Twoja wyszukiwarka

MAGDALENA FIKUS
BURZLIWE DZIEJE PODWÓJNEJ HELISY
Wiedza i Życie nr 3/1996
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 3/1996

Genetyka, choć korzeniami sięga XIX wieku, jest nauką obecnego stulecia. Zmienianasz sposób widzenia i rozumienia świataożywionego właściwie tak długo,jak długo istnieje "Wiedza i Życie".

Być może w czasie, w którym pierwsze numery "Wiedzy i Życia" schodziły z taśmy drukarni, brytyjski uczony, Fred Griffith z bijącym sercem wracał do laboratorium, żeby sprawdzić wynik swego słynnego dziś doświadczenia. Uczony wstrzykiwał myszom mieszankę żywych i martwych bakterii - paciorkowców. Wywołują one u ludzi i niektórych wrażliwych na nie ssaków zapalenie płuc, chorobę dla myszy śmiertelną. Owe śmiercionośne bakterie otacza błyszcząca, śluzowata kapsułka. Z tego względu ich kolonie mają gładką powierzchnię (ang. Smooth), - ta ich postać zwana jest formą S. Odmiana, która dziedzicznie utraciła kapsułkę i nie jest zakaźna, na stałym podłożu wyrasta w postaci szorstkich kolonii (ang. Rough), stąd nazwa - forma R. Griffith podawał myszom żywe bakterie formy R i martwe formy S, dlatego przewidywał, że gryzonie nie powinny zachorować na zapalenie płuc. A jednak zachorowały z wiadomym skutkiem, a w ich martwych ciałach odnależć można było żywe, zjadliwe bakterie formy S...

Z doświadczenia Griffitha wynikało, że żywe bakterie pobrały materiał genetyczny z martwych, czyli, jakbyśmy to dzisiaj powiedzieli, przeszły transformację genetyczną. Czy Griffith zadał sobie pytanie o chemiczną naturę tego genetycznego materiału, czy też, jak wszyscy jemu współcześni uważał, ba wiedział, że są to białka?

Genetyka jest młodą nauką, a genetyka molekularna powstała za życia obecnie pracujących uczonych. Zaledwie 130 lat temu Grzegorz Mendel wykonał słynne doświadczenia z grochem, na podstawie których sformułował prawa, dziś nazywane prawami Mendla: prawo czystości gamet i prawo niezależności dziedziczenia się czynników dziedzicznych. Mendel nie wiedział oczywiście, czym są owe czynniki i nawet nie próbował zgadywać, ważne jest jednak, że nadawał im cechy materialne. Dopiero Amerykanin Thomas Morgan uczynił geny, bo tak w 1909 roku nazwał jednostki dziedziczności W. L. Johannsen, prawdziwie materialnymi. Osiemdziesiąt pięć lat temu Morgan rozpoczął badania nad dziedziczeniem cech przez muszki owocowe, Drosophila melanogaster. Wieloletnią pracę zwieńczyła Nagroda Nobla przyznana mu w 1933 roku.

Morgan zauważył, że ściśle określone geny można przypisać zawsze tym samym chromosomom, w których geny ułożone są jeden za drugim, podobnie jak paciorki nawleczone na nitkę. Morgan pierwszy sformułował zasadę sprzężenia cech, a także wykazał, iż w naturze zachodzi zjawisko wymiany fragmentów chromosomów. Dzięki tym odkryciom stworzył pierwsze na świecie genetyczne mapy chromosomów, czyli wyznaczył odległości między genami i określił ich wzajemne ułożenie w chromosomach. Morgan również zidentyfikował chromosomy płciowe i opisał zjawisko sprzężenia z płcią znajdujących się na nich genów.

W 1927 roku ("Wiedza i Życie" wychodziła już od roku!) na Międzynarodowym Zjeździe Genetyków w Berlinie amerykański badacz Hermann Muller zreferował doświadczenia nad samcami muszek owocowych, naświetlonymi promieniami rentgenowskimi. Ich potomstwo wykazywało podwyższoną zmienność. Zmienione osobniki inny genetyk - Holender, Hugo de Vries - nazwał mutantami, a zmiany - mutacjami.

