¡Acerca del ADN! !
Monómero de ácido desoxirribonucleico: un polímero de cadenas de ácido desoxirribonucleico, también conocido como ADN. Durante la reproducción, los padres copian parte de su propio ADN (normalmente la mitad, una de las dobles hebras de ADN) a su descendencia, completando así la transmisión de rasgos. Por lo tanto, la sustancia química ADN se denominará "partícula genética". Una célula eucariota es una molécula de ADN larga. Hay más de un cromosoma en el núcleo de las células eucariotas y cada cromosoma contiene una o dos piezas de ADN. Sin embargo, generalmente son más grandes que las moléculas de ADN en las células procarióticas y están unidas a proteínas. La función de las moléculas de ADN es almacenar toda la información genética de casi todas las proteínas y moléculas de ARN que determinan los rasgos de las especies; codificar y diseñar todos los programas para que los organismos biológicos transcriban genes de manera ordenada y expresen proteínas dentro de un tiempo y espacio determinados para completar la dirección direccional. desarrollo; las características únicas de los organismos El carácter y la personalidad se determinan inicialmente, al igual que todas las respuestas al estrés al interactuar con el medio ambiente. Además del ADN cromosómico, hay cantidades muy pequeñas de ADN estructuralmente diferente en las mitocondrias y los cloroplastos de las células eucariotas. El material genético de los virus de ADN también es ADN y algunos son ARN.
El ADN es un polímero de cadena larga cuyos componentes básicos se llaman nucleótidos, y las moléculas de azúcar y fosfato están conectadas mediante enlaces éster para formar su columna vertebral de cadena larga. Cada molécula de azúcar está unida a una de las cuatro bases, que forman una secuencia a lo largo de la larga cadena de ADN que forma el código genético, que es la base para la síntesis de la secuencia de aminoácidos de las proteínas. El proceso de lectura del código se llama transcripción, que consiste en copiar una molécula de ácido nucleico llamada ARN basándose en la secuencia del ADN. La mayoría de los ARN transportan información para la síntesis de proteínas, mientras que otros ARN tienen sus propias funciones especiales, como el ARNr, el ARNsn y el ARNip.
ADN cuádruplex
Al simular el ADN telomérico del protozoo Echinococcus 1, Sundpuist y Klug sintetizaron artificialmente 1 secuencia de ADN y descubrieron que el ADN monocatenario rico en G simulado puede formar un ADN cuádruplex. estructura bajo ciertas condiciones. Se especula que también se forman cuádruplex entre hebras simples en las colas de los telómeros de los cromosomas. Kang et al. confirmaron mediante experimentos que el ADN rico en G también puede formar estructuras de ADN cuádruple en cristales y soluciones, respectivamente.
La unidad estructural básica del ADN cuádruplex es el cuádruplex G, es decir, hay un bolsillo rodeado por cuatro átomos de oxígeno carboxilo cargados negativamente en el centro del cuádruplex que puede formarse apilamiento derecho intramolecular o intermolecular. hélices entregadas. En comparación con la estructura de doble hélice del ADN, la hélice G-quadruplex tiene dos características distintivas: 1. Su estabilidad depende de los cationes unidos en la bolsa. 2. Sus propiedades termodinámicas y cinéticas son muy estables.
A partir del análisis de secuencias de ADN de algunos organismos, se sabe que las secuencias de ADN ricas en guanina existen mayoritariamente en algunas regiones genómicas que están bastante conservadas en función y evolución. Muchos estudios han demostrado que el ADN-G formado a partir de cadenas de ADN ricas en guanina puede ser uno de los elementos para el reconocimiento mutuo entre moléculas y desempeña algunas funciones especiales en las células biológicas.
Replicación del ADN
El ADN es el portador de información genética, por lo que el ADN parental debe copiarse con precisión en dos copias utilizando sus propias moléculas como plantillas y distribuirse a las dos células hijas para completarse. su información genética. La misión del portador. La estructura bicatenaria del ADN es importante para mantener la estabilidad y precisión de este tipo de material genético.
(Replicación semiconservativa del ADN
Waston y Click estudiaron el proceso de replicación del ADN cuando propusieron el modelo de estructura de doble hélice del ADN. Descubrieron que los enlaces de hidrógeno entre las bases se rompían Primero (mediante la Helicasa), la doble hélice se desenrolla y se separa, y cada hebra sirve como plantilla para sintetizar una nueva hebra. Debido a que una hebra de cada ADN hijo proviene del padre y la otra se sintetiza recientemente, se llama semiconservadora. replicación.
