Para os segredos dos vivos (perspectivas da genética)

Os sucessos da biologia moderna estão principalmente associados a esse ramo dela, que é chamado de biologia molecular. Resultados particularmente notáveis ​​foram alcançados no estudo da hereditariedade - as propriedades dos organismos, que por muito tempo permaneceram misteriosas. Os cientistas conseguiram descobrir a natureza do gene. Durante séculos, parecia algo místico, quase inexistente. E acabou sendo uma estrutura química muito real - um certo pedaço de ácido desoxirribonucléico (DNA), que é o portador da informação genética.

O código genético foi decifrado - uma forma de registrar informações genéticas hereditárias que a natureza escolheu. Sabemos que uma pessoa usa diferentes formas de registrar informações. Mecânica - em livros, letras individuais, palavras, frases, eles são impressos em máquinas, nós os obtemos na forma de impressos. O método magnético de registro de informações é usado em engenharia elétrica. Existe um óptico - em vários dispositivos de vídeo. Mas a natureza escolheu um caminho completamente diferente - o código genético. Sabe-se agora que a molécula de ácido desoxirribonucléico (DNA) é composta de estruturas químicas separadas e relativamente simples. Existem apenas quatro variedades. Imagine um alfabeto de quatro letras que pode ser usado para escrever toda a variedade de palavras e conceitos. Então é aqui: a alternância de quatro estruturas elementares em uma molécula de ácido desoxirribonucléico é um registro de informação genética hereditária.

Os cientistas investigaram o magnetismo dos processos genéticos. Agora sabemos que todos os rearranjos que ocorrem no DNA (e são precisamente esses rearranjos que levam a uma mudança nas propriedades hereditárias dos organismos) são realizados com a ajuda de catalisadores biológicos - enzimas. Sob um microscópio, os rearranjos mais simples parecem ser puramente mecânicos: eles pegaram, por exemplo, um pedaço de pau, que é uma molécula de DNA semelhante a um fio, e o quebraram, e então de alguma forma eles o consertaram novamente. Na verdade, tudo é mais complicado ... Existem enzimas especiais que fazem essa ruptura na molécula de DNA e outras enzimas que costuram o fio. Esse é o caso de outros rearranjos genéticos. Descobriu um grande número de enzimas envolvidas na síntese de ácidos nucléicos, em vários rearranjos de suas moléculas.

Muito se sabe sobre os mecanismos das reações químicas que ocorrem na célula e em todo o organismo. Os processos de formação e uso de energia foram estudados. A bioenergia celular é muito complexa. Em tecnologia, estamos lidando com a conversão de energia térmica. A energia térmica não pode ser usada na gaiola. Principalmente utilizada é a energia química, que é convertida em energia mecânica, por exemplo, durante a contração muscular, gasta na movimentação de nutrientes e semelhantes.

Grandes avanços foram feitos no estudo de proteínas, ácidos nucléicos e várias estruturas intracelulares. O conhecimento é acumulado a uma taxa variável. Todas essas são descobertas dos últimos 50 anos, e se falamos das mais importantes - 25 anos. Eles criaram a biologia moderna, ajudaram-nos a chegar perto do conhecimento dos segredos mais íntimos dos vivos.

O esforço pelo conhecimento do mundo ao redor é uma habilidade eterna e maravilhosa de uma pessoa. A ciência obtém conhecimento - este é o seu propósito. Mas as pessoas têm o direito de esperar benefícios práticos da pesquisa fundamental, do conhecimento das leis da natureza. Provavelmente, podemos falar de duas formas de uso prático do conhecimento - visível e invisível.

O que é óbvio para nós? O desenvolvimento da genética possibilitou a criação de novas raças de animais domésticos, o desenvolvimento de novas variedades de plantas. A revolução verde que ocorreu é um resultado direto da pesquisa genética.O conhecimento da estrutura dos compostos biologicamente ativos naturais ajudou a química a sintetizar muitos medicamentos, sem os quais a medicina moderna não pode ser imaginada.

Hoje, em nosso país e em outros países do mundo, existe uma extensa indústria que utiliza métodos microbiológicos para a síntese de compostos orgânicos. Desta forma, por exemplo, é obtida uma proteína microbiana. A levedura é cultivada em hidrocarbonetos de petróleo, o álcool provavelmente será cultivado em alguns gases como metano ou hidrogênio em um futuro próximo. E da levedura, é obtida uma proteína completa, que é usada como ração para animais de fazenda.

