לסודות החיים (נקודות מבט של גנטיקה) |
|
הקוד הגנטי פענח - דרך להקליט מידע גנטי תורשתי שהטבע בחר. אנו יודעים שאדם משתמש בדרכים שונות להקלטת מידע. מכני - בספרים, באותיות בודדות, מילים, ביטויים, הם מודפסים על מכונות, אנו מקבלים אותם בצורת הדפסים. השיטה המגנטית של הקלטת מידע משמשת בהנדסת חשמל. יש מכשיר אופטי - במכשירי וידיאו שונים. אך הטבע בחר בדרך אחרת לגמרי - הקוד הגנטי. כיום ידוע כי מולקולת החומצה הדאוקסיריב-גרעינית (DNA) מורכבת ממבנים כימיים נפרדים ופשוטים יחסית. ישנם רק ארבעה זנים. דמיין אלפבית של ארבע אותיות שבאמצעותן ניתן לכתוב את כל מגוון המילים והמושגים. אז זה כאן: החלפה של ארבעה מבנים אלמנטריים במולקולה של חומצה דאוקסיריב-גרעינית היא תיעוד של מידע תורשתי וגנטי. מדענים חקרו את המגנטיות של תהליכים גנטיים. כעת אנו יודעים כי כל הסידורים מחדש המתרחשים ב- DNA (ודווקא הסידורים הללו הם שמובילים לשינוי בתכונות התורשתיות של אורגניזמים) מבוצעים בעזרת זרזים ביולוגיים - אנזימים. במיקרוסקופ נראה כי הסידורים הפשוטים יותר הם מכניים בלבד: הם לקחו, למשל, מקל שהוא מולקולת DNA דמויית חוט ושברו אותו ואז איכשהו תיקנו אותו שוב. למעשה, הכל מסובך יותר ... ישנם אנזימים מיוחדים שגורמים לשבירה זו במולקולת ה- DNA, ואנזימים אחרים שתופרים את החוט. זה המקרה עם סידורים גנטיים אחרים. התגלה מספר עצום של אנזימים המשתתפים בסינתזה של חומצות גרעין, בסידורים שונים של מולקולותיהן. כיום ידוע הרבה על מנגנוני התגובות הכימיות המתרחשים בתא ובאורגניזם כולו. נחקרו תהליכי היווצרות ושימוש באנרגיה. ביו אנרגיה ביולוגית מורכבת מאוד. בטכנולוגיה עסקינן בהמרה של אנרגיה תרמית. לא ניתן להשתמש באנרגיית חום בכלוב. בעיקר משתמשים באנרגיה כימית, שהופכת לאנרגיה מכנית, למשל, במהלך כיווץ שרירים, המושקע בתנועת חומרים מזינים וכדומה. התקדמות רבה נעשתה בחקר חלבונים, חומצות גרעין ומבנים תאיים שונים. ידע נצבר בקצב משתנה. כל אלה הם תגליות של 50 האחרונים, ואם אנחנו מדברים על החשוב ביותר - אז 25 שנה. הם יצרו ביולוגיה מודרנית, עזרו לנו להתקרב לידע הסודות הפנימיים ביותר של החיים.
