Интеллектуальные беседы на тему биологии, нейробиологии, генетики
Ответить
Профессор
Участник
Баланс:3404
 
Сообщения: 232
Регистрация: 26.10.2019

Что же такое ген и как он устроен?

Профессор » 24.06.2022 11:41

+
5
-
В первой половине двадцатого века господство в науке принадлежало физике. К началу 1930-х годов физики были убеждены в своём всемогуществе.

В то самое время молодой немецкий физик-теоретик Макс Дельбрюк искал область науки, в которой он мог бы сделать карьеру. Учёный попробовал в квантовую химию. Позже он занимался исследованиями в области ядерной физики. Но ни одна из наук не пришлась Дельбрюку по душе.

Изображение

Но однажды, в августе 1932 года, занимаясь исследованиями в Институте Бора в Копенгагене, Дельбрюк посетил лекцию, прочитанную Бором на Международном конгрессе по светотерапии. Лекция носила название «Свет и жизнь».

По возвращении Дельбрюк начал налаживать контакты с биологами. В то время ему особенно нравилось находиться в обществе русских учёных, собственно он и познакомился с известным русским генетиком Николаем Владимировичем Ресовским, который работал в Берлине. Дельбрюк стал приглашать его домой на встречи своих друзей-физиков. Тимофеев-Ресовский рассказывал о плодовой мушке дрозофиле, о мутациях в генах, которые можно вызвать воздействием рентгеновских лучей. Как раз последним вопросом генетик занимался вместе с физиком-экспериментатором Карлом Циммером.

В то же самое время биологи обнаружили дискретную неделимую частицу (ген), которая может случайным образом переходить из базового состояния (известного в генетике как «дикий тип») в «мутантное» состояние.

Что же такое ген и как он устроен? Это был один из главных вопросов, о котором спорили на вечерах у Дельбрюка. По словам самого Тимофеева-Ресовского, генетиков эта проблема не особо интересовала на тот момент. Для них гены — такая же фундаментальная частица наследственности, как электроны для физиков. Николай Владимирович говорил:

«Вот, я вас спрошу, из чего состоит электрон?»

Раздался громкий смех.

«Вот видите, также смеются генетики, когда их спрашивают, из чего состоит ген. Вопрос о том, что такое ген, выходит за рамки генетики, и его бессмысленно адресовать генетикам. Вы, физики, должны искать ответ на него».

Дельбрюк, в свою очередь, спросил:

«Неужели нет гипотезы о структуре гена?».

Тимофеев-Ресовский ответил:

«Ну, как же! Мой учитель, Николай Константинович Кольцов, считает, что ген — это полимерная молекула, скорее всего, молекула белка.»

Такая гипотеза не сильно устроила Дельбрюка. Он парировал:

«Ну и что это объясняет? От того, что мы назовём ген белком, мы поймём, как гены удваиваются? Ведь главная-то загадка в этом! Ты же сам рассказывал нам, как в роду Габсбургов из поколения в поколение переходила характерная форма губы? Что делает возможным столь точное копирование генов в течение веков? Каков механизм? Разве химия даёт нам такие примеры? Во всяком случае, я никогда ничего подобного не слышал. Нет, тут нужна совершенно иная идея. Тут действительно таится загадка. Великая загадка. Возможно, новый закон природы. Сейчас главный вопрос — как к этому подступиться экспериментально».

Таким образом, генетик Тимофеев-Ресовский и физик по имени Карл Циммер стали участниками сообщества Дельбрюка. Результатом работы такого сообщества стала статья, которая получила название «Документ трёх человек», и она оказала большое влияние как на карьеру Дельбрюка, так и на размышления о природе гена (Тимофеев-Ресовский и др., 1935). Вывод, основанный на стабильности гена, измеренной по частоте мутаций при разных дозах ионизирующего излучения по сравнению с разными температурами, заключался в том, что ген, вероятно, представляет собой молекулу.

Несколькими годами раньше Г. Дж. Мюллер обнаружил, что ионизирующие излучения вызывают мутации, и работа берлинской группы очень ясно показала, что эти мутации вызываются либо отдельными парами ионов, либо их небольшими кластерами. Обсуждение этих открытий в нашей небольшой группе укрепило представление о том, что гены обладают своего рода стабильностью, аналогичной стабильности химических молекул. Оглядываясь назад, на наши нынешние знания, можно было бы счесть это тривиальным утверждением: чем ещё могут быть гены, как не молекулами? Однако в середине тридцатых годов это не было тривиальным утверждением. Гены в то время были алгебраическими единицами комбинаторной науки генетики, и было совсем неясно, что эти единицы были молекулами, поддающимися анализу с точки зрения структурной химии. Они могли оказаться субмикроскопическими стационарными системами, Кэрнс и др. 1966 ).


