Aux secrets du vivant (perspectives de la génétique)

Les succès de la biologie moderne sont principalement associés à cette branche de celle-ci, appelée biologie moléculaire. Des résultats particulièrement frappants ont été obtenus dans l'étude de l'hérédité - les propriétés des organismes, qui sont restées longtemps mystérieuses. Les scientifiques ont réussi à découvrir la nature du gène. Pendant des siècles, cela a semblé être quelque chose de mystique, presque inexistant. Et il s'est avéré être une structure chimique très réelle - un certain morceau d'acide désoxyribonucléique (ADN), qui est le vecteur de l'information génétique.

Le code génétique a été déchiffré - une façon d'enregistrer l'information génétique héréditaire que la nature a choisie. Nous savons: une personne utilise différentes manières d'enregistrer des informations. Mécanique - dans les livres, les lettres individuelles, les mots, les phrases, ils sont imprimés sur des machines, nous les obtenons sous forme d'impressions. La méthode magnétique d'enregistrement des informations est utilisée en génie électrique. Il y en a un optique - dans divers appareils vidéo. Mais la nature a choisi une manière complètement différente - le code génétique. On sait maintenant que la molécule d'acide désoxyribonucléique (ADN) est composée de structures chimiques séparées et relativement simples. Il n'y en a que quatre variétés. Imaginez un alphabet de quatre lettres qui peut être utilisé pour écrire toute la variété de mots et de concepts. Ainsi en est-il ici: l'alternance de quatre structures élémentaires dans une molécule d'acide désoxyribonucléique est un enregistrement de l'information génétique héréditaire.

Les scientifiques ont étudié le magnétisme des processus génétiques. Nous savons maintenant que tous les réarrangements qui se produisent dans l'ADN (et ce sont précisément ces réarrangements qui conduisent à une modification des propriétés héréditaires des organismes) sont effectués à l'aide de catalyseurs biologiques - des enzymes. Au microscope, les réarrangements les plus simples semblent être purement mécaniques: ils ont pris, par exemple, un bâton, qui est une molécule d'ADN en forme de fil, et l'ont cassé, puis ils l'ont réparé à nouveau. En fait, tout est plus compliqué ... Il y a des enzymes spéciales qui font cette rupture dans la molécule d'ADN, et d'autres enzymes qui cousent le fil. Cela se produit avec d'autres réarrangements génétiques. Un grand nombre d'enzymes ont été découvertes, impliquées dans la synthèse des acides nucléiques, dans divers réarrangements de leurs molécules.

On sait maintenant beaucoup de choses sur les mécanismes des réactions chimiques qui se produisent dans la cellule et dans tout l'organisme. Les processus de formation et d'utilisation de l'énergie ont été étudiés. La bioénergie cellulaire est très complexe. En technologie, nous avons affaire à la conversion de l'énergie thermique. L'énergie thermique ne peut pas être utilisée dans la cage. L'énergie chimique est principalement utilisée, qui est convertie en énergie mécanique, par exemple lors de la contraction musculaire, dépensée pour le mouvement des nutriments, etc.

De grands progrès ont été réalisés dans l'étude des protéines, des acides nucléiques et de diverses structures intracellulaires. Les connaissances s'accumulent à un rythme variable. Ce sont toutes des découvertes des 50 dernières années, et si nous parlons des plus importantes - alors 25 ans. Ils ont créé la biologie moderne, nous ont aidés à nous rapprocher de la connaissance des secrets les plus intimes des vivants.

Le désir de connaître le monde qui nous entoure est une capacité éternelle et merveilleuse d'une personne. La science obtient des connaissances - c'est son but. Mais les gens ont le droit d'attendre des avantages pratiques de la recherche fondamentale, de la connaissance des lois de la nature. Probablement, nous pouvons parler de deux formes d'utilisation pratique des connaissances - visible et invisible.

Qu'est-ce qui est évident pour nous? Le développement de la génétique a permis de créer de nouvelles races d'animaux domestiques, de développer de nouvelles variétés de plantes. La révolution verte qui a eu lieu est le résultat direct de la recherche génétique.La connaissance de la structure des composés naturels biologiquement actifs a aidé la chimie à synthétiser de nombreux médicaments, sans lesquels il est impossible d'imaginer la médecine moderne.

Aujourd'hui, dans notre pays et dans d'autres pays du monde, il existe une vaste industrie qui utilise des méthodes microbiologiques pour la synthèse de composés organiques. De cette manière, par exemple, une protéine microbienne est obtenue. La levure est cultivée sur les hydrocarbures pétroliers, l'alcool est susceptible de se développer sur certains gaz comme le méthane ou l'hydrogène dans un proche avenir. Et à partir de la levure, une protéine complète est obtenue, qui est utilisée comme aliment pour les animaux de ferme.

