Молекулярная биология на стыке веков: ген как структурная и функциональная единица

строение и функции нерегулярных биополимеров – белков и нуклеиновых кислот на протяжении ХХ века преобразовался в самостоятельную научную дисциплину - молекулярной биологии или молекулярную биологию гена.
Возникнув как биохимия нуклеиновых кислот, молекулярная биология пережила период бурного развития собственных методов исследования, которыми теперь отличается от биохимии. К ним, в частности, относятся методы генной инженерии, клонирования, искусственной экспрессии и нокаута генов. Поскольку ДНК является материальным носителем генетической информации, молекулярная биология значительно сблизилась с генетикой, и на стыке образовалась молекулярная генетика, являющаяся одновременно разделом генетики и молекулярной биологии.
Начало ХХ ознаменовалось открытием явления радиактивности. Радиобиологи́ческий парадо́кс, заключавшийся в несоответствие между ничтожным количеством поглощённой энергии ионизирующего излучения и крайней степенью реакции биологического объекта, вплоть до летального исхода поставило во главу угла необходимость поиска мишеней для ионизирующих излучений. Этой мишенью оказалась молекула ДНК. Основным явлениям реализации биологического действия радиации – мутация. На протяжении ХХ столетие радиобиология развивалась в основном как радиационная генетика.
В конце ХХ расширяющееся распространение источников ЭМИ стало вызывать тревогу научной общественности. Стало понятно, что ЭМИ, обладая меньшей, чем ионизирующих излучений энергией, не способны приводить к прямым поражением ДНК, а их генетические эффекты в основном реализуются через изменение экспрессии генов. В это время в генетики формируется новое направление, изучающее изменение экспрессии генов или фенотипа клетки, вызванных механизмами, не затрагивающими последовательность ДНК.

(г.Саров) на протяжении многих лет параллельно с развитием исследований по радиационной физики развивались радиобиологические исследования, изучающие биологические эффекты ионизирующих излучений на клеточно-молекулярном уровне. В последние десятилетия комплекс методик, позволяющий разносторонне оценивать клеточные эффекты действия ионизирующих излучений, был адаптирован для исследования биологического действия слабых электромагнитных полей.
В связи этим представляется уместным осветить некоторые моменты развития исследований изучению мутационного процесса и становление новой для второй половины ХХ века области генетики – эпигенетики – как направлений исследований по молекулярной биологии гена.

(1865) высказал первые предположения об организации наследственного материала. На основании результатов своих экспериментов на горохе он пришел к заключению, что наследственный материал дискретен, т.е. представлен отдельными наследственными задатками, отвечающими за развитие определенных признаков организмов. По утверждению Менделя, в наследственном материале организмов, размножающихся половым путем, развитие отдельного признака обеспечивается парой аллельных задатков, пришедших с половыми клетками от обоих родителей. При образовании гамет в каждую из них попадает лишь один из пары аллельных задатков, поэтому гаметы всегда "чисты". В 1909 г.В. Иогансен назвал "наследственные задатки" Менделя генами.

котором наблюдалось изменение (трансформация) некоторых наследственных свойств одного бактериального штамма под влиянием материала, полученного из убитых клеток другого штамма. Химическая природа вещества, трансформирующего наследственные свойства бактерий, была установлена лишь в 1944 г. О. Эйвери, доказавшим его принадлежность к нуклеиновым кислотам ДНК.

В 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили двухспиральную структуру молекулы ДНК. Их структурная модель Уотсона и Крика позволила объяснить многие фундаментальные биологические феномены, такие как: существование очень больших биологических молекул, способ хранения и точного копирования информации о их структуре, возможность изменения структуры генов в эволюции и др., в результате чего молекулярная биология обрела свои основные принципы.

НИИ экспериментальной физики» для оценки эффектов облучения началось в 70-е годы прошлого столетия. За эти годы были исследованы количественные закономерности образования аберраций при действии различных видов ионизирующих излучений, проведено цитогенетическое обследование когорт сотрудников института, которые подвергались профессиональному облучению.
В настоящее время используются такие современные методы :как метод комет, метод оценки программируемой клеточной гибели .

«Comet assay »

Для анализа изображений «комет» использовали специальное программное обеспечение [2]

уровень повреждений ДНК
TD30 – остаточный уровень повреждений ДНК

Статистический анализ клеток крови по методу
«Comet assay »

окрашивание препаратов

Анализ препаратов

предложен Конрадом Уоддингтоном в 1942 году, как производное от слов генетика и эпигенез. Когда Уоддингтон ввел этот термин, физическая природа генов не была до конца известна, поэтому он использовал его в качестве концептуальной модели того, как гены могут взаимодействовать со своим окружением при формировании фенотипа.
Робин Холлидэй определил эпигенетику как «изучение механизмов временного и пространственного контроля активности генов в процессе развития организмов». Таким образом, термин «эпигенетика» может быть использован, чтобы описать какие-либо внутренние факторы, которые влияют на развитие организма, за исключением самой последовательности ДНК.
В 1975 г. Артур Риггс, а также Р. Холлидей сообщили о том, что инактивация Х-хромосомы и, стало быть, половая дифференцировка у млекопитающих связаны с метилированием ДНК. Была открыта тканевая разнокачественность метилирования ДНК и было сформулировано представление о том, что метилирование ДНК – механизм регуляции экспрессии генов и клеточной дифференцировки. На самом деле это был первый материальный химически идентифицированный и расшифрованный эпигенетический сигнал. Сформировано представление об эпигеноме, так что фенотип любого организма представляет собой суммарную реализацию генома и эпигенома.

Конрад Уоддингтон