Макса Дельбрюка больше всего его интересовало, как гены удваиваются (реплицируются) во время деления клетки. Физики, думающие о биологии, склонны искать простые системы, поддающиеся анализу. Дельбрюк не был исключением. Взгляд учёного привлекли бактериофаги — вирусы бактерий. Дельбрюк считал их ключом к разгадке всех интересовавших его вопросов.

Эти удивительные частицы, которые вне клетки не проявляют признаков живого и выглядят просто как большие молекулы. Из бактериофагов даже выращивают кристаллы. Но когда вирус попадает в клетку, то через 20 минут клеточная оболочка лопается, и из неё вываливается сотня абсолютно точных копий исходной частицы. Дельбрюка осенило, что на бактериофагах гораздо легче будет изучать процесс репликации (удвоения генов), чем на бактериях, не говоря уже о животных; возможно, удастся понять наконец, как устроен ген. Так, физик-теоретик превратился в биолога-экспериментатора.

Пор материалам https://habr.com/ru/company/ruvds/blog/671170/
Поделиться:

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:7496
 
Сообщения: 400
Регистрация: 02.06.2020

Re: Что же такое ген и как он устроен?

MoonBear » 25.06.2022 00:21

+
3
-
Очень интересная статья, только не этот опубликованный фрагмент, а ее полный оригинал доступный по ссылке. Хотя и без специальных знаний, в первую очередь – терминологии, многое остается понятным не до конца, но в целом общая канва складывается. За исключением вопроса о живой материи, который вскользь поднимается на примере опытов с бактериофагами.

Складывается странное впечатление, было неживое, а сейчас живое, без всякой попытки найти отличия, кроме привлечения химии и физике. ДНК представляется как код компьютерной программы, способной к репликации, за что отвечают отдельные ее зоны. Конечно, если рассматривать такую способность исключительно с технологической точки зрения, перспективы открываются самые широкие, особенно в компьютерном направлении.

Предполагаю возможность в будущем, использовать двойную структуру ДНК, как техническую основу для хранения данных, переведя на этот носитель информации современные устройства. Переход с существующей элементной базы огромных размеров, относительно молекулярного уровня, позволит достичь невероятной плотности информации на единицу площади, следующий этап, только атомный, который даже в перспективе пока невозможен, кроме научной фантастики.

Все это касается сугубо научной стороны вопроса, что можно осуществлять в рамках действующей парадигмы официального отношения, не отходя от сегодняшних академических представлениях о живой материи. Помимо решения сугубо технических задач, связанных с созданием подобных моделей, наверняка возникнет множество вопросов, связанных с невозможностью объяснить с точки зрения сегодняшней науки, процессов, протекающих в ДНК.

В первую очередь, это коснется определения живой материи с точки зрения понимания того, что некоторые процессы, происходящие с молекулами, иначе, как взаимодействием с окружающим миром, не только при помощи официально установленных возможностей, не объяснить. Хотя, зная способности наших ученый ввести условный бозон Хиггса, назначив правильную трактовку, и на том и закрыть проблему, сомневаться не приходится.

Но, даже при такой ситуации, появление новой информации неизбежно и крайне важно, ввиду того, что определение базовых, на молекулярном уровне понятий взаимодействия с информационным полем, позволит сделать еще шаг в строну реального понимания живой материи. В любом случае, накопление знаний рано или поздно заставит совершить фазовый сдвиг, как это произошло, например, с электричеством, прошедшим путь от стрел Зевса, до компьютера.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:15526
 
Сообщения: 901
Регистрация: 20.06.2018

Re: Что же такое ген и как он устроен?

Director » 25.06.2022 17:19

+
6
-
Профессор писал(а):
24.06.2022 11:41
в августе 1932 года, ... Дельбрюк начал налаживать контакты с биологами... генетиком Николаем Владимировичем Ресовским,... с физиком-экспериментатором Карлом Циммером ...

биологи обнаружили дискретную неделимую частицу (ген), которая может случайным образом переходить из базового состояния (известного в генетике как «дикий тип») в «мутантное» состояние....

плодовой мушке дрозофиле, о мутациях в генах, которые можно вызвать воздействием рентгеновских лучей.

