus în eprubetă și utilizate în diverse scopuri.

Secvențierea ADN-ului

O altă realizare importantă este dezvoltarea metodelor de determinare a secvenței nucleotidelor din ADN - Secvențierea ADN-ului(din engleză sequence - sequence). Pentru a face acest lucru, este necesar să obțineți gene pure din alt ADN folosind una dintre metodele descrise. Apoi lanțurile de ADN sunt separate prin încălzire și li se adaugă un primer marcat cu fosfor radioactiv sau o etichetă fluorescentă. Vă rugăm să rețineți că se ia o sămânță, complementară unui lanț. Apoi se adaugă ADN polimeraza și un amestec de 4 nucleotide. Un astfel de amestec este împărțit în 4 părți și la fiecare se adaugă una dintre nucleotide, modificată astfel încât să nu conțină o grupare hidroxil pe al treilea atom de deoxiriboză. Dacă o astfel de nucleotidă este inclusă în lanțul de ADN sintetizat, atunci alungirea sa nu va putea continua, deoarece polimeraza nu va avea de unde să atașeze următoarea nucleotidă. Prin urmare, sinteza ADN-ului după includerea unei astfel de nucleotide este întreruptă. Aceste nucleotide, numite dideoxinucleotide, sunt adăugate mult mai puțin decât de obicei, astfel încât terminarea lanțului are loc doar ocazional și în fiecare lanț în locuri diferite. Rezultatul este un amestec de lanțuri de lungimi diferite, fiecare având aceeași nucleotidă la capăt. Astfel, lungimea lanțului corespunde numărului de nucleotide din secvența studiată, de exemplu, dacă am avut o adenil dideoxinucleotidă, iar lanțurile rezultate aveau lungimea de 2, 7 și 12 nucleotide, atunci adenina se afla în pozițiile a doua, a șaptea și a douăsprezecea în gena. Amestecul rezultat de lanțuri poate fi ușor separat după dimensiune folosind electroforeză, iar lanțurile sintetizate pot fi identificate prin radioactivitate pe film cu raze X (vezi Fig. 10).

Se pare că imaginea din partea de jos a imaginii, numită radioautograf. Deplasându-ne de jos în sus și citind litera de deasupra coloanelor fiecărei zone, vom obține secvența de nucleotide prezentată în figura din dreapta autografului. S-a dovedit că sinteza este oprită nu numai de dideoxinucleotide, ci și de nucleotide în care o grupare chimică, de exemplu, un colorant fluorescent, este atașată la a treia poziție a zahărului. Dacă fiecare nucleotidă este marcată cu propriul colorant, atunci zonele obținute prin separarea lanțurilor sintetizate vor străluci cu o lumină diferită. Acest lucru face posibilă efectuarea reacției într-o eprubetă simultan pentru toate nucleotidele și, prin separarea lanțurilor rezultate după lungime, identificarea nucleotidelor după culoare (vezi Fig. 11).

Astfel de metode au făcut posibilă determinarea secvențelor nu numai ale genelor individuale, ci și citirea genomilor întregi. Au fost dezvoltate acum metode și mai rapide pentru determinarea secvențelor de nucleotide din gene. Dacă primul genom uman a fost descifrat de un mare consorțiu internațional folosind prima metodă dată în 12 ani, a doua, folosind a doua, în trei ani, acum acest lucru se poate face într-o lună. Acest lucru vă permite să preziceți predispoziția unei persoane la multe boli și să luați măsuri în avans pentru a le evita.

Biologia moleculară a cunoscut o perioadă de dezvoltare rapidă a propriilor metode de cercetare, care acum diferă de biochimie. Acestea includ, în special, metode de inginerie genetică, clonare, expresie artificială și knockout genetic. Deoarece ADN-ul este purtătorul material al informațiilor genetice, biologia moleculară a devenit mult mai aproape de genetică, iar genetica moleculară s-a format la joncțiune, care este atât o secțiune a geneticii, cât și a biologiei moleculare. La fel cum biologia moleculară folosește pe scară largă virușii ca instrument de cercetare, virologia folosește metodele biologiei moleculare pentru a-și rezolva problemele. Pentru analiză informatii genetice este implicată tehnologia informatică, în legătură cu care au apărut noi domenii ale geneticii moleculare, care sunt uneori considerate discipline speciale: bioinformatica, genomica și proteomica.

Istoria dezvoltării

Această descoperire fundamentală a fost pregătită printr-o fază lungă de cercetare în genetica și biochimia virusurilor și bacteriilor.

În 1928, Frederick Griffith a arătat pentru prima dată că un extract de bacterii patogene ucise de căldură ar putea transfera trăsătura de patogenitate către bacteriile benigne. Studiul transformării bacteriene a condus în continuare la purificarea agentului bolii, care, contrar așteptărilor, s-a dovedit a fi nu o proteină, ci un acid nucleic. Acidul nucleic în sine nu este periculos, purtând doar genele care determină patogenitatea și alte proprietăți ale microorganismului.

În anii 50 ai secolului XX, s-a demonstrat că bacteriile au un proces sexual primitiv, sunt capabile să schimbe ADN extracromozomial, plasmide. Descoperirea plasmidelor, precum și transformările, au stat la baza tehnologiei plasmidelor comune în biologia moleculară. O altă descoperire importantă pentru metodologie a fost descoperirea la începutul secolului al XX-lea a virusurilor bacteriene, bacteriofage. Fagii pot transfera, de asemenea, material genetic de la o celulă bacteriană la alta. Infecția bacteriilor de către fagi duce la o modificare a compoziției ARN bacterian. Dacă, fără fagi, compoziția ARN-ului este similară cu compoziția ADN-ului bacterian, atunci după infecție, ARN-ul devine mai asemănător cu ADN-ul bacteriofag. Astfel, s-a constatat că structura ARN-ului este determinată de structura ADN-ului. La rândul său, rata sintezei proteinelor în celule depinde de cantitatea de complexe ARN-proteină. Așa a fost formulat Dogma centrală a biologiei moleculare: ADN ↔ ARN → proteină.

Dezvoltarea ulterioară a biologiei moleculare a fost însoțită atât de dezvoltarea metodologiei sale, în special de inventarea unei metode de determinare a secvenței de nucleotide a ADN-ului (W. Gilbert și F. Sanger, Premiul Nobel pentru Chimie în 1980), cât și de noi descoperiri în domeniul cercetării în structura și funcționarea genelor (vezi. Istoria geneticii). LA începutul lui XXI secolului, s-au obținut date privind structura primară a întregului ADN uman și a unui număr de alte organisme, cele mai importante pentru medicină, agricultură și cercetarea științifică, ceea ce a dus la apariția mai multor domenii noi în biologie: genomica, bioinformatica etc.

Vezi si

biologie moleculară (jurnal)
Transcriptomica
Paleontologie moleculară
EMBO - Organizația Europeană pentru Biologie Moleculară

Literatură

Cântărețul M., Berg P. Gene și genoame. - Moscova, 1998.
Stent G., Kalindar R. Genetica moleculara. - Moscova, 1981.
Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Clonarea moleculară. - 1989.
Patrushev L.I. Exprimarea genelor. - M.: Nauka, 2000. - 000 p., ill. ISBN 5-02-001890-2

Legături

Fundația Wikimedia. 2010 .