מה ברור לנו? התפתחות הגנטיקה אפשרה ליצור גזעים חדשים של חיות בית, לפתח זנים חדשים של צמחים. המהפכה הירוקה שהתרחשה היא תוצאה ישירה של מחקר גנטי.הידע על מבנה התרכובות הטבעיות הפעילות ביולוגית סייע לכימיה לסנתז תרופות רבות שבלעדיהן לא ניתן לדמיין את הרפואה המודרנית. כיום, בארצנו ובמדינות אחרות בעולם, יש תעשייה ענפה המשתמשת בשיטות מיקרוביולוגיות לסינתזה של תרכובות אורגניות. באופן זה, למשל, מתקבל חלבון מיקרוביאלי. שמרים גדלים על ידי פחמימנים מנפט, אלכוהול עשוי לגדל על כמה גזים כמו מתאן או מימן בעתיד הקרוב. ומשמרים מתקבל חלבון מלא המשמש כמזון לבעלי חיים. כל זה גלוי לכולם. אך מה הכוונה ב"בלתי נראה "? אלה הרעיונות שמדע היסוד מוליד. בתוך המעבדה בה רעיונות אלה עולים, יתכן שהם לא יתורגמו ישירות לפרקטיקה. אך באמצעות מערכת ההשכלה הגבוהה ובדרכים אחרות, רעיונות הופכים לנחלתם של רבים ובעיקר מומחים העובדים בחקלאות, רפואה ותעשייה. ושם קרן הזהב של הידע מניבה פרי. לעיתים קשה לעקוב אחר התהליך הזה, שלא לדבר על לכמת, הוא דומה לנחל שיורד מתחת לאדמה, סופג שם מים אחרים ואז, אי שם מרחוק, יוצא בצורה של נחל הרבה יותר חזק מאותו זרזיף שנתן לו חַיִים. הרעיון למניעת מחלות זיהומיות באמצעות חיסונים הופיע בתחילה כטכניקת מעבדה פשוטה לחקר הפיזיולוגיה של מיקרואורגניזמים. לקח זמן ומאמץ של מתרגלים רבים ליצור מגוון חיסונים, מערכת שלמה של צעדים ממשלתיים למניעת מחלות זיהומיות - חיסונים, נגיד, נגד אבעבועות שחורות, נגד שַׁחֶפֶת, נגד פוליו. ואף אחד לא זוכר יותר שהכל התחיל במעבדה, עם מבחנה. דוגמה אחרת. תעשיית האנטיביוטיקה הענקית והשימוש בהם לטיפול במחלות רבות מקורן בתצפיתו הצנועה של המיקרוביולוג האנגלי פלמינג, שהבחין בטעות שהנוזל בו הוא מגדל עובש מונע צמיחה של חיידקים. תן לי להפנות את תשומת ליבך למספר משימות שהחיים המודרניים הציבו למדע שלנו. קודם כל, אנו מדברים על שימוש בשיטות ביולוגיות לשמירה על איכות הסביבה. קח חומרי הדברה. רבים מהם מזיקים לעולם החי. אך באופן עקרוני ניתן ליצור חומרי הדברה אחרים. הם יהרסו מזיקים, אך לא ישפיעו על ציפורים וחרקים מועילים, פשוט מכיוון שלתרכובות כימיות אלו יהיה אורך חיים קצר מאוד ויפעלו על מגוון מוגבל של אורגניזמים. או משהו אחר. ייצור הנפט מתרחב משמעותית לא רק ליבשה אלא גם לחוף הים. בהקשר זה סכנת הזיהום על ידי נפט ומוצריו של האוקיאנוס העולמי היא גדולה. לניקוי, ניתן להשתמש ביעילות רבה במיקרואורגניזמים הניזונים משמן והורס אותו בעת ובעונה אחת. ביולוגים חייבים לקבוע את מידת הסכנה לסביבה ולבני אדם בייצור תעשייתי מסוים, שפסולתם נכנסת לאטמוספרה, למים ולאדמה. תשומת לב להשפעות מזיקות, קביעת גודלן - פירושה לעשות את הצעד הראשון לקראת ביטולן. ואכן, לעתים קרובות התוצאות השליליות של הניהול על הטבע קשורות בעיקר לבורות שלנו. זה היה המקרה, אגב, עם חומרי הדברה - אז אנשים פשוט לא תיארו לעצמם את מידת התופעות השליליות שאליהן השימוש הנרחב שלהם יכול להוביל. לאנושות הזכות לצפות מהביולוגיה לפיתרון של בעיות חשובות כמו המאבק בסרטן ומחלות תורשתיות. עד כאן יש כאן רק אפשרויות, חישובים ותקוות מסוימים. אבל אם לשפוט לפי המהירות המדעית מתפתחת כיום, הזמן אינו רחוק כאשר ניתן להציע כמה שיטות יעילות להילחם במחלות אלה.
