Складнев Д. А.
ЧТО МОЖЕТ БИОТЕХНОЛОГИЯ
*** 1990 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
Автор: СКЛАДНЕВ Дмитрий Анатольевич — кандидат биологических наук, окончил биологический факультет МГУ, работает во Всесоюзном НИИ генетики промышленных микроорганизмов. В настоящее время занимается вопросами биотехнологии, в частности использования микробиологических культур для получения промышленно полезных продуктоа и полуфабрикатов. Активно публикуется в научной периодической печати. Редактор: Г.Г.КАРВОВСКИЙ СОДЕРЖАНИЕ К читателю 3 Вступление 4 Когда началась биотехнология 6 Ее величество ДНК 10 В чем сходство между шифровкой и ДНК 22 Мораторий Берга 28 Для разгрома фашизма и освобождения Франции он сделал больше целых дивизий 36 Проект ПОГО 41 В последнее время на страницах газет и журналов все чаще появляются сообщения. так или иначе связанные с одной из самых молодых наук XX века — биотехнологией. Это и новые лекарственные средства, и биологическая защита урожая, и методы лечения многих болезней, в том числе таких грозных, как СПИД и рак. Так что же такое биотехнология? Когда она возникла? Что она может сейчас и каковы ее возможности в будущем? На все эти совсем не простые вопросы живо и интересно пытается ответить автор — биотехнолог по профессии, связывая вставшие перед наукой проблемы с проблемами общечеловеческими. Рассчитана на широкий круг читателей. К читателю Что такое биотехнология и как она связана с проблемами лечения СПИДа, предупреждением развития раковых опухолей, созданием неуязвимых для вредителей полезных растений? В редакцию "Знакавопроса" приходит множество писем с просьбами ответить на эти и многие другие вопросы, связанные с бурно развивающейся особенно в последнее время новой научной дисциплиной — биотехнологией. Ученые, медики возлагают па нее очень большие надежды, связанные более всего с решением перечисленных выше острейших проблем, стоящих перед человечество Сегодня все более оказывается ясным, что многочисленные недуги. терзающие с незапамятных времен человека, имеют генетическую природуу то есть возникают в результате "поломки" того или иного гена. Задача биотехнологии найти этот дефектный ген. определить характер "поломки". Разумеется, все это полностью относится также к животным и растениям. Как было бы здорово, введя в клетку соответствующий ген, создать "неболеющих" домашних животных и сорта не поддающейся вредителям пшеницы, ржи. овса или же выращивать хлопок с заданными свойствами волокна, и к тому же не истощающий почву. сиональный биотехнолог — делает попытку на простых и доходчивых примерах объяснить суть проблем, с которыми имеет дело его наука, познакомить с ее историей, достижениями, перспективами. Расшифровка генов, получение полезного и нужного белка, создание лекарств и вакцин, которые помогут пороться с различными недугами, разработка новых исследовательских инструментов, без которых просто немыслимы операции на молекулярном уровне — все эти биотехнология. Задача просто рассказать сложном чрезвычайно трудна, поэтому и автор и редакция вполне отдают себе отчет в том. что наверное не все удаюсь в этой работе, но тем не менее, мы надеемся. что пытливому и заинтересованному читателю она окажется полезной. Вступление Каждый день мы просыпаемся и радуемся солнцу и свету, началу нового дня, который сулит нам новые открытия и впечатления. Выглянув в окно или выйдя во двор, мы видим зеленую листву деревьев, траву и даже не догадываемся, что вот точка в пространстве, где начинается биотехнологическое таинство, дающее нам мясо и творог, молоко и хлеб. Именно в зеленом листе начинается тот загадочный процесс фотосинтеза, благодаря которому существует все живое на Земле вот уже как минимум три миллиарда лет. В листе солнечный луч, его энергия преобразуется в энергию химических связей органики, то есть глюкозы, белков и жиров. Растения, их биотехнология — это и подсолнечное масло, и хлеб, и сахар на нашем столе. А потом растения поедают животные, которые дают нам мясо и яйца, молоко и масло сливочное, сыр и творог. И мы, поедая все это, запускаем в своем организме сложнейшие биотехнологические "конвейеры", на которых белки "разберутся" до аминокислот, жиры — до составляющих их глицерина и жирных кислот, крахмал распадется на глюкозу, а нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. Затем все эти "кирпичики" соберутся по "программам", задаваемым нашими генами, в наши белки, жиры и углеводы, а также нуклеиновые кислоты, чтобы составилась неповторимая генетическая комбинация, которой нет и никогда не будет в мире. Как доказать, что мы с генетической точки зрения уникальны? А очень просто: если бы этой уникальности не