Districtul Ardatovsky din regiunea Nijni Novgorod
Districtul Arzamas din regiunea Nijni Novgorod

Vedeți ce este „Biologie moleculară” în alte dicționare:

BIOLOGIE MOLECULARA- studiază elementele de bază. proprietăţile şi manifestările vieţii la nivel molecular. Cele mai importante direcții în M. b. sunt studii privind organizarea structurală și funcțională a aparatului genetic al celulelor și mecanismul de implementare a informațiilor ereditare ... ... Dicționar enciclopedic biologic

BIOLOGIE MOLECULARA- explorează proprietățile și manifestările de bază ale vieții la nivel molecular. Afla cum și în ce măsură creșterea și dezvoltarea organismelor, stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, conversia energiei în celulele vii și alte fenomene se datorează ... Dicţionar enciclopedic mare

BIOLOGIE MOLECULARA Enciclopedia modernă

BIOLOGIE MOLECULARA- BIOLOGIA MOLECULARA, studiul biologic al structurii si functiei MOLECULELOR care alcatuiesc organismele vii. Principalele domenii de studiu sunt fizice și Proprietăți chimice proteinele și ACIZI NUCLEICI precum ADN-ul. Vezi si… … Dicționar enciclopedic științific și tehnic

biologie moleculara- o secțiune de biol., care explorează proprietățile și manifestările de bază ale vieții la nivel molecular. Afla cum și în ce măsură creșterea și dezvoltarea organismelor, stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, conversia energiei în celulele vii și ... ... Dicţionar de microbiologie

biologie moleculara- — Subiecte de biotehnologie EN biologie moleculară … Manualul Traducătorului Tehnic

Biologie moleculara- BIOLOGIA MOLECULARA, exploreaza proprietatile si manifestarile de baza ale vietii la nivel molecular. Afla cum și în ce măsură creșterea și dezvoltarea organismelor, stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, conversia energiei în celulele vii și ... ... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

Biologie moleculara- o știință care își pune ca sarcină cunoașterea naturii fenomenelor vieții prin studierea obiectelor și sistemelor biologice la un nivel apropiat de nivelul molecular, și în unele cazuri atingând această limită. Scopul final al acestui lucru este…… Marea Enciclopedie Sovietică

BIOLOGIE MOLECULARA- studiază fenomenele vieții la nivelul macromoleculelor (cap. arr. proteine și acizi nucleici) în structurile libere de celule (ribozomi etc.), în virusuri, dar și în celule. scopul lui M. stabilirea rolului și mecanismului de funcționare a acestor macromolecule pe baza ...... Enciclopedia chimică

biologie moleculara- explorează proprietățile și manifestările de bază ale vieții la nivel molecular. Afla cum și în ce măsură creșterea și dezvoltarea organismelor, stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, conversia energiei în celulele vii și alte fenomene ... ... Dicţionar enciclopedic

Cărți

Biologia moleculară a celulei. Cartea cu probleme, J. Wilson, T. Hunt. Cartea autorilor americani este o anexă la ediția a 2-a a manualului `Biologia moleculară a celulei` de B. Alberts, D. Bray, J. Lewis și alții.Conține întrebări și sarcini, al căror scop este aprofundarea . ..

Biologie moleculara / mə lɛ LaJʊ ler / este o ramură a biologiei care se ocupă de baza moleculară activitate biologicăîntre biomolecule în diverse sisteme celule, inclusiv interacțiunile dintre ADN, ARN, proteine și biosinteza acestora și reglarea acestor interacțiuni. Înregistrare în naturăîn 1961, Astbury a descris biologia moleculară:

Nu atât o tehnică cât o abordare, o abordare din punctul de vedere al așa-zisului stiinte fundamentale cu ideea principală de a căuta mai jos manifestările la scară largă ale biologiei clasice pentru planul molecular corespunzător. Este preocupat, în special, de forme molecule biologice și [...] predominant tridimensionale și structurale – ceea ce nu înseamnă însă că aceasta este doar o rafinare a morfologiei. El trebuie să investigheze în același timp geneza și funcția.

Relația cu alte științe biologice

Cercetătorii din domeniul biologiei moleculare folosesc metodele specifice de creștere a biologiei moleculare, dar din ce în ce mai mulți le combină cu metode și idei din genetică și biochimie. Nu există o linie definită între aceste discipline. Acest lucru este prezentat în următoarea diagramă, care ilustrează un posibil tip de relație între câmpuri:

Biochimie este studiul substanțe chimiceși procesele vitale care au loc în organismele vii. Biochimiștilor le este greu să se concentreze asupra rolului, funcției și structurii biomoleculelor. Studiind Chimie pentru procese biologice iar sinteza de molecule biologic active sunt exemple de biochimie.
Genetica este studiul influenței diferențelor genetice în organisme. Acest lucru poate fi adesea dedus prin absența unei componente normale (de exemplu, o singură genă). Studiul „mutanților” - organisme care au una sau mai multe componente funcționale în raport cu așa-numitul „tip sălbatic” sau fenotip normal. Interacțiunile genetice (epistazis) sunt adesea confundate prin interpretări simple ale unor astfel de studii „knockout”.
Biologie moleculara este studiul bazei moleculare a proceselor de replicare, transcriere, translație și funcție celulară. Dogma centrală a biologiei moleculare, în care materialul genetic este transcris în ARN și apoi tradus în proteine, în ciuda faptului că este prea simplificat, oferă încă un bun punct de plecare pentru înțelegerea domeniului. Imaginea a fost revizuită în lumina noilor roluri emergente pentru ARN.

Metode de biologie moleculară

Clonarea moleculară

Una dintre cele mai de bază tehnici de biologie moleculară pentru studierea funcției unei proteine este clonarea moleculară. În această tehnică, ADN-ul care codifică proteina de interes este donat utilizând reacția în lanț a polimerazei (PCR) și/sau enzime de restricție într-o plasmidă (un vector de expresie). Vectorul are 3 caracteristici distinctive: o origine de replicare, un site de clonare multiplă (MCS) și un marker selectabil, de obicei cu rezistență la antibiotice. Locurile de donare multiplă din amonte sunt regiunile promotorului și ale site-ului de pornire a transcripției care reglează expresia genei donate. Această plasmidă poate fi inserată fie în celule bacteriene, fie în celule animale. Introducerea ADN-ului în celule bacteriene poate fi realizată prin transformarea de absorbție a ADN-ului liber, conjugări de la celulă la celulă sau prin transducție cu un vector viral. Introducerea ADN-ului în celulele eucariote, cum ar fi celulele animale, prin mijloace fizice sau chimice se numește transfecție. Sunt disponibile mai multe metode diferite de transfecție, cum ar fi transfecția cu fosfat de calciu, electroporarea, microinjecția și transfecția lipozomală. Plasmida poate fi integrată în genom, rezultând o transfecție stabilă, sau poate rămâne independentă de genom, denumite tranzitorii de transfecție.

ADN-ul care codifică proteinele de interes este acum în interiorul celulei, iar proteinele pot fi acum exprimate. Sisteme diverse, cum ar fi promotorii inductibili și factorii specifici de semnalizare celulară care ajută la exprimarea interesului proteic la niveluri înalte. Cantități mari de proteină pot fi apoi extrase din celula bacteriană sau eucariotă. Proteina poate fi testată pentru activitatea enzimatică în diferite situații, proteina poate fi cristalizată astfel încât structura sa terțiară să fie studiată sau, în industria farmaceutică, activitatea noilor medicamente împotriva proteinei poate fi studiată.

reacția în lanț a polimerazei

Macromolecule-blotting și studiu

Termeni de Nord , vestȘi Oriental blotting iese din ceea ce a fost inițial o glumă de biologie moleculară care a jucat pe termen Southernnet, urmând tehnica descrisă de Edwin Southern pentru hibridizarea ADN-ului BLOTTED. Patricia Thomas, dezvoltatorul ARN blotting, care apoi a devenit cunoscut ca nordic - blotting, de fapt nu folosiți termenul.