אנו עסוקים כעת בבעיות ההנדסה הגנטית. זהו כיוון חדש בביולוגיה המולקולרית, הוא קיים פחות מחמש שנים - תקופה קצרה מאוד למדע. אבל הכיוון הזה מעניין ומבטיח ביותר. מטרת ההנדסה הגנטית היא ליצור באופן מלאכותי, במעבדה, מבנים גנטיים חדשים. לאחר שפיענחו את הקוד הגנטי, למדו מנגנוני טרנספורמציות גנטיות שונות, למדו לבודד אנזימים המבצעים סידורים גנטיים של DNA, מדענים הצליחו להגדיר לעצמם משימה כזו. לא משנה עד כמה ניסויים אלה ייראו צנועים, העובדה נותרה בלתי ניתנת להפרכה: לראשונה, האדם הצליח לשלב במבחנה למבנה גנטי שלם אחד הקיים בנפרד בטבע. מיזוגם לא היה תוצאה של התנגשות אקראית של מולקולות, אלא תוצאה של בחירה מודעת ותוכנית מתחשבת. אחרי הכל, דברים חדשים במדע ובטכנולוגיה מופיעים לרוב בצורה מאוד צנועה ולא תמיד אפילו מוערכים נכון מההתחלה. חוקי הגנטיקה, למשל, שנקבעו על ידי ג'י מנדל, לא הבחינו בידי בני דורם, והם נאלצו להתגלות מחדש כעבור 40 שנה. אילו סיכויים הנדסה גנטית נפתחת, מה היא מבטיחה לנו? הרבה דברים. קודם כל, ברפואה, במאבק במחלות תורשתיות. בדרך כלל הם קשורים לפגמים באחד מאלפי הגנים שנמצאים בגוף האדם. הנדסה גנטית בעצם מאפשרת ליצור כל גן במעבדה. ולאחר שקיבלנו גן, נוכל להשיג את תוצר עבודתו של הגן הזה ולהשתמש בו בכדי לפצות על פגם תורשתי בעזרת טיפול גנטי - יצירת, אם אפשר לומר, תותבת גנטית. ניתן להשתמש בטכניקות הנדסה גנטית גם לייצור הורמונים. סביר להניח כי בקרוב ייוצר אינסולין בדרך זו. במקום לקבל אותו בבית המטבחיים מחזירים או בקר, הוא יתקבל בתרבית חיידקים. על ידי הטלת גנים זרים על מיקרואורגניזמים, אנו יכולים להכריח אותם לייצר את ההורמון הרצוי בכמויות כמעט בלתי מוגבלות. מטבע הדברים, אלה אינם היישומים היחידים של הנדסה גנטית. נראה כי טיפול גנטי אינו מתחום הפנטזיה. כמעט ולא הושג עדיין גן לטיפול במחלות. אך הניסיון של העשורים האחרונים הראה כמה מהר מתפתח מחקר אם הוא מבוסס על התיאוריה הנכונה ומתבצע בשיטות אמינות. לכן, אני אגיד: הפנטזיה הזו לא חסרת בסיס. זו אפילו לא פנטזיה, אלא מדידות אמיתיות, משימות העומדות בפנינו ואשר יפתרו בעתיד די קרוב. האם ניתן למנוע את ההשלכות השליליות של ההתקדמות? ניתן למנוע אותם. למעשה, עם מה הם קשורים? ככלל, עם שלמות הידע שלנו, עם העובדה שאנחנו לא תמיד יכולים להעריך ולחזות תוצאות אפשריות באופן מלא. אם לא ניתן לחזות מראש את כל התוצאות, יש להעריך אותן בסולם המקסימלי ולנקוט בכל אמצעי הזהירות מראש.
