За тайните и големите откритията около молекулата на ДНК

Възможно ли е родители с кафяви очи да имат дете със сини очи?

Напълно възможно, но само, ако и двамата родители са носители на едно скрито копие за сини очи.

Чудили ли сте се защо само вие имате носа на дядо си?

Някои черти се предават от поколение на поколение, а други прескачат поколение.

Още през 1856 г. австрийският монах Грегор Мендел забелязва, че при кръстосване на граховите растения с бели и червени цветове понякога чертите и на майката и на бащата се проявяват в поколението, а друг път само чертите на единия или другия. Той заключил, че всяка черта се унаследява от родителите, като за нея има две индивидуални програми – една от майката и една от бащата, но понякога едната доминира над другата. Със своите изследвания на над 10 000 растения в продължение на 8 години, „резултат от усърдни кръстоски и не малко кураж да продължи с работата си“, както самият той казал, Мендел дава началото на съвременната генетика. Той обяснява предаването на генетичните черти. Сега знаем, че конкретни гени определят окраската на цветовете, формата на граховите зърна и т.н. Всеки ген има отделни форми или алели, които определят дали цветовете ще са бели или червени и дали семената ще са набръчкани или гладки, например. А химическият носител на гените е молекулата на ДНК – дезокси рибонуклеинова киселина.

Нейната структура се публикува през 1953 г. от Джеймс Уотсън и Франсис Крик. Тогава се загатва и методът, по който генетичната информация, заложена в ДНК, може да се предава от поколение на поколение. Тази научна кулминация е толкова важна, защото структурата на ДНК крие тайната на живота. Отначало ДНК се е считала за недостатъчно сложна и разнообразна, за да бъде носител на наследствената информация. Откритието за структурата й опровергава това. Важно е обаче да се отбележи, че публикацията на Уотсън-Крик лежи върху труда на още учени като Фридрих Мишер, Фибус Левин, Ъруин Чаргаф, Розалинд Франклин и Морис Уилкинс.

През 1869 г. швейцарският химик Фридрих Мишер открива за пръв път така наречения от него „нуклеин“ в ядрата на човешки бели кръвни клетки. Терминът нуклеин в последствие се преименува на нуклеинова киселина и съответно на дезокси рибонуклеинова киселина.

Целта на изследванията на Мишер не била да изолира и характеризира не нуклеина, а белтъците в левкоцитите. Получавал е бинтове, напоени с гной от местната болница, от които е планирал да извлича левкоцитите и да идентифицира различните белтъци в тях. Той обаче попада на вещество, което не се държи като белтък и има много голямо съдържание на фосфор. Мишер разбира, че е открил ново вещество, което по-късно ще получи името ДНК.

Повече от 50 години минават преди откритието на Мишер да бъде оценено от научното съсловие. Фибус Левин пръв отрива последователността на трите основни компонента в ДНК (фосфат – захарна молекула – азотна база). Той предлага полинуклетиден модел, в който нуклеиновите киселини са изградени от поредица от нуклеотиди, които от своя страна са изградени от една от 4 бази, съдържащи азот, захарна молекула и фосфата група.

След като прочита публикацията на Освалд Ейвъри от 1944г, в която демонстрират, че наследствените фактори, или гените, са изградени от ДНК, австрийският биохимик Ъруин Чаргаф открива, че композицията на ДНК се различава в различни видове организми, т.е. че няма еднообразна структура. Освен това показва, че съдържанието на две от азотните бази в нуклетидите на ДНК отговарят на съдържанието на другите две, единствено съотношението им се променя. Това е много важна стъпка за изясняването в последствие на структурата и връзките межди двете вериги на ДНК.

До голяма степен на базата на рентгенорграмата на ДНК, направена от Рей Гозлинг, Разлинд Франклин и Морис Уилкинс през 1953 г. Уотсън-Крик представят своя изключително точен модел на двойно осукана спирала, в която двете вериги се държат една за друга посредством водородни връзки между азотните бази на отделните нуклеотиди. Публикацията е последвана веднага от още две допълващи статии от Уилкинс и Франклин. За откритието си Уотсън, Крик и Уилкинс получават Нобеловата награда.

За съжаление, до тогава вече Франклин е починала от рак само 5 години след публикуването на структурата на ДНК. Без разясненията по рентгенограмата на Франклин, не е ясно колко повече време е можело да отнеме на Уотсън и Крик да разгадаят структурата на молекулата. Важно е да се отбележи, че макар и двамата учени да изпреварват Франклин в откритието си, от записките й става ясно, че тя самостоятелно е стигнала до същото заключение, че ДНК е съставена от две вериги и че начинът по който нуклеотидите или базите се свързват помежду си е комплементарен, което позволява на молекулата да се удвоява и размножава. Над всичко, Франклин, отбелязва в записките си, че безбройното разнообразие от комбинации или нуклетидна последователност, може да обясни биологичната специфичност на ДНК молекулата.

Съответно, разчитането на тази последователност от 4 букви би разкодирала генома и спомогнала за откриването на гените, отговорни за строежа на нашите клетки, както и за много заболявания с генетична основа или предизпозиция.

През 2003 година след 10 годишни изследвания се публикува разчетеният човешки геном в резултат на колаборацията на няколко научни центрове в цял свят. Резултатът е повече от учудващ. В човешкият геном има само между 20 000 и 25 000 гена, които кодират белтъци, като за сравнение, геномът на винената мушица съдържа близо 14 000 гена, които кодират белтъци. Само около 1% от ДНК-то ни всъщност кодира белтъци. Огромна част от генетичния ни материал е еволюционен отпечатък или е отговорен за регулацията на активиране и ексресия на гените. Хората споделят 99.9% от ДНК-то си и тези 0.1% ни правят различни един от друг, докато споделяме над 95% от ДНК-то си с шимпанзета. В зависимост от начина, по който се изследва еднаквостта на секвенциите, тази цифра достига и 99%.

Броят на нуклеитидите във веригата на ДНК-то от една клетка е 3 билиона, близо колкото е и струвал проектът, но в долари. ДНК- то от една клетка, ако се разпъне, би стигнало почти 2 метра, а се събира в клетки от порядъка на 10 до 40 хилядни от милиметъра. Ако хванете едно въже и започнете да го навивате като мартеница от единия край, след време ще забележите, че започва да се усуква и да намалява дължината си. По подобен начин и с помощта на специални белтъци, ДНК се компресира и пакетира във все по-сложно организирани структури и намалява многократно дължината си, за да се събере в ядрото на клетката.

Ето и кратка рецепта за вадене на ДНК

За помощ – питайте децата в Izzi Science for Kids, те вече знаят как

Материали: половин банан, пликче, 2 лъжички течен сапун или веро, половин лъжичка сол, една трета чаша вода, цедка, 100мл (студен) 95% спирт, дървено шишче

Процедура:

  1. Бананът се смачква добре в пликчето.
  2. Отделно се прави разтвор, като солта и верото се разбъркват добре във водата.
  3. Добавят се 9 лъжички от разтвора при банана и се мачка за 2 минути. Разтворът разпуква клетките и държи ДНК-то.
  4. Прецежда се само сокът в чаша.
  5. Спиртът се добавя бавно по стената на чашата, като се внимава да не се смесва с банановия сок. ДНК-то при допир със спирта излиза от разтвора и агрегира на нишки или облачета.
  6. ДНК-то може да се навие на шишчето и да се извади. Макар и да не е пречистено от белтъци и въглехидрати, се вижда с просто око и има как да се докосне.