Southern blot

Numit după inventatorul său, biologul Edwin Southern, Southern blot este o tehnică de examinare a prezenței unei secvențe specifice de ADN într-o probă de ADN. Probele de ADN înainte sau după digestiile cu enzima de restricție (enzima de restricție) sunt separate prin electroforeză pe gel și apoi transferate pe membrană prin blotting capilar. Membrana este apoi expusă la o sondă ADN marcată care are o secvență de baze complementară cu cea de pe ADN-ul de interes. Southern blotting este mai puțin utilizat în laboratorul științific datorită capacității altor metode, cum ar fi PCR, de a detecta secvențe specifice de ADN din probele de ADN. Aceste pete sunt încă utilizate pentru unele aplicații, totuși, cum ar fi măsurarea numărului de copii transgene la șoarecii transgenici sau în inginerie linii knock-out ale celulelor stem embrionare.

northern blotting

Diagrama Northern blot

East blotting

Cercetarea clinică și terapiile medicale care decurg din biologia moleculară sunt parțial acoperite de terapia genică. Aplicarea abordărilor biologiei moleculare sau a biologiei celulare moleculare în medicină se numește acum medicină moleculară. Biologia moleculară joacă, de asemenea, un rol important în înțelegerea educației, acțiunilor și reglementărilor. diverse părți celule care pot fi utilizate pentru a viza în mod eficient noi medicamente, diagnosticarea bolilor și înțelegerea fiziologiei celulare.

lectură în continuare

Cohen, SN, Chang, NKD, Boyer, H. & Heling, RB Construcția de plasmide bacteriene funcționale biologic in vitro .

Benzi desenate pentru concursul „bio/mol/text”: Astăzi, biologul molecular Test Tube vă va ghida prin lumea științei uimitoare - biologia moleculară! Vom începe cu o excursie istorică prin etapele dezvoltării sale, vom descrie principalele descoperiri și experimente din 1933. Și vom descrie, de asemenea, în mod clar principalele metode de biologie moleculară, care au făcut posibilă manipularea genelor, modificarea și izolarea acestora. Apariția acestor metode a servit ca un impuls puternic pentru dezvoltarea biologiei moleculare. Să ne amintim, de asemenea, rolul biotehnologiei și să atingem unul dintre cele mai populare subiecteîn acest domeniu - editarea genomului folosind sistemele CRISPR/Cas.

Sponsorul general al competiției și partenerul nominalizării Skoltech este .

Sponsorul competiției este compania Diaem: cel mai mare furnizor de echipamente, reactivi și consumabile pentru cercetare și producție biologică.

Compania a sponsorizat premiul Audience Choice Award.

Sponsorul „Carte” al competiției - „Alpina non-ficțiune”

1. Introducere. Esența biologiei moleculare

Studiază elementele de bază ale activității vitale a organismelor la nivelul macromoleculelor. Scopul biologiei moleculare este de a stabili rolul și mecanismele de funcționare ale acestor macromolecule pe baza cunoștințelor despre structurile și proprietățile lor.

Din punct de vedere istoric, biologia moleculară s-a format în timpul dezvoltării domeniilor biochimiei care studiază acizii nucleici și proteinele. În timp ce biochimia este studiul metabolismului, compoziție chimică celulele vii, organismele și procesele chimice desfășurate în ele, biologia moleculară se concentrează pe studiul mecanismelor de transmitere, reproducere și stocare a informațiilor genetice.

Și obiectul de studiu al biologiei moleculare îl reprezintă acizii nucleici înșiși - deoxiribonucleic (ADN), ribonucleic (ARN) - și proteinele, precum și complexele lor macromoleculare - cromozomi, ribozomi, sisteme multienzimatice care asigură biosinteza proteinelor și acizilor nucleici. De asemenea, biologia moleculară se învecinează cu obiectele de studiu și coincide parțial cu genetica moleculara, virologie, biochimie și o serie de alte științe biologice conexe.

2. Excursie istorică prin etapele dezvoltării biologiei moleculare

Ca zonă separată a biochimiei, biologia moleculară a început să se dezvolte în anii 30 ai secolului trecut. Chiar și atunci, a devenit necesară înțelegerea fenomenului vieții la nivel molecular pentru a studia procesele de transmitere și stocare a informațiilor genetice. Chiar în acel moment, sarcina biologiei moleculare a fost stabilită în studiul proprietăților, structurii și interacțiunii proteinelor și acizilor nucleici.

Termenul de „biologie moleculară” a fost folosit pentru prima dată în 1933 anul William Astbury în timpul studiului proteinelor fibrilare (colagen, fibrină din sânge, proteine musculare contractile). Astbury a studiat relația dintre structura moleculară și caracteristicile biologice, fizice ale acestor proteine. La începutul apariției biologiei moleculare, ARN-ul era considerat a fi o componentă numai a plantelor și ciupercilor, iar ADN-ul - doar animale. Si in 1935 Descoperirea ADN-ului de mazăre de către Andrei Belozersky a condus la stabilirea faptului că ADN-ul este conținut în fiecare celulă vie.

ÎN 1940 O realizare colosală a fost stabilirea de către George Beadle și Edward Tatham a unei relații cauzale între gene și proteine. Ipoteza oamenilor de știință „O genă – o enzimă” a stat la baza conceptului că structura specifică a unei proteine este reglementată de gene. Se crede că informația genetică este codificată de o secvență specială de nucleotide din ADN care reglează structura primară a proteinelor. Ulterior s-a dovedit că multe proteine au o structură cuaternară. Diferite lanțuri peptidice iau parte la formarea unor astfel de structuri. Pe baza acestui fapt, prevederea privind relația dintre o genă și o enzimă a fost oarecum transformată, iar acum sună ca „O genă - o polipeptidă”.

ÎN 1944 În 1999, biologul american Oswald Avery și colegii săi (Colin McLeod și McLean McCarthy) au demonstrat că substanța care provoacă transformarea bacteriilor este ADN-ul, nu proteinele. Experimentul a servit drept dovadă a rolului ADN-ului în transmiterea informațiilor ereditare, eliminând cunoștințele învechite despre natura proteică a genelor.

La începutul anilor 1950, Frederick Sanger a arătat că un lanț proteic este o secvență unică de reziduuri de aminoacizi. ÎN 1951 Și 1952 ani, omul de știință a determinat secvența completă a două lanțuri polipeptidice - insulina bovină ÎN(30 de resturi de aminoacizi) și A(respectiv 21 de resturi de aminoacizi).

Cam în același timp, în 1951–1953 Erwin Chargaff a formulat regulile pentru raportul bazelor azotate din ADN. Conform regulii, indiferent de diferențele de specii ale organismelor vii din ADN-ul lor, cantitatea de adenină (A) este egală cu cantitatea de timină (T), iar cantitatea de guanină (G) este egală cu cantitatea de citozină. (C).

ÎN 1953 an dovedit rol genetic ADN. James Watson și Francis Crick, pe baza radiografiei ADN-ului obținute de Rosalind Franklin și Maurice Wilkins, au stabilit structura spațială a ADN-ului și au prezentat o presupunere confirmată mai târziu cu privire la mecanismul de replicare (dublare) a acestuia, care stă la baza eredității.

1958 an - formarea dogmei centrale a biologiei moleculare de către Francis Crick: transferul informației genetice merge în direcția ADN → ARN → proteină.

Esența dogmei este că în celule există un anumit flux dirijat de informații din ADN, care, la rândul său, este textul genetic original, format din patru litere: A, T, G și C. Este scris în dublu helix ADN-ul sub formă de secvențe ale acestor litere - nucleotide.

Acest text este în curs de transcriere. Și procesul se numește transcriere. În timpul acestui proces, se sintetizează ARN, care este identic cu textul genetic, dar cu o diferență: în ARN, în loc de T, există U (uracil).

Acest ARN se numește ARN mesager (ARNm), sau matrice (ARNm). Difuzare ARNm este realizat folosind codul genetic sub formă de secvențe triplete de nucleotide. În timpul acestui proces, textul acizilor nucleici ADN și ARN este tradus dintr-un text de patru litere într-un text de douăzeci de litere de aminoacizi.

Există doar douăzeci de aminoacizi naturali și există patru litere în textul acizilor nucleici. Din acest motiv, există o traducere de la alfabetul de patru litere la alfabetul de douăzeci de litere prin intermediul cod genetic, în care fiecare trei nucleotide corespunde unui aminoacid. Deci, puteți face 64 de combinații întregi de trei litere din patru litere, în plus, există 20 de aminoacizi.De aici rezultă că codul genetic trebuie să aibă neapărat proprietatea de degenerescență. Totuși, la acea vreme codul genetic nu era cunoscut, în plus, nici nu începuse să fie descifrat, dar Crick își formulase deja dogma centrală.