(2) Proceso de replicación del ADN
1. Desenrollado de la doble hélice del ADN
(1) Proteína de unión al ADN monocatenaria (proteína de ADN SSB).
(2)ADN helicasa
(3)Descompresión del ADN
2. Fragmento de Okazaki y replicación semidiscontinua
3. y terminación de la replicación
(3) Telómeros y telomerasa
En 1941, el indio americano McClintock propuso la hipótesis de los telómeros, que creía que los extremos de los cromosomas debían tener una estructura especial. llamado telómero. Actualmente se sabe que los telómeros cromosómicos tienen al menos dos funciones: ① proteger los extremos de los cromosomas del daño y mantener la estabilidad cromosómica; ② conectarse a la capa de fibras nucleares para permitir el posicionamiento de los cromosomas.
[Editar este párrafo] Propiedades físicas y químicas del ADN
El ADN es un polímero y la solución de ADN es una solución polimérica de alta viscosidad. El ADN puede absorber la luz ultravioleta y, cuando los ácidos nucleicos se desnaturalizan, el valor de absorción aumenta. Una vez renaturalizado el ácido nucleico desnaturalizado, el valor de absorbancia volverá a su nivel original. La temperatura, los disolventes orgánicos, el pH, la urea, las amidas y otros reactivos pueden provocar la desnaturalización de las moléculas de ADN, incluso si los enlaces de hidrógeno entre los dobles enlaces del ADN se rompen y la estructura de doble hélice no está unida.
El ADN (ácido desoxirribonucleico) se refiere al polímero del ácido desoxirribonucleico (componente de los cromosomas y genes) y es el componente principal de los cromosomas. La mayor parte de la información genética se almacena en moléculas de ADN.
[Editar este párrafo] Actividad enzimática del ADN
En los años 90, Cuenoud y otros descubrieron que el ADN también tiene actividad enzimática. Diseñaron y sintetizaron un ADN monocatenario compuesto por 47 nucleótidos basado en la secuencia * * *, que puede catalizar la conexión entre dos fragmentos de ADN sustrato. La bifuncionalidad del ADN desafía la visión de la evolución del "mundo del ARN".
[Editar este párrafo] Distribución y función
El cromosoma de una célula procariótica es una molécula de ADN larga. Hay más de un cromosoma en el núcleo de las células eucariotas y cada cromosoma contiene solo una molécula de ADN. Sin embargo, generalmente son más grandes que las moléculas de ADN en las células procarióticas y están unidas a proteínas. La función de la molécula de ADN es almacenar toda la información genética que determina la estructura de proteínas y ARN de la especie; planificar el tiempo y el espacio para que el organismo sintetice células y componentes tisulares de manera ordenada para determinar las actividades del organismo; de principio a fin en el ciclo vital y para determinar la personalidad del organismo. Además del ADN cromosómico, también hay cantidades muy pequeñas de ADN estructuralmente diferente en las mitocondrias y los cloroplastos de las células eucariotas. El material genético de los virus de ADN también es ADN.
El descubrimiento del ADN
Desde que se redescubrieron las leyes de herencia de Mendel, se ha planteado otra pregunta: ¿Son los factores genéticos entidades materiales? Para resolver el problema de qué son los genes, la gente empezó a estudiar los ácidos nucleicos y las proteínas.
Mendel, el fundador de la genética, descubrió los ácidos nucleicos ya en 1868. En el laboratorio de la química alemana Hope Thaler había un estudiante de posgrado suizo llamado Michel (1844-1895). Le interesaban mucho las vendas con pus y sangre tiradas en un hospital cercano al laboratorio, porque sabía que el pus y la sangre eran "restos" de glóbulos blancos y células humanas que morían en la "batalla" con los gérmenes para poder para proteger la salud humana. Así que recogió con cuidado el pus y la sangre del vendaje y usó pepsina para descomponerlo. Como resultado, descubrió que la mayor parte de los restos celulares se descomponían, pero no tenía ningún efecto sobre el núcleo celular. Analizó además el contenido del núcleo celular y descubrió que el núcleo contenía una sustancia rica en fósforo y nitrógeno. Hope Thaler realizó experimentos con levadura para demostrar que el descubrimiento de Michel de las sustancias en el núcleo era correcto. Entonces llamó a esta sustancia separada del núcleo "núclido". Posteriormente descubrió que era ácida, por lo que cambió su nombre a "ácido nucleico". Desde entonces, se han realizado una serie de investigaciones fructíferas sobre los ácidos nucleicos.