Przed odkryciem Mullera promienie X uznawano za bezpieczne i stosowano w dużych dawkach w diagnostyce medycznej. Ta niewiedza kosztowała życie wielu ludzi, między innymi Marię Skłodowską-Curie. Dość szybko okazało się, że podobną, śmiercionośną aktywność wykazują liczne związki chemiczne i różne typy promieniowania elektromagnetycznego. Nadal nie znano jednak substancji, która zmienia się po naświetlaniu czy kontakcie, na przykład z iperytem, a odpowiada za przechowywanie informacji genetycznej. W owym czasie przeważał pogląd, że są to białka chromosomalne. Cała opisowa genetyka została oparta na tej teorii.

W Europie trwała straszliwa wojna i nikt w Polsce nie czytał naukowej prasy, nie wydawano także "Wiedzy i Życia". Wtedy właśnie Amerykanin, Oswald Avery, powtórzył i opisał doświadczenie Griffitha. Różniło się ono od pierwowzoru tym, że zaszczepił myszki bezpiecznymi paciorkowcami (forma R), które uprzednio przetrzymał w roztworze kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), wyizolowanego z martwych bakterii typu S. Wynik doświadczenia Avery'ego był taki sam jak Griffitha: myszki zachorowały na śmiertelne zapalenie płuc. Stało się więc jasne, że substancją przenoszącą cechę S był DNA.

W maju 1943 roku Avery napisał do brata:...Jeżeli okaże się, że mam rację - a jest to oczywiście wielkie jeżeli - to wykryliśmy chemiczną naturę czynnika stymulującego zmianę: jest to kwas nukleinowy typu grasiczego. Można by myśleć, że i wirusy są genami, ale na razie tym się nie będę zajmował. Oczywiście, problem ten najeżony jest implikacjami: wiąże się z biochemią tego kwasu nukleinowego, traktowanego dotychczas jako pozbawionego specyfiki gatunkowej, dotyczy genetyki, chemii enzymów, metabolizmu komórek... Jednak, aby być przekonującym dla ogółu musiałem bardzo dobrze udokumentować tezę, że DNA oczyszczony od białek ma tę specyficzną cechę biologiczną...

Słuszność podejrzeń Avery'ego, które dotyczyły wirusów, potwierdzili w 1952 roku Artur Hershey i Marta Chase. Zaś w 1953 roku James Watson, Francis Crick i Maurice Wilkins ogłosili słynną hipotezę o strukturze podwójnej helisy DNA. Tak rozpoczęła się era genetyki molekularnej.

Jeszcze w 1958 roku wydano w Polsce książeczkę o genetyce, w której czytamy: ...białka wchodzące w skład genu wykazują duży stopień stałości i mogą przez setki lat odtwarzać się niezmienione... Aby w takiej trwałej cząsteczce mogły zajść zmiany budowy musimy doprowadzić do niej znaczną dawkę energii... wtedy w obrębie cząsteczki mogą zajść różne przegrupowania... Geny są za drobne, abyśmy mogli je wyizolować z komórki i badać oddzielnie, możemy tylko badać budowę chromosomów...zbudowanych z różnych białek, w skład których wchodzą pewne kwasy nukleinowe. A więc i do Polski dotarła wiedza o kwasach nukleinowych, choć w niezwykle bałamutnym sformułowaniu redakcyjnym...