Cu toate acestea, exista o certitudine că codul trebuie să existe. Până atunci, s-a dovedit că acest cod avea un caracter triplet. Aceasta înseamnă că în special trei litere în acizi nucleici ( codoni) corespund oricărui aminoacid. Există 64 dintre acești codoni, ei codifică 20 de aminoacizi. Aceasta înseamnă că fiecărui aminoacid îi corespunde mai mulți codoni deodată.

Astfel, putem concluziona că dogma centrală este un postulat care spune că în celulă are loc un flux dirijat de informații: ADN → ARN → proteină. Crick a subliniat conținutul principal al dogmei centrale: nu poate avea loc un flux invers de informații, o proteină nu este capabilă să schimbe informațiile genetice.

Acesta este sensul principal al dogmei centrale: o proteină nu este capabilă să schimbe și să transforme informațiile în ADN (sau ARN), fluxul merge întotdeauna doar într-o singură direcție.

La ceva timp după aceasta, a fost descoperită o nouă enzimă, care nu era cunoscută la momentul formulării dogmei centrale, - revers transcriptază care sintetizează ADN din ARN. Enzima a fost descoperită în viruși, în care informația genetică este codificată în ARN, nu în ADN. Astfel de viruși se numesc retrovirusuri. Au o capsulă virală cu ARN închis în ea și o enzimă specială. Enzima este o transcriptază inversă care sintetizează ADN-ul conform modelului acestui ARN viral, iar acest ADN servește apoi ca material genetic pentru dezvoltarea ulterioară a virusului în celulă.

Desigur, această descoperire a provocat un mare șoc și multe controverse în rândul biologilor moleculari, deoarece se credea că, pe baza dogmei centrale, acest lucru nu putea fi. Cu toate acestea, Crick a explicat imediat că nu a spus niciodată că este imposibil. El a spus doar că nu poate exista niciodată un flux de informații de la proteine la acizi nucleici, iar deja în interiorul acizilor nucleici orice fel de procese sunt destul de posibile: sinteza ADN-ului pe ADN, ADN-ului pe ARN, ARN-ului pe ADN și ARN-ului pe ARN.

După formularea dogmei centrale, au rămas încă o serie de întrebări: cum codifică alfabetul a patru nucleotide care alcătuiesc ADN-ul (sau ARN-ul) alfabetul de 20 de litere al aminoacizilor care formează proteinele? Care este esența codului genetic?

Primele idei despre existența codului genetic au fost formulate de Alexander Downes ( 1952 d.) și Georgy Gamov ( 1954 G.). Oamenii de știință au arătat că secvența de nucleotide trebuie să includă cel puțin trei legături. Ulterior s-a dovedit că o astfel de secvență este formată din trei nucleotide, numite codon (triplet). Cu toate acestea, întrebarea despre ce nucleotide sunt responsabile pentru încorporarea în ce aminoacid molecula proteica, a rămas deschis până în 1961.

Si in 1961 Marshall Nirenberg, împreună cu Heinrich Mattei, au folosit sistemul pentru a difuza in vitro. O oligonucleotidă a fost utilizată ca șablon. Acesta conținea doar reziduuri de uracil, iar peptida sintetizată din acesta includea doar aminoacidul fenilalanină. Astfel, a fost stabilit mai întâi semnificația codonului: codonul UUU codifică fenilalanina. Mai târziu, Har Qur'an a descoperit că secvența de nucleotide UCUCUCUCUCUC codifică un set de aminoacizi seri-leucină-serină-leucină. În general, datorită lucrărilor lui Nirenberg și Coran, să 1965 anul, codul genetic a fost complet dezlegat. S-a dovedit că fiecare triplet codifică un aminoacid specific. Și ordinea codonilor determină ordinea aminoacizilor din proteină.

Principiile principale ale funcționării proteinelor și acizilor nucleici au fost formulate la începutul anilor '70. S-a constatat că sinteza proteinelor și acizilor nucleici se realizează conform mecanismului matricei. Molecula șablon poartă informații codificate despre secvența de aminoacizi sau nucleotide. În timpul replicării sau transcripției, matrița este ADN, iar în timpul translației și transcripției inverse, este ARNm.

Astfel, au fost create premisele pentru formarea domeniilor de biologie moleculară, inclusiv inginerie genetică. Și în 1972, Paul Berg și colegii au dezvoltat tehnologia clonării moleculare. Oamenii de știință au obținut primul ADN recombinant in vitro. Aceste descoperiri remarcabile au format baza unei noi direcții în biologia moleculară și 1972 anul a fost considerat de atunci data de naștere a ingineriei genetice.

3. Metode de biologie moleculară

Progrese enorme în studiul acizilor nucleici, al structurii ADN-ului și al biosintezei proteinelor au dus la crearea unui număr de metode de mare importanță în medicină, agricultură și știință în general.

După studierea codului genetic și a principiilor de bază de stocare, transmitere și implementare a informațiilor ereditare, metode speciale au devenit necesare pentru dezvoltarea ulterioară a biologiei moleculare. Aceste metode ar permite genelor să fie manipulate, modificate și izolate.

Apariția unor astfel de metode a avut loc în anii 1970 și 1980. Acest lucru a dat un impuls imens dezvoltării biologiei moleculare. În primul rând, aceste metode sunt direct legate de producerea genelor și introducerea lor în celulele altor organisme, precum și de posibilitatea determinării secvenței de nucleotide în gene.

3.1. electroforeza ADN

electroforeza ADN este metoda de bază de lucru cu ADN-ul. Electroforeza ADN este utilizată împreună cu aproape toate celelalte metode pentru a izola moleculele dorite și a analiza în continuare rezultatele. Metoda de electroforeză pe gel în sine este utilizată pentru a separa fragmentele de ADN după lungime.

Înainte sau după electroforeză, gelul este tratat cu coloranți care se pot lega de ADN. Coloranții fluoresc în lumina ultravioletă, rezultând un model de benzi în gel. Pentru a determina lungimea fragmentelor de ADN, acestea pot fi comparate cu markere- seturi de fragmente de lungimi standard, care se aplică pe același gel.

Proteine fluorescente

Când se studiază organismele eucariote, este convenabil să se utilizeze proteine fluorescente ca gene marker. Gena pentru prima proteină verde fluorescentă ( proteină verde fluorescentă, GFP) izolat din meduze Aqeuorea victoria iar apoi introduse în diverse organisme. După aceea, au fost izolate gene pentru proteine fluorescente de alte culori: albastru, galben, roșu. Pentru a obține proteine cu proprietăți de interes, astfel de gene au fost modificate artificial.

În general, cele mai importante instrumente pentru lucrul cu molecula de ADN sunt enzimele care efectuează o serie de transformări ADN în celule: ADN polimeraza, ADN ligazeȘi restrictaze (endonucleaze de restricție).

transgeneza

transgeneza Se numește transfer de gene de la un organism la altul. Astfel de organisme sunt numite transgenic.

Preparatele de proteine recombinante sunt doar obținute prin transferul de gene în celulele microorganismelor. Cele mai multe dintre aceste proteine sunt interferonii, insulină, unii hormoni proteici, precum și proteine pentru producerea unui număr de vaccinuri.

În alte cazuri, se folosesc culturi celulare de eucariote sau animale transgenice, mai ales animale, care secretă proteinele necesare în lapte. În acest fel, se obțin anticorpi, factori de coagulare a sângelui și alte proteine. Pentru obținerea se folosește metoda transgenezei plante cultivate rezistente la dăunători și erbicide, iar cu ajutorul microorganismelor transgenice purifică apele uzate.

Pe lângă toate cele de mai sus, tehnologiile transgenice sunt indispensabile în cercetarea științifică, deoarece dezvoltarea biologiei este mai rapidă cu utilizarea metodelor de modificare și transfer de gene.

Restrictaze

Secvențele recunoscute de enzimele de restricție sunt simetrice, astfel încât orice fel de rupere poate apărea fie la mijlocul unei astfel de secvențe, fie cu o deplasare a uneia sau ambelor catene ale moleculei de ADN.