A principios del siglo XX, el corsario alemán (1853-1927) y sus dos alumnos Jones (1865-1935) y Levin (1869-1940) realizaron investigaciones. Los nucleótidos están compuestos de bases, azúcar ribosa y fosfato. Hay cuatro tipos de bases (adenina, guanina, timina y citosina) y dos tipos de ribosa (ribosa y desoxirribosa), por lo que los ácidos nucleicos se dividen en ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN).
Levine, que estaba ansioso por publicar los resultados de su investigación, creyó erróneamente que las cantidades de las cuatro bases en los ácidos nucleicos eran iguales, y dedujo de ello que la estructura básica de los ácidos nucleicos está compuesta por cuatro nucleótidos con diferentes bases conectadas. Los tetranucleótidos resultantes se polimerizaron en ácidos nucleicos, y se propuso la "hipótesis del tetranucleótido". Esta suposición errónea dificulta en gran medida la comprensión de las estructuras complejas de los ácidos nucleicos y, hasta cierto punto, también afecta la comprensión de las personas sobre las funciones de los ácidos nucleicos. Se pensaba que aunque el ácido nucleico existía en una estructura importante, el núcleo, su estructura era demasiado simple para imaginar qué papel podría desempeñar en el proceso genético.
El genetista estadounidense Morgan Protein descubrió los ácidos nucleicos 30 años antes y se desarrolló rápidamente. En el siglo XX se han descubierto 12 de los 20 aminoácidos que forman las proteínas, todos en 1940.
En 1902, el químico alemán Fischer propuso la teoría de que los aminoácidos se conectan mediante cadenas peptídicas para formar proteínas. En 1917, sintetizó una cadena larga de 18 péptidos compuesta por 15 glicinas y 3 leucinas. Por tanto, algunos científicos creen que las proteínas pueden desempeñar un papel importante en la herencia. Si la herencia involucra ácidos nucleicos, deben ser nucleoproteínas unidas a proteínas. Por lo tanto, la comunidad biológica de esa época generalmente tendía a creer que las proteínas son las portadoras de información genética.
En 1928, el científico estadounidense Griffith (1877-1941) realizó experimentos en ratones con un neumococo virulento envuelto y un neumococo atenuado sin envoltura. Usó altas temperaturas para matar las bacterias de las vainas y las inyectó en ratones humanos junto con bacterias vivas sin vainas. Como resultado, descubrió que los ratones enfermaban rápidamente y morían, y al mismo tiempo aisló bacterias vivas de la sangre de los ratones. Esto muestra que Agabi en realidad obtuvo algo del Agabi muerto, transformando a Agabi en Agabi. ¿Es correcta esta suposición? Griffith realizó otro experimento en un tubo de ensayo y descubrió que cuando se cultivaban bacterias muertas y bacterias vivas sin vainas en el tubo de ensayo al mismo tiempo, todas las bacterias sin vainas se convertían en vainas, y descubrió que eran las bacterias muertas con vainas las que El ácido nucleico restante en la cáscara permite que las bacterias sin vainas produzcan vainas de proteínas (porque el ácido nucleico de las vainas no se destruye durante el proceso de calentamiento). Griffith llamó a los ácidos nucleicos "factores de transformación".
En 1944, el bacteriólogo estadounidense Avery (1877-1955) aisló un "factor de transformación" activo de bacterias americanas e hizo una prueba para comprobar la presencia de la proteína. El resultado fue negativo. El "factor de transformación" es el ADN. Pero este descubrimiento no fue ampliamente reconocido y la gente sospechaba que la tecnología de la época no podía eliminar la proteína y que la proteína restante desempeñaba un papel en la transformación.
El grupo de fagos del científico germano-estadounidense Delbrück (1906-1981) creía firmemente en el descubrimiento de Avery. Porque observaron la morfología del fago y el proceso de crecimiento al ingresar a E. coli bajo un microscopio electrónico. Un bacteriófago es un virus que utiliza células bacterianas como huésped. Es tan pequeño que sólo puede verse con un microscopio electrónico. Es como un renacuajo, con una membrana en la cabeza y una vaina en la cola compuesta de proteínas. La cabeza contiene ADN en su interior y la vaina de la cola tiene filamentos, sustratos y pequeños ganchos. Cuando un fago infecta E. coli, primero une su extremo de la cola a la membrana celular bacteriana y luego inyecta todo el ADN del interior en la célula bacteriana. La cáscara vacía de la proteína permanece fuera de la célula bacteriana y no sirve para nada. Después de que el ADN del fago ingresa a la célula bacteriana, utiliza materiales en la bacteria para sintetizar rápidamente ADN y proteínas del fago, replicando así muchos fagos nuevos con el mismo tamaño y forma que el fago original. No es hasta que las bacterias se desintegran por completo que estos fagos abandonan las bacterias muertas e infectan a otras bacterias.
En 1952, Hershey (1908 I), el principal miembro del grupo de los fagos, y su alumno Chase utilizaron tecnología avanzada de etiquetado de isótopos para realizar experimentos sobre la infección por fagos de E. coli. Usó 32P para marcar el ácido nucleico del fago T2 de E. coli y 35S para marcar la cubierta proteica. E. coli se infectó con el fago T2 y luego se aisló. Como resultado, el fago dejó una cáscara vacía con la etiqueta 35S fuera de E. coli. Sólo se inyectó en E. coli el ácido nucleico marcado con 32P dentro del fago, y el fago se multiplicó con éxito en E. coli. Este experimento demostró que el ADN tiene la función de transmitir información genética y que las proteínas se sintetizan a partir de las instrucciones del ADN. Este resultado fue inmediatamente aceptado por la comunidad académica.
Casi al mismo tiempo, el bioquímico austriaco Chargaff (1905-) volvió a determinar el contenido de las cuatro bases en los ácidos nucleicos y obtuvo resultados.
Influenciado por el trabajo de Avery, creía que si diferentes especies biológicas se debían a diferentes ADN, entonces la estructura del ADN debía ser muy compleja, de lo contrario sería difícil adaptarse a la diversidad del mundo biológico. Por tanto, dudaba de la "hipótesis de los tetranucleótidos" de Levine. Durante los cuatro años comprendidos entre 1948 y 1952, utilizó cromatografía en papel, un método más preciso que la era de Levine, para separar las cuatro bases y realizar análisis cuantitativos mediante espectroscopia de absorción ultravioleta. Después de repetidos experimentos, finalmente obtuvo un resultado diferente al de Levine. Los resultados experimentales muestran que el número total de purinas y pirimidinas en la macromolécula de ADN es igual, el número de adenina A y timina T es igual y el número de guanina G y citosina C es igual. Muestra que las bases A y T, G y C en la molécula de ADN existen en pares, negando así la "hipótesis del tetranucleótido" y proporcionando pistas y bases importantes para explorar la estructura molecular del ADN.
El 25 de abril de 1953, la revista británica "Nature" publicó los resultados de la investigación de Watson en Estados Unidos y Crick en Reino Unido en la Universidad de Cambridge: un modelo molecular de la estructura de doble hélice de El ADN, que más tarde fue aclamado como el trabajo más importante del siglo XX. El mayor descubrimiento en biología desde entonces marcó el nacimiento de la biología molecular.
Watson (1928 I) era un chico extremadamente inteligente en la escuela secundaria. Ingresó a la Universidad de Chicago a los 15 años. En ese momento, gracias a un programa de educación experimental que permitía el aprendizaje temprano, Watson tuvo la oportunidad de estudiar plenamente los cursos de ciencias biológicas en todos los aspectos. En la universidad, Watson recibió poca formación formal en genética, pero desde que leyó What is Life? de Schrödingersh? ——La apariencia física de las células vivas" lo impulsó a "descubrir los secretos de los genes". Es bueno haciendo lluvias de ideas, aprendiendo de los demás y enriqueciéndose con las ideas de otras personas. Siempre que existan las condiciones convenientes, puede obtener el conocimiento que necesita y no es necesario que se esfuerce por aprender un campo completamente nuevo. Watson recibió su doctorado a la edad de 22 años y fue enviado a Europa para una investigación postdoctoral con el fin de comprender completamente la estructura química de un gen viral. fue a un laboratorio en Copenhague, Dinamarca, para estudiar química. Asistí a una conferencia sobre macromoléculas biológicas con mi tutor en Nápoles, Italia, y tuve la oportunidad de escuchar una conferencia del biólogo físico británico Wilkins (1916-), y Después de ver las fotografías de difracción de rayos X del ADN de Wilkins, Watson recuperó la idea de encontrar la clave para desbloquear la estructura del ADN. ¿Dónde podría aprender a analizar los patrones de difracción de rayos X? Estudió en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, donde conoció a la abuela.
Crick (1916-2004) era un apasionado de la ciencia en la escuela secundaria y se graduó en la Universidad de Londres en 1946. Leyó Qué es. ¿Vida? Decidido a aplicar los conocimientos físicos al estudio de la biología, se interesó por la biología. En 1947, regresó a la escuela de posgrado. En 1949, él y Peruzzi utilizaron la tecnología de rayos X para estudiar la estructura molecular de las proteínas, por lo que se conocieron. Watson aquí En ese momento, Crick era 12 años mayor que Watson y aún no había obtenido un doctorado, pero tuvieron una muy buena conversación. Watson sintió que tenía suerte de encontrar a alguien aquí que sabía que el ADN era más importante. Crick era la persona más inteligente que había conocido. Hablaban al menos varias horas cada día, discutían cuestiones académicas. Los dos hombres se complementaban, se criticaban y se inspiraban mutuamente. del ADN fue la clave para resolver el misterio de la herencia La clave. Sólo con la ayuda de datos precisos de difracción de rayos X podemos descubrir la estructura del ADN más rápidamente. Para obtener los datos de la difracción de rayos X del ADN. Invitó a Wilkins a pasar un fin de semana en Cambridge. Jeans aceptó la idea de que la estructura del ADN era una hélice, y también habló de su colaboradora Franklin (1920-1958, mujer) y de los científicos del laboratorio, que también estaban luchando con el problema de Modelos de estructura de ADN de noviembre de 1951. El 18 de abril de 1953, Watson y Crick tuvieron varios intercambios académicos importantes con Wilkins y Franklin.
En noviembre de 1951, Watson escuchó el discurso de Franklin inspirado por el informe detallado sobre el. Estructura del ADN, Watson y Crick, que tenían cierto conocimiento del análisis de la estructura cristalina, se dieron cuenta de que solo podían usar los datos de análisis de otras personas para construir rápidamente un modelo de estructura del ADN. Rápidamente propusieron la idea de la estructura de la triple hélice. ADN A finales de 1951, invitaron a Wilkins y Franklin a discutir el modelo, y Franklin señaló que habían subestimado el contenido de agua del ADN a la mitad, por lo que el primer modelo fracasó.
Un día, Watson fue al Laboratorio Wilkins del King's College y Wilkins sacó una fotografía reciente de difracción de rayos X del ADN "tipo B" tomada por Franklin. Watson inmediatamente se emocionó cuando vio la foto y su corazón latió más rápido, porque esta imagen era mucho más simple que la anterior "Tipo A". Puede determinar el número de hebras de polinucleótidos en una molécula de ADN simplemente mirando una fotografía de difracción de rayos X "tipo B" y haciendo algunos cálculos simples.
Crick pidió a un matemático que le ayudara a calcular y los resultados demostraron que Yuanyin tiene tendencia a atraer pirimidinas. Con base en este resultado y el resultado obtenido de Chargaff de que dos purinas y dos pirimidinas de ácidos nucleicos eran iguales entre sí, formaron el concepto de apareamiento de bases.
Pensaron mucho sobre el orden de las cuatro bases, dibujaron la estructura de la base en papel una y otra vez, jugaron con el modelo, plantearon hipótesis una y otra vez y revocaron sus suposiciones una y otra vez.
Watson (izquierda) y Crick Watson vuelven a jugar con el modelo a su manera. Movió las bases para encontrar varias posibilidades de emparejamiento. De repente, se animó cuando descubrió que un par de timina conectado por dos enlaces de hidrógeno tenía la misma forma que un par de citosina conectado por tres enlaces de hidrógeno. Porque el misterio de por qué el número de canción de la purina es exactamente el mismo que el de la pirimidina está a punto de resolverse. La ley de Chargaff de repente se convirtió en una consecuencia inevitable de la estructura de doble hélice del ADN. Por tanto, no es difícil imaginar cómo utilizar una hebra como plantilla para sintetizar otra hebra con una secuencia de bases complementaria. Entonces, las columnas vertebrales de las dos cadenas deben estar en direcciones opuestas.
Tras el intenso y continuo trabajo de Watson y Crick, rápidamente se montó el modelo metálico de ADN. En este modelo, podemos ver que el ADN está formado por dos hebras de nucleótidos que están enrolladas en direcciones opuestas a lo largo de un eje central, muy parecido a una escalera de caracol. Los reposabrazos de ambos lados son el esqueleto de la combinación alterna de genes de azúcar y fósforo de las dos cadenas de polinucleótidos, y los pedales son los pares de bases. Al carecer de datos precisos de rayos X, no se atreven a concluir que el modelo es totalmente correcto.
Wilkins
El siguiente enfoque científico de Franklin fue comparar cuidadosamente los patrones de difracción predichos por este modelo con datos experimentales de rayos X. Volvieron a llamar a Wilkins. En menos de dos días, Wilkins y Franklin utilizaron análisis de datos de rayos X para confirmar la exactitud del modelo de estructura de doble hélice y escribieron dos informes experimentales que se publicaron en la revista británica Nature. En 1962, Watson, Crick y Wilkins ganaron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología, mientras que Franklin murió de cáncer en 1958 y no ganó el premio.
A finales de los años 30, los científicos suecos demostraron que el ADN es asimétrico. Después de la Segunda Guerra Mundial, la microscopía electrónica midió que el diámetro de la molécula de ADN era de unos 2 nanómetros.
Después del descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN, conmocionó enormemente al mundo académico e inspiró el pensamiento de la gente. Inmediatamente después se llevaron a cabo una gran cantidad de estudios de biología molecular centrados en la genética. Primero, se llevó a cabo una investigación experimental sobre cómo organizar y combinar cuatro bases para codificar 20 aminoácidos. En 1967, el código genético fue completamente descifrado y se obtuvo un nuevo concepto de genes a nivel molecular del ADN. Muestra que un gen es en realidad un fragmento de una macromolécula de ADN, una unidad funcional y estructural de material genético que controla los rasgos biológicos. Muchos nucleótidos de este fragmento unitario no están dispuestos al azar, sino en una secuencia de código significativa. Una determinada estructura del ADN puede controlar la síntesis de proteínas de la estructura correspondiente. La proteína es un componente importante de los organismos vivos y las características de los organismos vivos se reflejan principalmente en las proteínas. Por lo tanto, los genes controlan los rasgos a través del ADN que controla la síntesis de proteínas. Sobre esta base, aparecieron una tras otra la ingeniería genética, la ingeniería enzimática, la ingeniería de fermentación, la ingeniería de proteínas, etc. El desarrollo de estas biotecnologías seguramente permitirá a la gente utilizar las leyes biológicas en beneficio de la humanidad. A medida que la biología moderna se desarrolla, resulta cada vez más claro que se convertirá en una disciplina dominante.
El desarrollo de la tecnología recombinante del ADN
En la década de 1950, se esclareció la estructura de doble hélice del ADN, lo que abrió un nuevo capítulo en las ciencias de la vida y marcó el comienzo de una nueva era de ciencia y tecnología. . Posteriormente, se comprendió sucesivamente el mecanismo molecular de la herencia: la replicación del ADN, el código genético, el dogma central de la transmisión de información genética, los genes como unidad básica de la herencia y el modelo de la ingeniería celular, la regulación de la expresión genética, etc. En este punto, la gente se ha dado cuenta plenamente de que el ADN y los genes que contiene son los que controlan el destino de todos los seres vivos. Las diferencias entre la evolución biológica y los procesos de la vida son causadas por las diferentes trayectorias del ADN y los genes.
Conociendo el gran papel y valor del ADN, lo primero que piensan los científicos de la vida es si es posible romper la ley de hierro de la herencia natural en algunos aspectos muy relacionados con los intereses humanos y convertir los genes del paciente en la derecha Para lograr el propósito de tratar enfermedades, se "injertan" fragmentos de genes de diferentes fuentes para producir nuevas variedades y nuevas cualidades... Como resultado, una seductora fantasía científica se convirtió milagrosamente en realidad. Esto sucedió a principios de los años 1970.
El medio científico y tecnológico para conseguir este milagro científico es la tecnología recombinante del ADN. En 1972, el científico estadounidense Paul? Berg recombinó con éxito por primera vez el primer lote de moléculas de ADN del mundo, lo que indica que la tecnología de recombinación de ADN, la ingeniería genética, como base de la bioingeniería moderna, se ha convertido en la base y el núcleo de la biotecnología y las ciencias biológicas modernas.
El contenido específico de la tecnología recombinante de ADN es recombinar fragmentos de ADN que contienen un gen específico de diferentes fuentes a través de medios artificiales, para lograr el propósito de cambiar el tipo de gen biológico y obtener productos genéticos específicos.
A mediados y finales de la década de 1970, debido a la aparición de bacterias de ingeniería y la naturaleza de ingeniería de la recombinación y el posprocesamiento del ADN, la ingeniería genética o ingeniería genética se utilizó ampliamente como sinónimo de tecnología recombinante de ADN. . Ahora, la ingeniería genética también incluye la modificación del genoma, el análisis de secuencias de ácidos nucleicos, el análisis evolutivo molecular, la inmunología molecular, la clonación de genes, el diagnóstico genético y la terapia génica. Se puede decir que los fructíferos resultados logrados por la tecnología de ADN recombinante en los últimos 30 años han llevado a las personas a un mundo de ciencia increíble y fantástico, brindando a la humanidad la llave de oro para descubrir los misterios de la vida y prevenir y curar enfermedades.
En la actualidad, los resultados de la tecnología de ADN recombinante son multifacéticos. A finales del siglo XX, las áreas de aplicación más importantes de la tecnología del ADN recombinante eran el campo médico, incluida la producción de péptidos activos, proteínas y vacunas, la patogénesis, el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades, el aislamiento de nuevos genes, y vigilancia y depuración ambiental.
Muchos péptidos y proteínas activos tienen la función de tratar y prevenir enfermedades, y todos ellos son producidos por sus genes correspondientes. Sin embargo, es difícil obtener rendimientos suficientes para aplicaciones clínicas mediante métodos convencionales debido a los rendimientos extremadamente pequeños en tejidos y células.
La ingeniería genética supera esta limitación y puede producir dichos péptidos y proteínas en grandes cantidades. Hasta la fecha, se han producido con éxito más de 65.438+000 productos, como insulina para el tratamiento de la diabetes y la esquizofrenia, interferón para el tratamiento de tumores sanguíneos y ciertos tumores sólidos, hormona del crecimiento humano para el tratamiento del enanismo, hormona del crecimiento. Inhibidores liberadores utilizados en el tratamiento de la acromegalia y la pancreatitis aguda.
La ingeniería genética también puede introducir ADN relacionado con antígenos en microorganismos vivos, de modo que puedan crecer en el cuerpo huésped después del estrés inmunológico para producir vacunas vivas atenuadas, que tienen las ventajas de una gran dosis de estimulación antigénica y una larga duración. . ventaja. Actualmente se están desarrollando docenas de vacunas genéticamente modificadas, incluidas aquellas contra la lepra, la tos ferina, los gonococos y los meningococos. Existen vacunas para la hepatitis A, la hepatitis B, el citomegalovirus, el herpes simple, la influenza y el virus de la inmunodeficiencia humana. Hay hasta 120 millones de portadores y pacientes del virus de la hepatitis B en China, lo que ha llevado a los científicos chinos a desarrollar de forma independiente una vacuna contra la hepatitis B y ha logrado enormes beneficios sociales y económicos.
Los anticuerpos son una de las principales armas del sistema inmunológico humano para prevenir y tratar enfermedades. Aunque la tecnología de anticuerpos monoclonales fundada en la década de 1970 ha desempeñado un papel importante en la prevención y el tratamiento de enfermedades, su aplicación clínica ha sido limitada debido a la dificultad para obtener anticuerpos monoclonales humanos. Para resolver este problema, en los últimos años los científicos han utilizado tecnología de ADN recombinante para obtener anticuerpos humanos, que no sólo pueden garantizar su especificidad y afinidad por la unión al antígeno, sino también sus funciones normales. Actualmente, varios de estos anticuerpos se encuentran en ensayos clínicos. Por ejemplo, los anticuerpos monoclonales humanizados anti-HER-2 han entrado en ensayos de fase III para el cáncer de mama, y los anticuerpos monoclonales humanizados anti-IGE han entrado en ensayos de fase II para el asma.
Los antibióticos juegan un papel importante en el tratamiento de enfermedades. A medida que aumenta la cantidad de antibióticos, la probabilidad de descubrir nuevos antibióticos mediante métodos tradicionales es cada vez menor. Para obtener más antibióticos nuevos, la tecnología de ADN recombinante se ha convertido en uno de los medios importantes. En la actualidad, la gente ha obtenido docenas de antibióticos "híbridos" genéticamente modificados, lo que abre nuevas vías de tratamiento para aplicaciones clínicas.
Vale la pena señalar que los péptidos, proteínas, vacunas, antibióticos y otros fármacos preventivos y terapéuticos modificados genéticamente antes mencionados no sólo son eficaces en el control de enfermedades, sino que también son superiores a fármacos similares producidos por métodos tradicionales. métodos en términos de evitar efectos tóxicos y secundarios, por lo que son más populares entre la gente.
Las enfermedades humanas están directa o indirectamente relacionadas con los genes. El diagnóstico y tratamiento de enfermedades a nivel genético no sólo permite lograr la precisión y originalidad del diagnóstico de causas, sino también hacer que el diagnóstico y el tratamiento sean específicos, sensibles, simples y rápidos. El diagnóstico y tratamiento a nivel genético se denomina técnicamente diagnóstico genético y terapia génica. En la actualidad, el diagnóstico genético, como tecnología de diagnóstico clínico de cuarta generación, se ha utilizado ampliamente en el diagnóstico de enfermedades genéticas, tumores, enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares, enfermedades parasitarias virales y bacterianas y enfermedades profesionales. El objetivo de la terapia génica es utilizar tecnología de ADN recombinante para crear genes recombinantes con funciones específicas para compensar la función de genes que han perdido su función, o agregar algunas funciones para ayudar a corregir o eliminar células anormales.
En teoría, la terapia génica es una cura radical y sin efectos secundarios. Sin embargo, aunque hay más de 100 opciones de terapia génica en etapa de ensayo clínico, la terapia génica todavía tiene ciertas dificultades teóricas y técnicas, lo que todavía hace que este método de tratamiento esté lejos de ser aplicado a gran escala. Ya sea identificando causas genéticas, implementando diagnóstico genético, terapia génica o estudiando la patogénesis de una enfermedad, un requisito previo clave es comprender los genes asociados con una enfermedad específica. A medida que el "Proyecto Genoma Humano" se acerca a su finalización, los científicos tendrán una comprensión integral de todos los genes humanos, lo que creará las condiciones para utilizar la tecnología de recombinación genética para mejorar la salud humana.
Sin embargo, aunque la tecnología genética ha mostrado su maravilloso encanto "mago" a la humanidad, un gran número de científicos han expresado gran preocupación por el impacto del desarrollo de esta tecnología en la ética humana y las leyes naturales de la ecología. Preocupación. En teoría, un extremo del desarrollo de esta tecnología es dar a los humanos la capacidad de crear cualquier forma de vida o criatura que nunca antes haya existido. ¿Se puede imaginar cuál sería el resultado?
Los científicos han descubierto nuevos códigos en el ADN además del código genético.
Según informan los medios de comunicación taiwaneses, científicos estadounidenses e israelíes creen haber descubierto un segundo código en el ADN, además del código genético. El código recién descubierto es responsable de determinar la posición de los cuerpos nucleares, los diminutos husos de proteínas que rodean el ADN. Estos carretes protegen y controlan simultáneamente el acceso al propio ADN.
Este descubrimiento, si se confirma, podría desbloquear nuevos conocimientos sobre los mecanismos que controlan los genes de nivel superior. Por ejemplo, cada tipo de célula humana puede activar los genes que necesita, pero no puede acceder a los genes utilizados por otros tipos de células. Este es un proceso crítico y misterioso.
En este número de Nature, Seguer del Instituto Weizmann, Wilton de la Universidad Northwestern y sus colegas describen este nuevo código de ADN.
Hay aproximadamente 30 millones de nucleosomas en cada célula humana. La razón por la que se necesitan tantos nucleosomas es porque la cadena de ADN cubre cada nucleosoma sólo 165 veces, cada hélice de ADN contiene 147 unidades y la longitud de una molécula de ADN en un solo cromosoma puede llegar a 225 millones de unidades.
Los biólogos han sospechado durante años que algunas ubicaciones del ADN, especialmente aquellas donde el ADN se dobla más fácilmente, pueden ser más propicias para la formación de nucleosomas que otras, pero el patrón general no estaba claro. Ahora, el Dr. Seguer y el Dr. Wheaton han analizado la secuencia de unas 200 posiciones en el gen de la levadura donde se sabe que se entrelazan los nucleosomas, y han descubierto que el patrón oculto existe.
Al comprender este modelo, predijeron con éxito las posiciones de aproximadamente 50 nucleadores en otros organismos. Este patrón es una combinación de dos secuencias que permiten que el ADN se doble más fácilmente y se enrolle firmemente alrededor de la ficha. Pero en este modelo, la posición entrelazada de cada núcleo requiere sólo unas pocas secuencias, por lo que no es obvia. Debido a sus condiciones de formación laxas, no entra en conflicto con el código genético.