Tudo isso é visível para todos. Mas o que significa “invisível”? Estas são as ideias que a ciência fundamental dá origem. Dentro do laboratório onde essas idéias surgem, elas podem não ser diretamente traduzidas na prática. Mas, por meio do sistema de ensino superior e de outras formas, as idéias se tornam propriedade de muitos, especialmente de especialistas que trabalham na agricultura, medicina e indústria. E aí o fundo dourado do conhecimento dá frutos. Este processo às vezes é difícil até mesmo de rastrear, quanto mais quantificar, ele se assemelha a um riacho que vai no subsolo, absorve outras águas ali e então, em algum lugar ao longe, sai na forma de um riacho muito mais poderoso do que aquele gotejar que lhe deu vida.

A ideia de prevenir doenças infecciosas por meio da vacinação apareceu inicialmente como uma técnica laboratorial simples no estudo da fisiologia dos microrganismos. Muitos profissionais gastaram tempo e esforços para criar uma variedade de vacinas, todo um sistema de medidas governamentais para prevenir doenças infecciosas - vacinações, digamos, contra a varíola, contra tuberculose, contra a poliomielite. E ninguém se lembra mais que tudo começou com um laboratório, com um tubo de ensaio. Outro exemplo. A imensa indústria de antibióticos e seu uso no tratamento de muitas doenças teve origem na humilde observação do microbiologista inglês Fleming, que sem querer percebeu que o líquido em que cultivava bolores impedia o crescimento de micróbios.

Deixe-me chamar sua atenção para várias tarefas que a vida moderna estabeleceu para nossa ciência. Em primeiro lugar, estamos falando sobre o uso de métodos biológicos para preservar o meio ambiente. Pegue pesticidas. Muitos deles são prejudiciais para o mundo dos vivos. Mas, em princípio, você pode criar outros pesticidas. Eles destruiriam as pragas, mas não teriam um efeito nocivo sobre pássaros e insetos benéficos, simplesmente porque esses compostos químicos teriam uma vida útil muito curta e agiriam em uma gama limitada de organismos. Ou alguma outra coisa. A produção de petróleo está se expandindo significativamente, não só em terra, mas também no mar. A este respeito, o perigo de poluição por petróleo e seus produtos do Oceano Mundial é grande. Para a limpeza, você pode usar de forma muito eficaz microorganismos que se alimentam de óleo e o destroem ao mesmo tempo.

Os biólogos devem determinar o grau de perigo para o meio ambiente e os humanos de certas indústrias industriais, cujos resíduos entram na atmosfera, na água e no solo. Prestar atenção aos efeitos nocivos, determinar seu tamanho - significa dar o primeiro passo para eliminá-los. Na verdade, muitas vezes as consequências adversas do manejo para a natureza estão principalmente associadas à nossa ignorância. Esse foi o caso, aliás, com os pesticidas - então as pessoas simplesmente não imaginavam a extensão desses fenômenos negativos aos quais seu uso generalizado poderia levar.

A humanidade tem o direito de esperar da biologia a solução de problemas tão importantes como o combate ao câncer e às doenças hereditárias. Até agora, existem apenas algumas possibilidades, cálculos e esperanças aqui. Mas, a julgar pela rapidez com que a ciência está se desenvolvendo hoje, não está longe o tempo em que alguns métodos eficazes podem ser propostos para combater essas doenças.

Mais uma pergunta.Todos os processos químicos do corpo são enzimáticos. Eles vão com a ajuda dos chamados catalisadores biológicos - proteínas enzimáticas. Na indústria química também são usados ​​catalisadores - aceleradores de reações, mas não são orgânicos, pelo menos não substâncias proteicas. Não há necessidade de dizer especificamente que os processos bioquímicos ocorrem em condições mais brandas, eles são muito mais eficazes. Provavelmente, em um futuro próximo, uma pessoa começará a usar mais amplamente as reações químicas que ocorrem no corpo e para fins industriais. O futuro da tecnologia está, sem dúvida, associado à biologia.

Estamos ocupados agora com os problemas da engenharia genética. Esta é uma nova direção na biologia molecular, ela existe há menos de cinco anos - um período muito curto para a ciência. Mas essa direção é extremamente interessante e promissora. O objetivo da engenharia genética é criar artificialmente, em laboratório, novas estruturas genéticas. Tendo decifrado o código genético, tendo estudado os mecanismos de várias transformações genéticas, tendo aprendido a isolar enzimas que realizam rearranjos genéticos do DNA, os cientistas puderam se estabelecer nessa tarefa.