La scindarea oricărui ADN cu o enzimă de restricție, secvențele de la capetele fragmentelor vor fi aceleași. Se vor putea conecta din nou pentru că au site-uri complementare.

Puteți obține o singură moleculă prin coaserea acestor secvențe folosind ADN ligaze. Datorită acestui fapt, este posibil să se combine fragmente din două ADN diferite și să se obțină ADN recombinant.

3.2. PCR

Metoda se bazează pe capacitatea ADN polimerazelor de a completa a doua catenă de ADN de-a lungul catenei complementare, în același mod ca în procesul de replicare a ADN-ului într-o celulă.

3.3. Secvențierea ADN-ului

Dezvoltarea rapidă a metodei de secvențiere face posibilă determinarea eficientă a caracteristicilor organismului studiat la nivelul genomului său. Principalul avantaj al unor astfel de tehnologii genomice și post-genomice este creșterea posibilităților de cercetare și studiu a naturii genetice a bolilor umane pentru a predetermina masurile necesare si evita boala.

Prin cercetare la scară largă, este posibil să obțineți datele necesare despre diferitele caracteristici genetice ale diferitelor grupuri de oameni, dezvoltând astfel metodele de medicină. Din acest motiv, identificarea unei predispoziții genetice la diferite boli este foarte populară astăzi.

Metode similare sunt aplicabile pe scară largă în toată lumea, inclusiv în Rusia. Datorită progresului științific, există o introducere a unor astfel de metode în cercetare medicalași practica medicală în general.

4. Biotehnologie

Biotehnologie- o disciplină care studiază posibilitățile de utilizare a organismelor vii sau a sistemelor acestora pentru rezolvarea problemelor tehnologice, precum și crearea de organisme vii cu proprietățile dorite prin inginerie genetică. Biotehnologia aplică metodele de chimie, microbiologie, biochimie și, desigur, biologie moleculară.

Principalele direcții de dezvoltare a biotehnologiei (principiile proceselor biotehnologice sunt introduse în producția tuturor industriilor):

Crearea și producerea de noi tipuri de alimente și hrană pentru animale.
Obținerea și studierea noilor tulpini de microorganisme.
Creșterea de noi soiuri de plante, precum și crearea de mijloace pentru protejarea plantelor de boli și dăunători.
Aplicarea metodelor biotehnologiei pentru nevoile ecologiei. Astfel de metode biotehnologice sunt utilizate pentru reciclarea deșeurilor, tratarea apelor uzate, evacuarea aerului și igienizarea solului.
Producerea de vitamine, hormoni, enzime, seruri pentru nevoile medicamentului. Biotehnologii dezvoltă medicamente îmbunătățite care anterior erau considerate incurabile.

O realizare majoră în biotehnologie este ingineria genetică.

Inginerie genetică- un set de tehnologii și metode de obținere a moleculelor de ARN și ADN recombinant, izolarea genelor individuale din celule, manipularea genelor și introducerea lor în alte organisme (bacterii, drojdii, mamifere). Astfel de organisme sunt capabile să producă produse finale cu proprietăţile cerute.

Metodele de inginerie genetică au ca scop construirea de noi combinații de gene inexistente anterior în natură.

Vorbind despre realizările ingineriei genetice, este imposibil să nu atingem subiectul clonării. Clonarea este una dintre metodele biotehnologiei utilizate pentru a obține descendenți identici ai diferitelor organisme prin reproducere asexuată.

Cu alte cuvinte, clonarea poate fi considerată ca fiind procesul de creare a unor copii identice genetic ale unui organism sau celulei. Și organismele clonate sunt similare sau complet identice nu numai în caracteristicile externe, ci și în conținutul genetic.

Celebra oaie Dolly a devenit în 1966 primul mamifer clonat. A fost obținut printr-un transplant nuclear celula somaticaîn citoplasma oului. Dolly era o copie genetică a oilor donatoare de nucleu. În condiții naturale, un individ se formează dintr-un ovul fertilizat, după ce a primit jumătate din materialul genetic de la doi părinți. Cu toate acestea, în timpul clonării, materialul genetic a fost preluat din celula unui individ. Mai întâi, nucleul, care conține ADN-ul însuși, a fost îndepărtat din zigot. Apoi au îndepărtat nucleul din celula de oaie adultă și l-au implantat în acel zigot fără nucleu, apoi a fost transplantat în uterul unui adult și a fost lăsat să crească și să se dezvolte.

Cu toate acestea, nu toate încercările de clonare au avut succes. În paralel cu clonarea lui Dolly, a fost efectuat un experiment de înlocuire a ADN-ului pe alte 273 de ouă. Dar numai într-un caz un animal adult viu s-ar putea dezvolta și crește pe deplin. După Dolly, oamenii de știință au încercat să cloneze alte tipuri de mamifere.

Unul dintre tipurile de inginerie genetică este editarea genomului.

Instrumentul CRISPR/Cas se bazează pe un element al sistemului imunitar de apărare al bacteriilor, pe care oamenii de știință l-au adaptat pentru a introduce orice modificări în ADN-ul animalelor sau plantelor.

CRISPR/Cas este una dintre metodele biotehnologice de manipulare a genelor individuale în celule. Există multe aplicații pentru această tehnologie. CRISPR/Cas le permite cercetătorilor să descopere funcția diferitelor gene. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să tăiați gena studiată din ADN și să studiați ce funcții ale corpului au fost afectate.

Câteva aplicații practice ale sistemului:

Agricultură. Prin sistemele CRISPR/Cas, culturile pot fi îmbunătățite. Și anume, pentru a le face mai gustoase și hrănitoare, precum și rezistente la căldură. Este posibil să dotați plantele cu alte proprietăți: de exemplu, tăiați o genă alergenă din nuci (arahide sau alune).
Medicina, boli ereditare. Oamenii de știință au scopul de a utiliza CRISPR/Cas pentru a elimina mutațiile din genomul uman care pot provoca boli, cum ar fi anemia secerată etc. În teorie, CRISPR/Cas poate opri dezvoltarea HIV.
Unitatea genetică. CRISPR/Cas poate schimba nu numai genomul unui animal sau al unei plante individuale, ci și grupul genetic al unei specii. Acest concept este cunoscut ca „unitatea genetică”. Fiecare organism viu transmite jumătate din genele sale descendenților săi. Dar utilizarea CRISPR/Cas poate crește șansa de transfer de gene cu până la 100%. Acest lucru este important pentru ca trăsătura dorită să se răspândească mai rapid în întreaga populație.

Oamenii de știință elvețieni au îmbunătățit și modernizat semnificativ metoda de editare a genomului CRISPR/Cas, extinzându-și astfel capacitățile. Cu toate acestea, oamenii de știință au putut modifica doar o genă la un moment dat folosind sistemul CRISPR/Cas. Dar acum, cercetătorii de la ETH Zurich au dezvoltat o metodă care poate modifica simultan 25 de gene dintr-o celulă.

Pentru cea mai recentă tehnică, experții au folosit enzima Cas12a. Geneticienii au clonat maimuțe cu succes pentru prima dată în istorie. „Mecanica populară”;

Nikolenko S. (2012). Genomica: enunțarea problemei și metodele de secvențiere. „Post-știință”.