было, то не было бы и трансплантационного иммунитета, то есть реакции отторжения пересаженных органов и тканей. Только однояйцевые близнецы, являющиеся зеркальным отображением друг друга, не имеют барьера несовместимости. Все у них одинаково — и гены, и белки, поэтому пересаженные у них органы и ткани приживаются без иммунодепрессантов, то есть веществ, которые подавляют иммунную реакцию отторжения. Можно сказать, что и биотехнология, молекулярная "машине-рия" у них одинакова. Но рождение однояйцевых близнецов — чрезвычайно редкое событие. А как бы было хорошо наладить такое "производство" органов и тканей, которые можно было бы менять в любой момент. При тяжелых заболеваниях не надо было бы искусственного сердца и сложного устройства — диализатора для очистки крови, с чем прекрасно справляются здоровые почки. Просто пошел в больницу и заменил орган, вышедший из строя. Захотел сменить кожу — не нравятся тебе морщины или родимое пятно, — пожалуйста. Когда-нибудь так и будет! Представим себе "Институт биотехнологии органов и тканей", в котором в термостатах будут выращиваться сердца и легкие, печень и почки. Да, славное будет времечко, но пока до него еще далеко. "Словами мы познаем суть вещей" — говорил мудрый царь Соломон. Последуем совету мудрого Соломона, и попытаемся понять суть биотехнологии через посредство составляющих это слово частей "биос" и "техне". Не составляет труда распознать их гренеское происхождение. С первой частью, означающей "жизнь", мы встречаемся в таких словах, как "биология" — изучение жизни "биоценоз" — живое сообщество. А о биополе и говорить не приходится... Греческое "биос" восходит к древнейшему индоевропейскому корню "бэй". В разные времена его начальный звук произносился нашими пращурами по-разному, поэтому этот корень в греческом дал еще слово "зоэ", которое означает жизнь и животное. Отсюда имена Зоя и Зевс, то есть бог, властелин всего сущего, живого на Земле. Вспомните зоологию я названия геологических эр: палеозой, мезозой, кайнозой и т.д. Один из широко распространенных витаминов назвали "биотин". Есть организмы аэробы, живущие за счет кислорода воздуха, и анаэробы, для которых воздух с его кислородом смерти подобен, например те же дрожжи или молочнокислые палочки. Амфибии — это "двоякоживущие", или земноводные, обитающие в двух средах: на земле и в воде. Когда организмы живут бок о бок, помогая друг другу, то говорят о симбиозе. На зиму в холодное время года некоторые животные впадают в спячку, называемую анабиозом. Многие также знают об особых разрастаниях на корнях растений, в которых размножаются симбиотирующие микроорганизмы и, фиксируя атмосферный азот, "подкармливают" растение-хозяин, дающее им приют в своих корнях. Корень на греческом — "ризос", поэтому микроорганизмы, живущие в корневых разрастаниях, получили название "ризобиум". Ну и последнее: микроб, то есть микроскопическое живое существо, благодаря которому и стала возможна современная биотехнология. Вторая часть слова "биотехнология" — "техне" — восходит к "текс" — вить, прясть, делать что-то руками. Отсюда слово текстиль, текст, контекст, тектоника, архитектура, технология. Теперь мы можем перевести слово "биотехнология" — производство с помощью живых существ, или технология живого. Когда началась биотехнология Мы не знаем, когда человек начал сам возделывать растения и приручать животных, но, вероятнее всего, это случилось не ранее десятидвенадцати тысяч лет назад, когда закончилось последнее оледенение. Современные методы анализа пыльцы растений говорят нам, что уже девять с половиной тысяч лет назад на территории современной Франции люди выращивали чечевицу. Несколько раньше началось земледелие на Ближнем Востоке, который очень многие ученые считают колыбелью цивилизации. Родившись в долинах полноводных рек, главным образом между реками Тигром и Евфратом, земледелие дало человеку один из первых продуктов биотехнологии — зерно. Мы называем эту область Междуречьем, а по гречески Месопотамия (от слова "потам" — река, для сравнения можно привести название "речной лошади" гиппопотама). В Месопотамии в разное время существовали государства Шумер, Аккад, Ассирия. Именно древние шумеры изобрели клинопись на глиняных табличках, которые через много тысяч лет находят при раскопках археологи. У древних шумеров даже клинописи поначалу не было. Им, подобно египтянам, приходилось все рисовать. Расшифровать такую письменность в большинстве случаев пока не удается, но кое-что ученым узнать удалось. Они, в частности, узнали, что в шумерских городах были школы, в которых детей учили решать задачи. С одной из таких задач и ее решением ученые столкнулись совсем недавно. На табличке