יש בזה סוג של דיאלקטיקה: ההתקדמות במדע תסייע בביטול ההשלכות המזיקות של ההתקדמות המדעית והטכנולוגית. כעת מדענים עובדים על בעיית קיבוע החנקן הביולוגי. מה הטעם? השימוש בדשנים חנקניים הוא ללא ספק התקדמות. הם מיטיבים עם השדות ומגדילים את התשואות. אך לחנקן מינרלי יש גם השלכות שליליות - תרכובות חנקניות נשטפות לגופי מים, מה שגורם להתפתחות פלורה לא רצויה שם, מה שמחמיר את הרכב המים. האם אתה יכול להסתדר בלי דשנים? כמובן, בכלל לא עם חקלאות אינטנסיבית, אבל אתה יכול להפחית את השימוש בהם. ידוע שקטניות (פולי סויה, למשל) מטמיעות חנקן מהאוויר. על שורשיהם יש כדורים קטנים - מושבות של חיידקים החיים בסימביוזה עם צמחים. יש להם את היכולת לקשור חנקן אטמוספרי ולהמיר אותו לצורה שסויה יכולה לספוג בקלות. אם יימצאו מיקרואורגניזמים שיכולים לחיות על שורשי הדגנים ולקשור חנקן אטמוספרי, ניתן יהיה למרוח פחות דשן על האדמה. איזה חיסכון אדיר זה מבטיח, איך זה יעזור לשימור הטבע! לאילו כיוונים החיפושים מתנהלים? ועל המסורתיים - לפי בחירה. ובאמצעות הנדסה גנטית. תאר לעצמך: אנו מעבירים את הגנים להטמעת חנקן אטמוספרי מחיידקי הגושים לחיידקים אחרים שעלולים לחיות בסימביוזה עם חיטה או אפילו בעלים של דגנים ... הרבה ניתן לפתור לא באמצעות שיפורים קטנים בשיטות הקיימות, בין אם מדובר בשיטות טכניות או חקלאיות, אלא בשינויים מהותיים, הודות לתגליות חדשות ביסודן. זה העתיד. האנושות לא מיצתה דרכים למנוע את ההשלכות השליליות הקשורות להתפתחות החברה. א.בייב |
ההצלחות של הביולוגיה המודרנית קשורות בעיקר לאותו ענף שלה, שנקרא ביולוגיה מולקולרית. תוצאות בולטות במיוחד הושגו בחקר התורשה - תכונותיהם של אורגניזמים, אשר במשך זמן רב נותרו מסתוריים. מדענים הצליחו לחשוף את מהות הגן. במשך מאות שנים נראה שזה היה משהו מיסטי, כמעט ולא קיים. והתברר שמדובר במבנה כימי אמיתי מאוד - פיסת חומצה דאוקסיריב-גרעינית (DNA), שהיא נושאת המידע הגנטי.
השאיפה לידע של העולם הסובב היא יכולת נצחית ונפלאה של אדם. המדע משיג ידע - זו מטרתו. אך לאנשים יש את הזכות לצפות לתועלות מעשיות ממחקר בסיסי, מהכרת חוקי הטבע. ככל הנראה, אנו יכולים לדבר על שתי צורות של שימוש מעשי בידע - גלוי ובלתי נראה.
עוד שאלה אחת.כל התהליכים הכימיים בגוף הם אנזימטיים. הם עוברים בעזרת מה שמכונה זרזים ביולוגיים - חלבוני אנזים. בתעשייה הכימית משתמשים גם בזרזים - מאיצים של תגובות, אך הם אינם אורגניים, לפחות לא חומרים חלבוניים. אין צורך לומר במפורש כי תהליכים ביוכימיים מתרחשים בתנאים קלים יותר, הם יעילים הרבה יותר. ככל הנראה, בזמן הקרוב, אדם יתחיל להשתמש באופן נרחב יותר בתגובות כימיות המתרחשות בגוף ולמטרות תעשייתיות. עתיד הטכנולוגיה ללא ספק קשור לביולוגיה.
מתבצעת עבודה לסילוק מספר תופעות מזיקות. במפעלים תעשייתיים הקמתם של מתקני טיפול התפתחה באופן נרחב, השליטה על שפכים ופליטות לאטמוספירה נעשתה מחמירה יותר, נוצרים מחזורי ייצור סגורים.כימאים עובדים על חומרי הדברה "לא מזיקים", נוצרים חומרים סינתטיים ש"ינשמו ", ועוד הרבה יותר.
| דמיטרי יוסיפוביץ 'איבנובסקי | מאיצים ביולוגיים |
|---|
מתכונים חדשים