Biologie moleculara

o știință care își pune ca sarcină cunoașterea naturii fenomenelor vieții prin studierea obiectelor și sistemelor biologice la un nivel apropiat de nivelul molecular și, în unele cazuri, atingând această limită. Scopul final în acest caz este de a clarifica cum și în ce măsură manifestările caracteristice ale vieții, cum ar fi ereditatea, reproducerea propriului soi, biosinteza proteinelor, excitabilitatea, creșterea și dezvoltarea, stocarea și transmiterea informațiilor, transformările energetice, mobilitatea, etc., se datorează structurii, proprietăților și interacțiunii moleculelor substanțelor importante din punct de vedere biologic, în primul rând cele două clase principale de biopolimeri cu greutate moleculară mare (vezi Biopolimeri) - proteine si acizi nucleici. O trăsătură distinctivă a lui M. b. - studiul fenomenelor vieții pe obiecte neînsuflețite sau care se caracterizează prin cele mai primitive manifestări ale vieții. Acestea sunt formațiuni biologice de la nivel celular în jos: organite subcelulare, cum ar fi nuclee celulare izolate, mitocondrii, ribozomi, cromozomi, membranele celulare; mai departe - sistemele care stau la granița vieții și natura neînsuflețită, - viruși, inclusiv bacteriofagi, și terminând cu moleculele celor mai importante componente ale materiei vii - acizi nucleici (vezi Acizi nucleici) și proteine (vezi Proteine).

M. b. - un nou domeniu al științelor naturale, strâns legat de domeniile de cercetare de lungă durată, care sunt acoperite de biochimie (vezi Biochimie), biofizică (vezi Biofizică) și chimie bioorganică (vezi Chimie bioorganică). Distincția aici este posibilă numai pe baza luării în considerare a metodelor utilizate și a naturii fundamentale a abordărilor utilizate.

Fundația pe care s-a dezvoltat M. a fost pusă de științe precum genetica, biochimia, fiziologia proceselor elementare etc. După originile dezvoltării sale, M. b. legat indisolubil de genetica moleculară (vezi Genetica moleculară) , care continuă să constituie o parte importantă a M. banking, deși s-a format deja în mare măsură într-o disciplină independentă. Izolarea lui M. din biochimie este dictată de următoarele considerente. Sarcinile biochimiei se limitează în principal la constatarea participării anumitor substanțe chimice la anumite funcții și procese biologice și elucidarea naturii transformărilor acestora; rolul principal revine informaţiei despre reactivitate şi despre principalele trăsături structura chimica exprimată de obiceiul formula chimica. Astfel, în esență, atenția este concentrată asupra transformărilor care afectează valentul principal legături chimice. Între timp, după cum a subliniat L. Pauling , în sistemele biologice și manifestările activității vitale, importanța principală ar trebui acordată nu legăturilor principal-valente care acționează în cadrul aceleiași molecule, ci diferitelor tipuri de legături care determină interacțiuni intermoleculare (electrostatice, van der Waals, legături de hidrogen etc.) .

Rezultatul final al unui studiu biochimic poate fi prezentat sub forma unui anumit sistem ecuatii chimice, de obicei complet epuizat de imaginea lor pe un plan, adică în două dimensiuni. O trăsătură distinctivă a lui M. b. este tridimensionalitatea sa. Esența lui M. b. M. Perutz o vede în interpretarea funcţiilor biologice în termeni de structură moleculară. Putem spune că dacă înainte, atunci când studiam obiectele biologice, era necesar să răspundem la întrebarea „ce”, adică ce substanțe sunt prezente și la întrebarea „unde” - în ce țesuturi și organe, atunci M. b. își are sarcina de a obține răspunsuri la întrebarea „cum”, după ce a învățat esența rolului și a participării întregii structuri a moleculei și la întrebările „de ce” și „pentru ce”, după ce a aflat, despre pe de o parte, conexiunile dintre proprietățile moleculei (din nou, în primul rând proteine și acizi nucleici) și funcțiile pe care le îndeplinește și, pe de altă parte, rolul acestor funcții individuale în complexul general de manifestări ale activității vitale.

Dispunerea reciprocă a atomilor și grupările lor în structura generală a macromoleculei, relațiile lor spațiale capătă un rol decisiv. Acest lucru se aplică atât componentelor individuale, individuale, cât și configurației generale a moleculei în ansamblu. Ca urmare a apariției unei structuri volumetrice strict determinate, moleculele de biopolimeri dobândesc acele proprietăți, datorită cărora pot servi ca bază materială. functii biologice. Acest principiu de abordare a studiului celor vii este trăsătura cea mai caracteristică, tipică a lui M. b.

Referință istorică. Marea importanță a studierii problemelor biologice la nivel molecular a fost prevăzută de I. P. Pavlov , care a vorbit despre ultimul pas în știința vieții – fiziologia moleculei vii. Însuși termenul „M. b." a fost folosit pentru prima dată în engleză. oamenii de știință W. Astbury în aplicarea cercetărilor legate de elucidarea relației dintre structura moleculară și proprietățile fizice și biologice ale proteinelor fibrilare (fibroase), cum ar fi colagenul, fibrina din sânge sau proteinele musculare contractile. Folosește pe scară largă termenul „M. b." oțel de la începutul anilor 1950. Secolului 20

apariţia lui M. ca știință matură, se obișnuiește să se facă referire la 1953, când J. Watson și F. Crick din Cambridge (Marea Britanie) au descoperit structura tridimensională a acidului dezoxiribonucleic (ADN). Acest lucru a făcut posibil să vorbim despre modul în care detaliile acestei structuri determină funcțiile biologice ale ADN-ului ca purtător material al informațiilor ereditare. În principiu, acest rol al ADN-ului a devenit cunoscut ceva mai devreme (1944) ca urmare a muncii geneticianului american O. T. Avery și a colegilor (vezi Genetica moleculară), dar nu se știa în ce măsură depinde această funcție de structura moleculara ADN. Acest lucru a devenit posibil numai după ce laboratoarele lui W. L. Bragg, J. Bernal și alții au dezvoltat noi principii de analiză prin difracție cu raze X, care au asigurat utilizarea acestei metode pentru o cunoaștere detaliată a structurii spațiale a macromoleculelor proteice și a acizilor nucleici.

Niveluri de organizare moleculară.În 1957, J. Kendrew a stabilit structura tridimensională a mioglobinei a , iar în anii următori, acest lucru a fost făcut de M. Perutz în legătură cu Hemoglobina a. Au fost formulate idei despre diferite niveluri de organizare spațială a macromoleculelor. Structura primară este o secvență de unități individuale (monomeri) în lanțul moleculei de polimer rezultată. Pentru proteine, monomerii sunt aminoacizi. , pentru acizi nucleici - Nucleotide. O moleculă liniară, filamentoasă a unui biopolimer, ca urmare a apariției legăturilor de hidrogen, are capacitatea de a se potrivi în spațiu într-un anumit mod, de exemplu, în cazul proteinelor, așa cum arată L. Pauling, poate lua forma unei spirale. Aceasta este denumită o structură secundară. Se spune că structura terțiară este atunci când o moleculă care are o structură secundară se pliază în continuare într-un fel sau altul, umplând spațiul tridimensional. În cele din urmă, moleculele care au o structură tridimensională pot intra în interacțiune, situate în mod regulat în spațiu unele față de altele și formând ceea ce este desemnat ca o structură cuaternară; componentele sale individuale sunt denumite în mod obișnuit subunități.

Cel mai evident exemplu despre modul în care o structură moleculară tridimensională determină funcțiile biologice ale unei molecule este ADN-ul. Are structura unui dublu helix: două fire care se desfășoară într-o direcție reciproc opusă (antiparalel) sunt răsucite unul în jurul celuilalt, formând un dublu helix cu un aranjament reciproc complementar de baze, adică astfel încât pe o anumită bază a unui lanț să existe este întotdeauna o astfel de bază care asigură cel mai bine formarea legăturilor de hidrogen: adepina (A) se asociază cu timina (T), guanina (G) cu citozina (C). O astfel de structură creează condiții optime pentru cele mai importante funcții biologice ale ADN-ului: multiplicarea cantitativă a informațiilor ereditare în procesul de diviziune celulară, menținând în același timp invarianța calitativă a acestui flux de informații genetice. Când o celulă se divide, catenele dublei helix ADN, care servește ca șablon, sau șablon, se desfășoară și pe fiecare dintre ele, sub acțiunea enzimelor, se sintetizează o nouă catenă complementară. Ca rezultat, două molecule fiice complet identice sunt obținute dintr-o moleculă de ADN părinte (vezi Celulă, Mitoză).