был дан ход решения школьных упражнений по определению количества работников, необходимых для осуществления определенной работы, а также того провианта, который необходим для этих работников. Среди провианта числились меры зерна и кувшины ячменного пива. Нас это пиво интересует в первую очередь, поскольку это одно из древнейших свидетельств использования людьми биотехнологических процессов. Ведь пиво невозможно приготовить без применения микроорганизмов, переводящих сахар в спирт. Но на той табличке ничего не говорилось о выпекании хлебов. Хлеб они, как и библейские герои, по всей видимости ели пресный. В Библии говорится даже об особом празднике "опресноков", то есть пресных лепешек, выпекавшихся на разогретых в кострах камнях. В то же время в Библии много говорится о пастушеских заботах ее героев. Древние пастухи были наблюдательны и прекрасно знали основы науки о наследственности, которую ученые потом назовут "генетикой" — от слова "ген", или "колено", "поколение", "род". Известнейший древнегреческий философ Платон, ученик Сократа и учитель Аристотеля, писал даже об "евгенике", то есть улучшении рода человеческого. Но вернемся к библейским пастухам. Есть в Библии одна история о пастухе Якове, который влюбился в Рахиль — дочь богатого скотовладельца. Да так влюбился, что готов был за нее отработать со стадами папаши семь лет. Но не сдержал своих слов коварный богач к заставил юношу отработать еще семь лет. И вот тут-то Яков отомстил негоднику: он так повел скрещивание скота, что в стаде богача быстро стали накапливаться животные с неблагоприятными наследственными признаками. Где же мог научиться неграмотный пастух такому изощренному генетическому "коварству"? Похоже, что в Междуречье, где его народ долгое время находился в плену в Вавилоне. Археологи при раскопках нашли глиняную табличку, свидетельствующую о том, что в Междуречье уже шесть тысяч лет назад занимались разведением лошадей. А ассирийские жрецы, как это мы можем видеть на барельефе, занимались опылением финиковых пальм под распростертыми крылами их Бога Солнца. Не так давно весь археологический мир заговорил об открытии величественной цивилизации в долине реки Ннда. Еще древние шумеры вели активную торговлю с городами индостанского полуострова. По обе стороны Аравийского моря ученые находят одинаковые стеатитовые (стеатит — лечебный камень) печати с многочисленными изображениями быков, что свидетельствует об их разведении. С Индостана в Шумерское государство поставляли специи и шерсть, лен и растительное масло. Клинопись Шумера сообщила о многочисленных кожах, привозившихся из-за моря, а в самой долине Инда археологи раскопали глиняные... змеевики, с помощью которых древние жители перегоняли спирт продукт жизнедеятельности дрожжей. Еще дальше на востоке, в Древнем Китае, уже три тысячи лет назад в эпоху Западной империи Чжоу жители провинции Шанси умели готовить рисовое вино. В древней "Книге песен" говорится, что "финики будем собирать в августе, а урожай риса в октябре, чтобы успеть к весне приготовить хмельной напиток и на веселом празднике пожелать друг другу здоровья". Можно в скобках заметить, что само рисовое поле представляет собой прекрасно сбалансированную биотехнологическую систему сим-биотирующих организмов. Рисовому кустику помогают расти и развиваться небольшой водяной папоротник, а сине-зеленые водоросли, которые способны усваивать азот непосредственно из воздуха, помогают накопить в рисовом зерне ценный белок. Издревле в Китае культивировался шелк. Все знают, что шелк — это нить, получаемая при разматывании кокона, в котором прячется гусеница тутового шелкопряда. Кокон она делает из паутины, обматываясь ею со всех сторон. Меньше известно, что паутина представляет собой практически чистый белок, причем нить его прочнее стали! Еще Аристотель писал об этом удивительном продукте биотехнологии загадочного Востока. По Великому шелковому пути ткани из него доставлялись в Египет, где очень высоко ценились на рынках Мемфиса и Александрии. Древние Греция и Рим унаследовали все эти знания, что отразилось в языке, а потом закрепилось и в современной научной терминологии. Сегодня химики и биохимики не задумываясь пользуются греческим словом "энзим" и латинским "фермент" для обозначения особых "рабочих" белков в клетках, которые и осуществляют все реакции в живом мире. В основе греческого слова лежит корень "зим" — поднимать. Читатель уже догадался, что речь идет о поднявшемся дрожжевом тесте. Дрожжевое тесто, как хорошо всем известно, делается с помощью закваски — недаром его еще называют "квашня". В Древнем Риме, конечно же, не знали, что закваска представляет собой дрожжи (кстати, от слова "дрожать" — ведь поднявшееся тесто "дрожит"), поэтому говорили "ферментум" — брожение, кипение, взрыв, резкое увеличение в объеме. Лингвисты знают, что латинское "ферментум" восходит к древнему "бреу", от которого произошло наше слово "брожение" и немецкое "брот" — хлеб, входящее составной частью в слово "бутерброд", то есть дословно "масло-хлеб". Сюда же можно добавить название морского ветра "бриз" и напитка "бренди". В Александрии прекрасно знали процесс перегонки. Александр Афродизий писал, как матросы кипятили морскую воду, собирая пресные пары с помощью губок. Плиний описал другой метод конденсации летучих паров: холодный бараний мех с родниковой водой подвешивали над костром с кипящей смолой, собирая тем самым пары скипидара. В Ветхом завете в Книге творения описывается опьянение Ноя после спасения его на знаменитом Ноевом ковчеге, на котором он пустился в плавание по бурным водам Всемирного потопа. В Древней Греции вино запрещалось пить неразбавленным. Само это слово "вино" пришло в наш язык через латынь, которая заимствовала его из греческого, где оно называлось "ойнос". Древнеримский поэт Гораций писал о знаменитом фалернском вине, которое прославилось в 42 г. до н.э. в правление консула Минатиуса Планкуса, когда случился небывалый урожай винограда. По римскому уголовному праву муж оправдывался судом, если он убивал жену, подобравшую ключи к винному погребу. В конце XYQ в. появились первые бутылки, столь живо обыгранные великим Дюма в его романе "Три мушкетера". Горлышки бутылок стали заливать сургучом, что позволяло дольше выдерживать вино. Это было сделано доном Пьером Периньо в Шампани, лежащей к востоку от Парижа. Его по праву считают "отцом шампанского". В 1775 г. было сделано интересное открытие: если виноградную гроздь оставить на лозе до заморозков, то это приводит к увеличению сахаристости благодаря гидролизу углеводов (гидролиз означает "лизис" — расщепление с помощью "гидры", то есть воды). К углеводам относятся сахаросодержащие вещества, такие, как крахмал, гликоген, целлюлоза. Так Франция стала ведущей мировой державой винной биотехнологии, переняв эстафету от Египта, в котором мумии клали на виноградные грозди D саркофагах, и Греции, в которой Теофраст, ученик Аристотеля, описывал способы выращивания виноградной лозы, а Александр Македонский взял лозу с собой в индийский поход. И вот ближе к середине прошлого века французское вино "заболело", закисая чуть ли не на первый год после изготовления. Французские виноделы обратились к Пастеру, который до того уже успел прославиться как химик. Почему же виноделы обратились к химику? Ведь вино — это продукт живой природы. Да, это так, но в то время господствовало мнение известного немецкого химика Ю. Либиха, который считал, что брожение вина представляет собой чисто химический процесс. Пастер великолепно справился с поставленной перед ним виноделами Франции задачей. По ходу ее решения он сделал еще одно величайшее открытие: брожение обусловлено жизнедеятельностью живых микроскопических существ, или микробов. Размножаясь неуправляемо, микробы уксуснокислого брожения "выедают" накопившийся в вине спирт и окисляют его в уксусную кислоту. Пастер нашел простой способ, приостанавливающий нежелательное размножение микроорганизмов: необходимо то, что вы желаете защитить от биологической опасности, прогреть два-три раза до температуры 60-70°С. Этот способ получил название "пастеризация". Вы, наверное, обращаете внимание на надпись, имеющуюся на молочном пакете: "молоко пастеризованное". Помните, что это в честь величайшего французского химика и микробиолога Луи Пастера! Пастер потом полностью переключился на микробиологию, основателем которой его по праву считают. В Париже он основал знаменитый Пастеровский институт, куда собрал лучшие силы тогдашней научной Европы. У него работали Ру и Кох, он пригласил к себе нашего выдающегося исследователя И. И. Мечникова, который открыл клетку макрофаг, защищавшую нас от болезнетворных микробов и вирусов. Пастеру так и не удалось выделить возбудителя бешенства (бешенство вызывает вирус, а его тогда еще не умели культивировать), но он, тем не менее, создал прививку против этого страшного заболевания. 4 июля 1885 г. Пастер- не врач — иммунизировал с помощью своей прививки маленького Жозефа Мейстера, которого искусала бешеная собака. Иммунизация прошла успешно, и Мейстер намного пережил Пастера, который умер в 1895 г. Мейстер покончил с собой только 14 июня 1940 г., когда в Париж вошли гитлеровские войска. После себя Пастер оставил директором института И. И. Мечникова, который занимал этот пост до самой своей смерти в 1916 г. KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