Tout cela est visible de tous. Mais qu'entend-on par «invisible»? Telles sont les idées que suscite la science fondamentale. Au sein du laboratoire où ces idées surgissent, elles peuvent ne pas être directement traduites en pratique. Mais à travers le système de l'enseignement supérieur et par d'autres moyens, les idées deviennent la propriété de beaucoup, et en particulier des spécialistes qui travaillent dans l'agriculture, la médecine et l'industrie. Et là, le fond d'or de la connaissance porte ses fruits. Ce processus est parfois difficile même à tracer, encore moins à quantifier, il ressemble à un ruisseau qui va sous terre, absorbe d'autres eaux là-bas puis, quelque part au loin, sort sous la forme d'un ruisseau bien plus puissant que ce ruissellement. qui lui a donné la vie.

L'idée de prévenir les maladies infectieuses par la vaccination est apparue dans un premier temps comme une simple technique de laboratoire dans l'étude de la physiologie des microorganismes. Il a fallu du temps et des efforts à de nombreux praticiens pour créer une variété de vaccins, tout un système de mesures gouvernementales pour prévenir les maladies infectieuses - vaccinations, disons, contre la variole, contre tuberculose, contre la poliomyélite. Et personne ne se souvient plus que tout a commencé avec un laboratoire, avec un tube à essai. Un autre exemple. L'énorme industrie des antibiotiques et leur utilisation dans le traitement de nombreuses maladies proviennent de l'humble observation du microbiologiste anglais Fleming, qui a accidentellement remarqué que le liquide dans lequel il faisait pousser des moisissures empêchait la croissance des microbes.

Permettez-moi d'attirer votre attention sur plusieurs tâches que la vie moderne a assignées à notre science. Tout d'abord, nous parlons de l'utilisation de méthodes biologiques pour préserver l'environnement. Prenez des pesticides. Beaucoup d'entre eux sont nocifs pour le monde vivant. Mais en principe, vous pouvez créer d'autres pesticides. Ils détruiraient les ravageurs, mais n'auraient pas d'effet nocif sur les oiseaux et les insectes utiles, simplement parce que ces composés chimiques auraient une durée de vie très courte et agiraient sur un nombre limité d'organismes. Ou autre chose. La production pétrolière augmente considérablement non seulement sur terre, mais aussi en mer. À cet égard, le danger de pollution par le pétrole et ses produits de l'océan mondial est grand. Pour le nettoyage, vous pouvez utiliser très efficacement des micro-organismes qui se nourrissent d'huile et en même temps la détruisent.

Les biologistes doivent déterminer le degré de danger pour l'environnement et les humains de certaines industries industrielles, dont les déchets pénètrent dans l'atmosphère, l'eau et le sol. Prêter attention aux effets néfastes, déterminer leur taille - signifie faire le premier pas vers leur élimination. En effet, très souvent, les conséquences néfastes de la gestion pour la nature sont principalement liées à notre ignorance. C'était d'ailleurs le cas avec les pesticides - alors les gens n'imaginaient tout simplement pas l'étendue de ces phénomènes négatifs auxquels leur utilisation généralisée pouvait conduire.

L'humanité a le droit d'attendre de la biologie la solution de problèmes aussi importants que la lutte contre le cancer et les maladies héréditaires. Jusqu'à présent, il n'y a ici que certaines possibilités, calculs et espoirs. Mais, à en juger par la rapidité avec laquelle la science évolue aujourd'hui, le temps n'est pas loin où des méthodes efficaces peuvent être proposées pour lutter contre ces maladies.

Encore une question.Tous les processus chimiques dans le corps sont enzymatiques. Ils vont avec l'aide de soi-disant catalyseurs biologiques - protéines enzymatiques. Dans l'industrie chimique, des catalyseurs sont également utilisés - des accélérateurs de réactions, mais ils ne sont pas organiques, du moins pas des substances protéiques. Il n'est pas nécessaire de dire spécifiquement que les processus biochimiques se déroulent dans des conditions plus douces, ils sont beaucoup plus efficaces. Probablement, dans un proche avenir, une personne commencera à utiliser plus largement les réactions chimiques qui se produisent dans le corps et à des fins industrielles. L'avenir de la technologie est sans aucun doute associé à la biologie.

Nous sommes actuellement occupés par les problèmes du génie génétique. C'est une nouvelle direction en biologie moléculaire, elle existe depuis moins de cinq ans - une période très courte pour la science. Mais cette direction est extrêmement intéressante et prometteuse. Le but du génie génétique est de créer artificiellement, en laboratoire, de nouvelles structures génétiques. Ayant déchiffré le code génétique, ayant étudié les mécanismes de diverses transformations génétiques, ayant appris à isoler les enzymes qui effectuent des réarrangements génétiques de l'ADN, les scientifiques ont pu se fixer une telle tâche.