În mod similar, în cazul hemoglobinei, s-a dovedit că funcția sa biologică - capacitatea de a atașa în mod reversibil oxigenul în plămâni și apoi de a-l oferi țesuturilor - este strâns legată de caracteristicile structurii tridimensionale a hemoglobinei și de modificările acesteia în procesul de implementare a rolului său fiziologic. La legarea și disocierea O 2 apar modificări spațiale în conformația moleculei de hemoglobină, ducând la o modificare a afinității atomilor de fier conținuti în aceasta pentru oxigen. Modificările în dimensiunea moleculei de hemoglobină, care amintesc de modificările volumului toracelui în timpul respirației, au făcut posibilă numirea hemoglobinei „plămâni moleculari”.

Una dintre cele mai importante caracteristici ale obiectelor vii este capacitatea lor de a regla fin toate manifestările activității vitale. Contribuția majoră a lui M. V descoperiri științifice ar trebui considerată descoperirea unui nou mecanism de reglementare, necunoscut anterior, denumit efect alosteric. Constă în capacitatea substanțelor scăzute greutate moleculară- așa-zisul. liganzi - pentru a modifica funcțiile biologice specifice ale macromoleculelor, în primul rând proteinele cu acțiune catalitică - enzime, hemoglobina, proteine receptorilor implicate în construcția membranelor biologice (Vezi Membrane biologice), în transmiterea sinaptică (vezi Sinapsele) etc.

Trei fluxuri biotice.În lumina ideilor lui M. totalitatea fenomenelor vieții poate fi considerată ca rezultat al unei combinații a trei fluxuri: curgerea materiei, care își găsește expresia în fenomenele metabolismului, adică asimilarea și disimilarea; fluxul de energie, care este forța motrice pentru toate manifestările vieții; și fluxul de informații, pătrunzând nu numai întreaga varietate de procese de dezvoltare și existență a fiecărui organism, ci și o serie continuă de generații succesive. Este ideea fluxului de informații, introdusă în doctrina lumii vii prin dezvoltarea biomaterialelor, care își lasă amprenta proprie specifică, unică.

Cele mai importante realizări ale biologiei moleculare. Rapiditatea, amploarea și profunzimea influenței lui M. progresul în înțelegerea problemelor fundamentale ale studiului naturii vii este pe bună dreptate comparat, de exemplu, cu influența teoriei cuantice asupra dezvoltării fizicii atomice. Două condiții intrinsec legate au determinat acest impact revoluționar. Pe de o parte, un rol decisiv l-a jucat descoperirea posibilității de a studia cele mai importante manifestări ale activității vitale în cele mai simple condiții, abordând tipul experimentelor chimice și fizice. Pe de altă parte, ca urmare a acestei circumstanțe, a avut loc o implicare rapidă a unui număr semnificativ de reprezentanți ai științelor exacte - fizicieni, chimiști, cristalografi, apoi matematicieni - în dezvoltarea problemelor biologice. Luate împreună, aceste circumstanțe au dus la o situație neobișnuită ritm rapid dezvoltarea lui M. b., numărul și semnificația succeselor sale obținute în doar două decenii. Iată o listă departe de a fi completă a acestor realizări: dezvăluirea structurii și mecanismului funcției biologice a ADN-ului, toate tipurile de ARN și ribozomi (vezi Ribozomi) , dezvăluirea codului genetic (vezi codul genetic) ; descoperirea transcripției inverse (vezi transcrierea) , adică sinteza ADN pe o matriță de ARN; studiul mecanismelor de funcționare a pigmenților respiratori; descoperirea unei structuri tridimensionale și a rolului său funcțional în acțiunea enzimelor (vezi Enzime) , principiul sintezei matricei și mecanismele de biosinteză a proteinelor; dezvăluirea structurii virușilor (vezi Virusuri) și a mecanismelor de replicare a acestora, structura primară și, parțial, spațială a anticorpilor; izolarea genelor individuale , sinteza genelor chimice și apoi biologice (enzimatice), inclusiv umane, în afara celulei (in vitro); transferul de gene de la un organism la altul, inclusiv în celulele umane; descifrare rapidă structura chimica un număr tot mai mare de proteine individuale, în principal enzime, precum și acizi nucleici; descoperirea fenomenelor de „auto-asamblare” a unor obiecte biologice de o complexitate din ce în ce mai mare, pornind de la molecule de acid nucleic și trecând la enzime multicomponente, virusuri, ribozomi etc.; elucidarea principiilor alosterice și a altor principii de bază de reglare a funcțiilor și proceselor biologice.

Reductionism și integrare. M. b. este etapa finală a acelei direcții în studiul obiectelor vii, care este desemnată drept „reductionism”, adică dorința de a reduce funcțiile complexe ale vieții la fenomene care au loc la nivel molecular și, prin urmare, accesibile pentru a fi studiate prin metodele fizicii și chimiei. . A realizat M. b. succesele mărturisesc eficacitatea acestei abordări. În același timp, trebuie luat în considerare faptul că în condiții naturale într-o celulă, țesut, organ și întregul organism, avem de-a face cu sisteme de complexitate crescândă. Astfel de sisteme sunt formate din componente de un nivel inferior prin integrarea lor regulată în integritate, dobândind structurale și organizare functionala si cu proprietati noi. Prin urmare, deoarece cunoașterea modelelor disponibile pentru dezvăluire la nivelurile moleculare și adiacente este detaliată, înainte de M. b. ia naştere sarcina de a înţelege mecanismele integrării ca linie de dezvoltare ulterioară în studiul fenomenelor vieţii. Punctul de plecare aici este studiul forțelor interacțiunilor intermoleculare - legături de hidrogen, van der Waals, forțe electrostatice, etc. Prin combinarea și aranjarea lor spațială, ele formează ceea ce poate fi desemnat drept „informație integrativă”. Ar trebui să fie considerată una dintre părțile principale ale fluxului de informații deja menționat. În zona lui M. exemple de integrare pot fi fenomenele de autoasamblare a formațiunilor complexe dintr-un amestec al acestora. părțile constitutive. Aceasta include, de exemplu, formarea de proteine multicomponente din subunitățile lor, formarea de virusuri din părțile lor constitutive - proteine și acizi nucleici, restabilirea structurii originale a ribozomilor după separarea componentelor lor proteice și nucleice etc. studiul acestor fenomene este direct legat de cunoașterea principalelor fenomene de „recunoaștere” a moleculelor de biopolimer. Ideea este de a afla ce combinații de aminoacizi - în molecule proteice sau nucleotide - în acizi nucleici interacționează între ei în timpul proceselor de asociere a moleculelor individuale cu formarea de complexe cu o compoziție și structură strict specifică, predeterminată. Acestea includ procesele de formare a proteinelor complexe din subunitățile lor; în continuare, interacțiunea selectivă între moleculele de acid nucleic, de exemplu, transport și matrice (în acest caz, descoperirea codului genetic a extins semnificativ informațiile noastre); în cele din urmă, aceasta este formarea multor tipuri de structuri (de exemplu, ribozomi, viruși, cromozomi), în care participă atât proteinele, cât și acizii nucleici. Dezvăluirea tiparelor relevante, cunoașterea „limbajului” care stă la baza acestor interacțiuni, este una dintre zonele critice M. b., încă așteaptă dezvoltarea lui. Această zonă este considerată ca aparținând numărului de probleme fundamentale pentru întreaga biosferă.