W 1946 roku Muller został uhonorowany Nagrodą Nobla za wieloletnie badania nad mutacjami genów. A dwa lata później odbyła się w Moskwie specjalna sesja Leninowskiej Akademii Nauk Rolniczych, podczas której po raz pierwszy ówczesny prezydent Akademii, a niegdysiejszy sowchozowy agronom, Trofim Denisowicz Łysenko oświadczył, iż wyniki jego badań nad zmiennością roślin (w zależności od klimatu i pory roku) mają pełne poparcie Komitetu Centralnego partii. Od tej chwili na pokaźnej części globu odkrycia Mendla, Morgana, Mullera zostały oficjalnie potępione jako "nienaukowe, burżuazyjne brednie". Absurdalne poglądy radzieckiego agronoma trafiły do podręczników akademickich, były wykładane i utrwalane na seminariach i egzaminach. Nie było w nich miejsca na geny i materialną podstawę zjawisk dziedziczenia. Obowiązywał zaś pogląd, że o cechach dziedziczonych decyduje środowisko, a gatunki mogą łatwo i spontanicznie przechodzić jedne w drugie. Na słynnym zdjęciu, przedstawionym w Instytucie Botaniki radzieckiej Akademii Nauk widać było drzewo, które w połowie było brzozą, a w połowie sosną. Miało ono dokumetować przemianę gatunków w tym samym pokoleniu rośliny. Już po upadku Łysenki studenci odnaleźli rzeczone drzewo i uwiecznili je z innej strony, z której widać było, że są to dwa drzewa, uprzednio fotografowane w tej samej linii wzroku.

To wtedy, gdy powstawały pierwsze numery "Wiedzy i Życia", genetyk i botanik rosyjski Nikołaj Wawiłow rozpoczął zbieranie na całym świecie nasion roślin, gromadząc w końcu lat trzydziestych największą i najwspanialszą światową ich kolekcję. Niestety, zbiór ten zbyt jednoznacznie świadczył o cząstkach dziedziczności zawartych w nasionach, został zatem zniszczony, a sam Wawiłow zesłany w 1940 roku do łagrów, gdzie w 1943 roku zmarł z wycieńczenia.

Polskiego uczonego, Wacława Gajewskiego potraktowano łagodniej, odsuwając go w latach 1949 - 1958 od jakiejkolwiek formy nauczania, ponieważ nie zgodził się w swoich wykładach traktować "mendelizm" i "łysenkizm" jako równoprawne dziedziny nauki. Za wstrzymany w naszej części świata rozwój genetyki trzeba było potem płacić latami doganiania cudzych myśli i osiągnięć.

Dalszy ciąg rozwoju genetyki molekularnej jest już nam bliższy i szerzej znany. Mieszczą się w nim odkrycia wszystkich podstawowych enzymów, biorących udział w budowaniu kwasów nukleinowych i w ich przemianach, a także w procesach wyrażania informacji genetycznej, zwanych ekspresją genów, a ponadto opracowanie systemów badań tych kluczowych zjawisk in vitro, poza komórką.

Od 25 lat rozkwitają idee inżynierii genetycznej, rozbudowywane są metody analizy i przenoszenia między organizmami pojedynczych genów (doświadczenia, które autorowi wspomnianej książeczki sprzed 37 lat wydawały się całkowicie niemożliwe do wykonania). Na naszych oczach powstał i jest realizowany, z sukcesami, projekt na miarę końca XX wieku - sekwencjonowania szeregu reprezentatywnych genomów, w tym genomu ludzkiego. To w roku, który przeminął, po raz pierwszy opisano pełne sekwencje genomów dwóch bakterii, natomiast obecny rok przyniesie zapewne zakończenie sekwencjonowania genomu pierwszego organizmu eukariotycznego, drożdży Saccharomyces cerevisiae.

Do połowy 1995 roku opisano i scharakteryzowano prawidłowe struktury i aktywność około trzydziestu tysięcy ludzkich genów (w przybliżeniu połowy wszystkich genów człowieka) w trzydziestu siedmiu różnych tkankach i narządach, w normie i patologii, pobranych od ludzi w różnym wieku. W ostatnim dziesięcioleciu wreszcie, przystąpiono do terapii genowej licznych schorzeń, użyto DNA jako znacznika w archeologii, paleontologii, kryminalistyce, nauce o ewolucji, ekologii. To nasze ręce stworzyły rośliny i zwierzęta transgeniczne. To koniec naszego wieku wprowadził biologów i genetyków do przemysłu, tworząc nową dziedzinę nauki i działalności ludzkiej - biotechnologię. A "Wiedza i Życie" tym odkryciom, tendencjom, i genetycznym sensacjom wiernie kibicuje.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
Jak żyć z 470 genami?
Transgeniczne strachy