Não importa o quão modestos esses experimentos possam parecer, o fato permanece irrefutável: pela primeira vez, o homem foi capaz de se combinar em um tubo de ensaio em estruturas genéticas inteiras que existem separadamente na natureza. Sua fusão não foi o resultado de uma colisão aleatória de moléculas, mas foi o resultado de uma escolha consciente e um plano bem pensado. Afinal, coisas novas em ciência e tecnologia freqüentemente aparecem de uma forma muito modesta e nem sempre são avaliadas corretamente desde o início. As leis da genética, por exemplo, instituídas por G. Mendel, não foram percebidas pelos contemporâneos e tiveram que ser redescobertas 40 anos depois.

Que perspectivas a engenharia genética abre, o que ela nos promete?

Muitas coisas. Em primeiro lugar, na medicina, na luta contra as doenças hereditárias. Eles geralmente estão associados a defeitos em um dos milhares de genes encontrados no corpo humano. A engenharia genética basicamente permite que qualquer gene seja feito em laboratório. E tendo recebido um gene, podemos obter o produto do trabalho desse gene e usá-lo para compensar um defeito hereditário com a ajuda da terapia gênica - criando, por assim dizer, uma prótese genética.

As técnicas de engenharia genética também podem ser usadas para produzir hormônios. Muito provavelmente, a insulina em breve será produzida dessa forma. Ao invés de recebê-lo no matadouro de suínos ou bovinos, ele será obtido em cultura bacteriana. Ao impor genes estranhos aos microrganismos, podemos forçá-los a produzir o hormônio necessário em quantidades quase ilimitadas.

Naturalmente, essas não são as únicas aplicações da engenharia genética. A terapia genética parece estar fora do reino da fantasia. Quase nenhum gene foi obtido para o tratamento da doença. Mas a experiência das últimas décadas tem mostrado como a pesquisa se desenvolve rapidamente se for baseada na teoria correta e realizada com métodos confiáveis. Portanto, direi: essa fantasia não é infundada. Isso não é nem uma fantasia, mas medidas reais, tarefas que enfrentamos e que serão resolvidas em um futuro bastante próximo.

As consequências negativas do progresso podem ser evitadas? Eles podem ser evitados. Na verdade, com o que eles estão conectados? Via de regra, com a incompletude do nosso conhecimento, com o fato de que nem sempre podemos avaliar e prever os resultados possíveis. Se nem todas as consequências podem ser previstas com antecedência, é necessário avaliá-las na escala máxima e tomar todas as precauções com antecedência.

O trabalho está em andamento para eliminar uma série de efeitos prejudiciais. Em empreendimentos industriais, a construção de estações de tratamento tem sido amplamente implantada, o controle de efluentes e emissões para a atmosfera tornou-se mais rígido e ciclos de produção fechados estão sendo criados.Os químicos estão trabalhando em pesticidas "inofensivos", estão sendo criados materiais sintéticos que "respiram" e muito mais.

Há uma espécie de dialética nisso: os avanços das ciências ajudarão a eliminar as consequências nefastas do progresso científico e tecnológico. Agora os cientistas estão trabalhando no problema da fixação biológica de nitrogênio. Qual é o ponto? O uso de fertilizantes nitrogenados é um progresso indiscutível. Eles beneficiam os campos e aumentam os rendimentos. Mas o nitrogênio mineral também tem suas consequências negativas - compostos nitrogenados são arrastados para os corpos d'água, causando o desenvolvimento de uma flora indesejada ali, o que piora a composição da água. Você pode ficar sem fertilizantes? Claro que não com a agricultura intensiva, mas é possível reduzir seu uso. Sabe-se que as leguminosas (soja, por exemplo) assimilam o nitrogênio do ar. Existem pequenas bolas em suas raízes - colônias de bactérias que vivem em simbiose com as plantas. Eles têm a capacidade de ligar o nitrogênio atmosférico e convertê-lo em uma forma que a soja pode absorver facilmente.

Se forem encontrados microorganismos que podem viver nas raízes dos cereais e se ligar ao nitrogênio atmosférico, será possível aplicar menos fertilizante ao solo. Que economia tremenda isso promete, como ajudará na conservação da natureza! Em que direções as pesquisas estão indo? E nos tradicionais - por seleção. E por meio da engenharia genética. Imagine: transferimos os genes para assimilar o nitrogênio atmosférico das bactérias nodulares para outras bactérias que poderiam viver em simbiose com o trigo ou mesmo nas folhas dos cereais ...

Muito pode ser resolvido não por pequenas melhorias nos métodos existentes, sejam métodos técnicos ou agrícolas, mas por mudanças fundamentais, graças a descobertas fundamentalmente novas. Este é o futuro. A humanidade não esgotou os meios de prevenir as consequências negativas associadas ao desenvolvimento da sociedade.

A. Baev

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