Что же такое ген и как он устроен? ... генетиков эта проблема не особо интересовала на тот момент. Для них гены — такая же фундаментальная частица наследственности, как электроны для физиков...
«... смеются генетики, когда их спрашивают, из чего состоит ген.
Вопрос о том, что такое ген, выходит за рамки генетики, и его бессмысленно адресовать генетикам.

Вы, физики, должны искать ответ на него».


«... Кольцов, считает, что ген — это полимерная молекула, скорее всего, молекула белка.»
Итак, в начале 30-ых годов прошлого века маститые генетики занимались облучением рентгеновскими лучами мушек-дрозофил и, обнаружив, что потомство облученных мушек рождается с уродствами (вот неожиданность-то!), сделали эпохальное открытие: "Гены мутируют!"

Дельбрюк поинтересовался у генетиков: "А что это такое - ваш "ген"?"

На этот вопрос маститые генетики заржали в голос рассмеялись и послали лесом вежливо ответили: "Нас, генетиков, не интересует из чего состоит ген и как именно он обеспечивает размножение организмов (удваивание набора генов в клетке и разделение пополам).

Мы, генетики, прокукарекали, а там хоть не рассветай заявили, что есть какая-то хрень гены, а доказывать мы ничего не будем. Путь физики или лирики доказывают."
в середине тридцатых годов .. Гены ... были алгебраическими единицами комбинаторной науки генетики...

Такая гипотеза не сильно устроила Дельбрюка. Он парировал:
«Ну и что это объясняет? От того, что мы назовём ген белком, мы поймём, как гены удваиваются? Ведь главная-то загадка в этом! ...».
Этот Дельбрюк какой-то наивный.

В те же годы, в СССР тоже был наивный биолог по фамилии Лысенко Т.Д. Он тоже пытался сподвигнуть генетиков к изучению сути механизма наследственности. И ему тоже не удалось сподвигнуть тогдашних генетиков к работе на пользу стране. Впрочем, это другая история.


Вернемся к теме механизма удвоения хромосомного (генного) набора
Дельбрюка больше всего его интересовало, как гены удваиваются (реплицируются) во время деления клетки...

Взгляд учёного привлекли бактериофаги — вирусы бактерий..., которые вне клетки не проявляют признаков живого и выглядят просто как большие молекулы.

Из бактериофагов даже выращивают кристаллы.

Но когда вирус попадает в клетку, то через 20 минут клеточная оболочка лопается, и из неё вываливается сотня абсолютно точных копий исходной частицы.

Дельбрюка осенило, что на бактериофагах гораздо легче будет изучать процесс репликации (удвоения генов)
Похвально, что Дельбрюк взялся за поиск ответа на вопрос как именно удваивается хромосомный набор к живой клетке.
Однако совершенно не понятно, причем здесь бактериофаги.

Итак, имеются некие большие молекулы. Условно назовем их "бак-фаги", чтобы избежать употребления слов "вирус" и "бактерия".

Большие молекулы бак-фаги могут принимать кристаллическую форму. То есть, вначале была жидкость, насыщенная бак-фагами, а потом в этой жидкости появляется и нарастает кристалл. Подобно тому, как в насыщенном растворе поваренной соли появляется и нарастают кристаллики соли.
Пока ничего удивительного не происходит: мертвые молекулы принимают мертвую кристаллическую форму.

Затем, в живую клетку попадает бак-фаг и начинается удивительный процесс.
Ученые-генетики утверждают, что бак-фаг "ожил" и "принудил" клетку размножить баг-фаг, причем после размножения эта изнасилованная клетка погибает - "разрывается".

Лично я не вижу никакого оживления бак-фага, не вижу и никакого принуждения клетки.
Я вижу, что в живой организм попадает некое тело (бак-фаг, большая молекула), после чего организм начинает производство этого тела. В процессе производства организм иногда истощается и погибает.

Памятуя о том, что
- в любой организм всегда что-то попадает и
- что-то из него всегда выводится, а
- в конечном итоге организм всегда умирает,

а также то, что
- в многоклеточном организме каждая клетка должна выполнять работу в интересах всего организма,
- и значит, некоторые клетки предназначены для массового производства определенных больших молекул (для нужд других клеток),

то я не вижу никаких удивительно-оживающих вирусов - насильников и убийц, а вижу обычную жизнедеятельность многоклеточного организма.


В завершение вопрос к коллегам: так на чем же основана вирусная теория?
Какие есть убедительные доказательства существования вирусов - "полуживых коварных насильников и убийц"?

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!