Probleme de biologie moleculară. Alături de sarcinile importante specificate M. ar. (cunoașterea legilor „recunoașterii”, auto-asamblare și integrare) direcția actuală a căutării științifice pentru viitorul apropiat este dezvoltarea unor metode care să permită descifrarea structurii, iar apoi organizarea tridimensională, spațială a nivelului molecular înalt. acizi nucleici. În prezent acest lucru s-a realizat în raport cu planul general al structurii tridimensionale a ADN-ului (dublă helix), dar fără cunoașterea exactă a acestuia. structura primara. Progresul rapid în dezvoltarea metodelor analitice ne permite să ne așteptăm cu încredere la atingerea acestor obiective în următorii ani. Aici, desigur, principalele contribuții vin de la reprezentanți ai științelor conexe, în primul rând fizicii și chimiei. Toate cele mai importante metode, a căror utilizare a asigurat apariția și succesul lui M. b., au fost propuse și dezvoltate de către fizicieni (ultracentrifugarea, analiza prin difracție de raze X, microscopia electronică, rezonanța magnetică nucleară etc.). Aproape toate abordările experimentale fizice noi (de exemplu, utilizarea computerelor, sincrotronului sau bremsstrahlung, radiații, tehnologie laser și altele) deschid noi posibilități pentru un studiu aprofundat al problemelor lui M. b. Printre sarcini critice natură practică, răspunsul la care se așteaptă de la M. b., în primul rând, este problema bazei moleculare a creșterii maligne, apoi - modalități de a preveni, și poate de a depăși bolile ereditare - „boli moleculare” (vezi Boli moleculare ). Mare importanță va avea o elucidare a fundamentelor moleculare ale catalizei biologice, adică acțiunea enzimelor. Printre cele mai importante direcții moderne ale lui M. b. ar trebui să includă dorința de a descifra mecanismele moleculare de acțiune ale hormonilor (vezi Hormoni) , substanțe toxice și medicinale, precum și pentru a afla detaliile structurii moleculare și funcționării unor astfel de structuri celulare precum membrane biologice implicate în reglementarea pătrunderii şi transportului substanţelor. Goluri mai îndepărtate M. b. - cunoașterea naturii proceselor nervoase, a mecanismelor de memorie (vezi Memorie), etc. Una dintre secțiunile importante emergente ale M. b. - așa-zisul. ingineria genetică, care își stabilește ca sarcină funcționarea intenționată a aparatului genetic (Genom) al organismelor vii, începând cu microbi și inferior (monocelular) și terminând cu oamenii (în acest din urmă caz, în primul rând în scopul tratamentului radical al boli ereditare (Vezi. Boli ereditare) și corectarea defectelor genetice ). Intervenții mai ample în baza genetică umană nu pot fi discutate decât într-un viitor mai mult sau mai puțin îndepărtat, deoarece în acest caz apar obstacole serioase, atât tehnice, cât și fundamentale. În ceea ce privește microbii, plantele și este posibil, și pagina - x. Pentru animale, astfel de perspective sunt foarte încurajatoare (de exemplu, obținerea de soiuri de plante cultivate care au un aparat de fixare a azotului din aer și nu au nevoie de îngrășăminte). Ele se bazează pe succesele deja obținute: izolarea și sinteza genelor, transferul de gene de la un organism la altul, utilizarea culturilor de celule în masă ca producători de substanțe importante din punct de vedere economic sau medical.

Organizarea cercetărilor în biologie moleculară. dezvoltarea rapidă a lui M. a dat naștere la un numar mare centre de cercetare specializate. Numărul lor crește rapid. Cele mai mari: în Marea Britanie - Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge, Institutul Regal din Londra; în Franța - institute de biologie moleculară din Paris, Marsilia, Strasbourg, Institutul Pasteur; în SUA - departamente M. b. la universități și institute din Boston (Harvard University, Massachusetts Institute of Technology), San Francisco (Berkeley), Los Angeles (California Institute of Technology), New York (Rockefeller University), institute de sănătate din Bethesda etc.; în Germania - institute Max Planck, universități din Göttingen și München; în Suedia, Institutul Karolinska din Stockholm; în RDG - Institutul Central de Biologie Moleculară din Berlin, institute din Jena și Halle; în Ungaria - Centrul Biologic din Szeged. În URSS primul institut de specialitate M. ar fi. a fost creat la Moscova în 1957 în sistemul Academiei de Științe a URSS (vezi. ); apoi s-au format: Institutul de Chimie Bioorganică al Academiei de Științe a URSS din Moscova, Institutul de Proteine din Pușchino, Departamentul de Biologie de la Institutul de Energie Atomică (Moscova) și departamentele lui M. b. la institutele Filialei Siberiei a Academiei de Științe din Novosibirsk, Laboratorul Interdepartamental de Chimie Bioorganică al Universității de Stat din Moscova, Sectorul (mai târziu Institutul) de Biologie Moleculară și Genetică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei din Kiev ; lucrări semnificative pe M. b. se desfășoară la Institutul de Compuși Macromoleculari din Leningrad, într-un număr de departamente și laboratoare ale Academiei de Științe a URSS și din alte departamente.

Alături de centrele de cercetare individuale, au apărut organizații de o scară mai largă. ÎN Europa de Vest a luat naştere organizaţia europeană pe M.. (EMBO), la care participă peste 10 țări. În URSS, în 1966, la Institutul de Biologie Moleculară, s-a înființat un Consiliu Științific pe M. B., care este centrul coordonator și organizator în acest domeniu al cunoașterii. A publicat o serie extinsă de monografii despre cele mai importante secțiuni M. b., organizat regulat " scoli de iarna» pe M. b. se ţin conferinţe şi simpozioane pe probleme de actualitate M. b. În viitor, sfaturile științifice privind M. ar. au fost create la Academia de Științe Medicale a URSS și multe Academii de Științe republicane. Revista Molecular Biology este publicată din 1966 (6 numere pe an).

Pe termen destul de scurt în URSS grupul considerabil de cercetători din domeniul M. a crescut; aceștia sunt oameni de știință din generația mai în vârstă care și-au schimbat parțial interesele din alte domenii; în cea mai mare parte, ei sunt numeroși tineri cercetători. Dintre oamenii de știință de frunte care au participat activ la formarea și dezvoltarea lui M. b. în URSS, se pot numi precum A. A. Baev, A. N. Belozersky, A. E. Braunshtein, Yu. A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelgardt. noile realizări ale lui M. și genetica moleculară va fi promovată prin rezoluția Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS (mai 1974) „Cu privire la măsurile de accelerare a dezvoltării biologiei moleculare și a geneticii moleculare și utilizarea realizărilor lor în plan național. economie."

Lit.: Wagner R., Mitchell G., Genetică și metabolism, trad. din engleză, M., 1958; Szent-Gyorgy și A., Bioenergetică, trad. din engleză, M., 1960; Anfinsen K., Baze moleculare evoluție, trad. din engleză, M., 1962; Stanley W., Valens E., Virusurile și natura vieții, trad. din engleză, M., 1963; Genetica moleculară, trans. Cu. engleză, partea 1, M., 1964; Volkenstein M.V., Molecule și viață. Introducere în biofizica moleculară, M., 1965; Gaurowitz F., Chimia și funcțiile proteinelor, trans. din engleză, M., 1965; Bresler S. E., Introduction to molecular biology, ed. a III-a, M. - L., 1973; Ingram V., Biosinteza macromoleculelor, trad. din engleză, M., 1966; Engelhardt V. A., Biologie moleculară, în cartea: Dezvoltarea biologiei în URSS, M., 1967; Introducere în biologia moleculară, trad. din engleză, M., 1967; Watson, J., Biologia moleculară a genei, trad. din engleză, M., 1967; Finean J., Ultrastructuri biologice, trad. din engleză, M., 1970; Bendoll, J., Muschi, molecule și mișcare, trad. din engleză, M., 1970; Ichas M., Cod biologic, trad. din engleză, M., 1971; Biologia moleculară a virusurilor, M., 1971; Bazele moleculare ale biosintezei proteinelor, M., 1971; Bernhard S., Structura și funcția enzimelor, trad. din engleză, M., 1971; Spirin A. S., Gavrilova L. P., Ribosome, ed. a II-a, M., 1971; Frenkel-Konrat H., Chimia și biologia virusurilor, trad. din engleză, M., 1972; Smith C., Hanewalt F., Fotobiologie moleculară. Procese de inactivare și recuperare, trad. din engleză, M., 1972; Harris G., Fundamentele geneticii biochimice umane, trad. din engleză, M., 1973.

V. A. Engelhardt.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .