Акад. Румен Цанев – „Нова ОРБИТА“ и „Стандарт ИДЕЯ“, май 1993 г
Двойната спирала на 40 години: Открит Урок
В края на април преди 40 години бе публикуван моделът на ДНК – двойната спирала, която можем да наречем нишката на живота. Годишнината на това епохално откритие, станало основа на нов етап в развитието на човешката цивилизация, бе отбелязана само със скромно събрание в БАН. Българската национална телевизия и другите средства за масова информация, въпреки че бяха уведомени, не намериха за необходимо поне да споменат тази важна годишнина.
Двойната спирала – нишката на живота
от академик Румен Цанев
Цялата човешка цивилизация се е основавала на научни открития. В историята на човечеството тя е бивала изграждана върху огъня и желязото, парата и барута, електричеството и радиовълните, ядрената енергия и компютърната техника. Това са цивилизациите на математиката, физиката и химията. Сега настъпва епохата на цивилизация, основана на биологията, на науката за гена, развила се благодарение на откритието на модела на ДНК (дезоксирибонуклеиновата киселина).
След теорията на Дарвин за произхода на видовете, изясняването на структурата и функцията на ДНК е без съмнени
най-голямото откритие в биологията –
откритие, което заслужава много по-голямо внимание от страна на обществото. Това необикновено постижение донесе Нобелова награда на авторите му – Крик, Уатсон и Уилкинс, и откри нова епоха в развитието на биологията като стана предпоставка за цяла редица постижения, много от които заслужили също така Нобелова награда.
Двойната спирала на ДНК се оказа нишката, която носи генетичната информация и се възпроизвежда. В ядрото на всяка човешка клетка се съдържа повече от един метър ДНК, много сложно нагъната, за да се събере в този микроскопичен обем. Така че ако опънем нишката на цялата ДНК на един човек, тя би покрила много пъти разстоянието от земята до слънцето.
Моделът на ДНК помогна да се изясни в детайли механизмът, който осъществява нейното възпроизвеждане, т.е. ДНК репликацията – основата на клетъчното размножение. Разкриха се невероятно сложни механизми, осигуряващи точното предаване на информацията, записана във веригата на ДНК. Оказа се, че съществуват и механизми, които осигуряват коригирането на случайно допуснати грешки така, както се поправят коректури в книгопечатането.
Всеки, който подробно се запознае с тези механизми, би изпаднал във
възторг от майсторството на природата
и би се затруднил да си обясни как те са възникнали в еволюцията. Не случайно един от откривателите на двойната спирала – Франсис Крик, допусна, че животът е създаден другаде, тъй като на земята времето не би стигнало за такава сложна еволюция.
Едно друго, несъмнено върхово постижение е откритието на т.нар. информационна РНК. Осем години след модела на ДНК бе показано, че информацията, записана в нея, се презаписва във вид на една друга линейна молекула – рибонуклеиновата киселина(РНК), която отива в цитоплазмата като пръв посланик, за да определи какви белтъци дадена клетка ще синтезира, т.е. каква ще бъде функцията на тази клетка.
Изучаването на строежа на специализираните структури на цитоплазмата – рибозомите, и взаимодействието им с информационната РНК доведе до едно от най-забележителните постижения – изясняване на механизма, по който се осъществява синтезата на белтъци в клетката.
Така се оформи принципното от методологична гледна точка положение – потокът на информация в живите системи е еднопосочен – от нуклеиновите киселини към белтъците, но не и обратно. Това положение, известно като централната догма на молекулярната биология, предизвика много философски спорове.
Тези открития доведоха до
разшифроването на т.нар. генетичен код
Показано беше, че четирите структурни елемента, които изграждат ДНК, образуват комбинации от по 3 (т.нар. триплети), които кодират 20-те структурни елемента на белтъците – отделните аминокиселини. Начинът, по който са подредени триплетите в ДНК, се презаписва в информационната РНК и това определя реда, по който се подреждат и аминокиселините в белтъчната верига.
Така се оказа, че живата природа разполага с две азбуки – четирибуквенa азбука на нуклеиновите киселини и 20-буквената азбука на белтъците. От информационна гледна точка синтезата на белтък е превеждане от езика на една четирибуквена азбука на езика на друга двадесетбуквена. Това важно постижение показа, че клетката притежава апарат – рибозомата, който е способен да превежда всякаква
Много важни открития са свързани с изследвания, които показват, че ДНК, макар и сравнително стабилна структура за пазене на информация, все пак може да претърпява промени като мутации, отпадане, разместване и удвояване на отделни участъци, процеси, които осигуряват изменчивост на организмите, доставяйки така материал за естествения отбор. Такива изменения могат да доведат и до патологични отклонения, каквито са напр. злокачествените заболявания и наследствените болести, а също и до полезни процеси – получаването на огромното разнообразие на антителата – защитниците на организма.
Върхово постижение е и
намирането на ензими
способни да режат ДНК на точно определени места, и други, способни да свързват отделни ДНК парчета в цяла верига. Така се откри възможността да се създават нови ДНК молекули чрез изрязване и зашиване, откри се ерата на т.нар. рекомбинантна ДНК или на популярен език – генното инженерство.
Тази принципно нова ера в биологията позволи да се извършва в лабораторията за дни това, което природата е успявала да извърши за милиони години. Рекомбинантната ДНК технология доведе до нови възможности за изучаване на фундаментални биологични проблеми и за практически приложения.
Генното инженерство и новите техники позволиха да се определя последователността на структурните елементи („буквите“) на ДНК или просто казано да се „чете“ информацията, записана в ДНК. Това доведе до инициативата да се започне един грандиозен международен проект, наречен Човешкия геном. Да се „прочете“ информацията, записана в човешката ДНК, е наистина грандиозна задача, която ще доведе до локализирането на гени, чиито промени водят до много болестни процеси. За да добием представа за грандиозността на тази задача, е достатъчна една проста сметка. В генома на човека се съдържат 3.109 н.д., т. е. три милиарда букви от 4- буквената нуклеинова азбука. Ако се разчита по една буква в секунда и се работи непрекъснато 24 часа в денонощието, за прочитането ще са необходими 100 години. Тази задача се улеснява с развитието на нови техники и апаратура и ангажирането на много колективи от всички развити страни.
Досега е прочетена само една малка част от процента на човешкия геном. В резултат на това в човешките хромозоми са локализирани 2532 гена, от които 594 са свързани с различни болести (по данни до 15 юли 1992 г.).
Тези постижения на молекулярната биология доведоха и до възможността за практически приложения във всички области на човешката дейност: индустрия, медицина, селско стопанство, екология. Стана възможно чрез генното инженерство да се получават ценни за медицината продукти като растежния хормон, инсулина, интерферони и др.; сложи се начало и на т. нар. генна терапия; чрез пренасянето на гени стана възможно създаването на нови видове – т.нар. трансгенни животни и растения, притежаващи нови качества, създаването на микроорганизми, очистващи околната среда от замърсители и пр.
И така човечеството най-после откри нишката на живота, за която се говори още
в древната гръцка митология
Като символ сега можем да гледаме на трите богини на съдбата – мойрите Атропа, Клото и Лахеса, които предат нишката на живота, изрязват с ножицата онова, което е излишно, и определят каква ще е нишката. Един великолепен символ на това, което е вършила природата – изплела е нишката на ДНК, изрязала е в еволюцията ненужните й части и е закодирала в нея съдбата на всеки жив организъм.
Всички тези върхови постижения ни дават основание да се съгласим с френския учен франсоа Гро – един от участниците в тази научна епопея, че човечеството навлиза в епохата на нова цивилизация – цивилизацията на гена. Бих искал да изразя огорчението на българските учени, че катастрофалното положение, в което са изпаднали нашата наука и култура, надали ще позволи на България скоро да навлезе в тази нова цивилизация.