Aussi modestes que puissent paraître ces expériences, le fait reste irréfutable: pour la première fois, l'homme a pu combiner dans un tube à essai en une seule structure génétique entière qui existe séparément dans la nature. Leur fusion n'était pas le résultat d'une collision aléatoire de molécules, mais était le résultat d'un choix conscient et d'un plan réfléchi. Après tout, les nouvelles choses en science et en technologie apparaissent souvent sous une forme très modeste et ne sont même pas toujours correctement évaluées dès le début. Les lois de la génétique, par exemple, établies par G. Mendel, n'ont pas été remarquées par les contemporains et ont dû être redécouvertes 40 ans plus tard.

Quelles perspectives le génie génétique ouvre-t-il, que nous promet-il?

Beaucoup de choses. Tout d'abord, en médecine, dans la lutte contre les maladies héréditaires. Ils sont généralement associés à des défauts dans l'un des milliers de gènes trouvés dans le corps humain. Le génie génétique permet essentiellement de fabriquer n'importe quel gène en laboratoire. Et après avoir reçu un gène, nous pouvons obtenir le produit du travail de ce gène et l'utiliser pour compenser un défaut héréditaire à l'aide de la thérapie génique - créant, pour ainsi dire, une prothèse génétique.

Les techniques de génie génétique peuvent également être utilisées pour produire des hormones. Très probablement, l'insuline sera bientôt produite de cette manière. Au lieu de le recevoir à l'abattoir de porcs ou de bovins, il sera obtenu en culture bactérienne. En imposant des gènes étrangers aux micro-organismes, nous pouvons les forcer à produire l'hormone nécessaire en quantités presque illimitées.

Naturellement, ce ne sont pas les seules applications du génie génétique. La thérapie génique semble sortir du domaine de la fantaisie. Presque aucun gène n'a encore été obtenu pour le traitement de la maladie. Mais l'expérience des dernières décennies a montré à quelle vitesse la recherche se développe si elle est basée sur la théorie correcte et menée à l'aide de méthodes fiables. Par conséquent, je dirai: ce fantasme n'est pas sans fondement. Ce n'est même pas un fantasme, mais de vraies mesures, les tâches auxquelles nous sommes confrontés et qui seront résolues dans un avenir assez proche.

Les conséquences négatives du progrès peuvent-elles être évitées? Ils peuvent être évités. En fait, à quoi sont-ils liés? En règle générale, avec le caractère incomplet de nos connaissances, avec le fait que nous ne pouvons pas toujours pleinement évaluer et prévoir les résultats possibles. Si toutes les conséquences ne peuvent être prévues à l'avance, elles doivent être évaluées à l'échelle maximale et toutes les précautions doivent être prises à l'avance.

Des travaux sont en cours pour éliminer un certain nombre d'effets nocifs. Dans les entreprises industrielles, la construction d'installations de traitement a été largement déployée, le contrôle des effluents et des émissions dans l'atmosphère est devenu plus strict et des cycles de production fermés se créent.Les chimistes travaillent sur des pesticides «inoffensifs», des matériaux synthétiques sont créés pour «respirer» et bien plus encore.

Il y a là une sorte de dialectique: les succès des sciences aideront à éliminer les conséquences néfastes du progrès scientifique et technologique. Aujourd'hui, les scientifiques travaillent sur le problème de la fixation biologique de l'azote. À quoi ça sert? L'utilisation d'engrais azotés est un progrès incontestable. Ils profitent aux champs et augmentent les rendements. Mais l'azote minéral a aussi ses conséquences négatives - les composés azotés sont éliminés dans les plans d'eau, provoquant le développement d'une flore indésirable là-bas, ce qui aggrave la composition de l'eau. Pouvez-vous vous passer d'engrais? Bien sûr, pas du tout avec une agriculture intensive, mais il est possible de réduire leur utilisation. Il est connu que les légumineuses (le soja, par exemple) assimilent l'azote de l'air. Il y a de petites boules sur leurs racines - des colonies de bactéries vivant en symbiose avec les plantes. Ils ont la capacité de lier l'azote atmosphérique et de le convertir en une forme que le soja peut facilement absorber.

Si l'on découvre des micro-organismes qui peuvent habiter les racines des céréales et lier l'azote atmosphérique, il sera possible d'appliquer moins d'engrais au sol. Quelles économies considérables cela promet, comment cela contribuera à la conservation de la nature! Dans quelles directions vont les recherches? Et sur les traditionnels - par sélection. Et grâce au génie génétique. Imaginez: nous transférons les gènes d'assimilation de l'azote atmosphérique des bactéries nodulaires dans d'autres bactéries qui pourraient vivre en symbiose avec le blé ou même dans les feuilles de céréales ...

Beaucoup de choses peuvent être résolues non pas par de petites améliorations aux méthodes existantes, que ce soit des méthodes techniques ou agricoles, mais par des changements radicaux, grâce à des découvertes fondamentalement nouvelles. Tel est le futur. L'humanité n'a pas épuisé les moyens de prévenir les conséquences négatives associées au développement de la société.

A. Baev

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