|
exemplare ale speciilor de animale în dispariţie sub formă de
ţesuturi şi celule pentru ca ele să poată fi
reînviate în viitor.
Cu aproape 200 de ani în urmă în apele litorale ale insulelor
Comandore fauna mondială a pierdut o specie unică de mamifer marin –
vaca de mare. În prezent ne dăm seama cu regret ce scump fond
genetic a dispărut odată cu nimicirea acestor vaci: a fost singura
specie din micul grup al mamiferelor marine erbivore criofile. Dacă
în prezent ar exista vaca de mare, problema proteinei animaliere ar fi
soluţionată destul de simplu, prin creşterea acestor animale pe
«păşunile» gigantice subacvatice naturale ale litoralului
mărilor Orientului Îndepărtat.
XVI. INGINERIA GENICĂ ŞI SISTEMATICA 15. Genele şi sistematica
Din cele mai vechi timpuri omul încerca să clasifice, să
pună într-o anumită ordine, într-un sistem întreaga
varietate de organisme ce populează planeta noastră. Aceste
încercări se făceau la timpuri diferite, în mod diferit.
Sistematica este ştiinţa despre varietatea organismelor şi
clasificarea lor pe baza originii evolutive sau a relaţiilor de rudenie
dintre ele. Mult timp principalul criteriu de clasificare a organismelor era
cel morfologic. Savanţii studiau asemănările şi deosebirile
dintre organisme conform caracterelor exterioare vizibile şi determinau pe
baza acestora apartenenţa lor la o anumită specie.
Această orientare în sistematică a fost numită pe vremuri
fenosistematică (fen – caracter, adică clasificare conform
caracterelor externe).
La începutul secolului nostru existau deja informaţii care indicau
că organismele ce fac parte din diferite specii nu se deosebesc totdeauna
clar după fenotip (morfologic).
Datorită acestui fapt savanţii au început să caute un nou
criteriu de determinare a apartenenţei organismelor la diferite specii
şi au procedat la studierea cariotipului lor (numărul şi
particularităţile morfologice ale structurii cromozomilor lor). S-a
constatat că la organismele din aceeaşi specie cariotipul este
identic, pe când la speciile diferite el este divers. Cariotipul a
început să fie considerat drept unul din principalele criterii ale
speciei. În sistematică a apărut o nouă orientare –
cariosistematica.
Cu ajutorul metodelor cariosistematicii s-au obţinut date de valoare, care
permit înţelegerea multor mecanisme evolutive şi
soluţionarea multor probleme ce apar în procesul de clasificare a
plantelor şi animalelor superioare.
Metodele cariosistematicii şi fenosistematicii s-au dovedit,
însă, nepotrivite pentru determinarea organismelor din regnul al
treilea – regnul microorganismelor. Microorganismele n-au în celule un
nucleu bine reliefat, cu atât mai mult, ele n-au cromozomi. Multe
caractere fenotipice (forma, tipul de cili, structura peretelui celular ş.
a.) pentru diversele lor grupuri au apărut pe parcursul evoluţiei
în mod independent, dând naştere unor forme morfologice
asemănătoare, dar ne înrudite din punct de vedere genetic. De
aceea clasificarea conform fenotipului a constituit doar primul pas. Al doilea
a fost clasificarea după genotip, care are valoare cognitivă şi
de pronosticare mult mai mare decât fenotipul.
La formele prenucleare ale organismelor (la procarioţi) aparatul genetic
este reprezentat prin molecule aparte de ADN. Studierea lor a ajutat mult la
înţelegerea particularităţilor structurii genotipilor
tuturor grupelor de organisme. Aceste cercetări au avansat rapid din
momentul descoperirii unei clase noi de fermenţi – a restrictazelor –
instrumente principale în ingineria genică. Studierea structurii
moleculare a genotipului organismelor a devenit mai puţin dificilă
datorită folosirii acestor fermenţi capabili să provoace rupturi
în succesivităţile specifice ale ADN-ului. Astfel a apărut
încă o orientare în ştiinţă –
genosistematica. Anul ei de naştere se consideră 1960, atunci
când a fost publicată lucrarea lui A. N. Belozerschii şi a
discipolului său A. S. Spirin cu titlul: «Componenţa acizilor
nucleici şi sistematica». În această lucrare s-a făcut
prima încercare de a examina în plan comparativ toate
cunoştinţele fragmentare şi dispersate acumulate până
atunci cu privire la structura de ADN al celor mai diverse grupuri de
organisme.
Astfel, începând cu observări aparte, s-a făcut primul
şi cel mai important pas spre formarea principiilor de bază ale
genosistematicii.
Principalul obiect pe care îl analizează genosistematica este
structura moleculară a genotipului. Cu cât organismul este mai
complex, cu atât aparatul său genetic conţine mai mult ADN.
Faptul că structura ADN-ului este diferită la specii diferite
generează anumite dificultăţi. Am mai menţionat ce
cantitate uriaşă de informaţie conţine o singură
moleculă de ADN. Şi dacă ne punem drept scop să
comparăm materialul genetic al secării cu cel al mazării, ne vom
pomeni în situaţia savantului, care ar încerca să compare
sensul informaţiei ce o conţin două biblioteci tematice, compuse
din câteva zeci de mii de volume fiecare şi scrise într-o
limbă pe care el n-o cunoaşte.
Odată cu evoluţia cercetărilor în domeniul ingineriei
genice au apărut, însă, posibilităţi noi pentru
uşurarea muncii savanţilor genosistematici. Fragmentarea moleculelor
mari de ADN şi determinarea structurii primare a fiecărui fragment a
accelerat în mare măsură nu numai procedura secvenării
(descifrarea succesiunii nucleotidelor) acestor molecule, ci chiar analiza
structurii fine a fiecărei gene aparte şi succesiunii dislocării
lor de-a lungul moleculelor de ADN.
15.2 Gradul de înrudire genetică
Care sunt metodele prin intermediul cărora se studiază structura
moleculară a genotipului?
La început compararea programelor genetice ale organismelor se făcea
pe baza unei singure presupuneri, absolut logice: cu cât genotipurile
sunt mai diverse, cu atât frecvenţa unor nucleotide aparte din ADN
se deosebeşte mai mult. Cu alte cuvinte, savanţii au început a
determina diferitele organisme conform structurii nucleotidice a ADN-urilor
comparate.
Structura nucleotidică a ADN-ului este determinată cel mai bine prin
metoda directă: prin hidroliză moleculele polimere ale ADN-ului sunt
transformate într-o soluţie de nucleotide şi se determină
partea lor molară. Ca urmare se află care este frecvenţa
adeninei (A), guaninei (G), citozinei (CE) şi timinei (T) în ADN-ul
cercetat.
Să ne amintim că aceste baze se cuplează selectiv: G – CE şi
A – T. Prin urmare, bazele care formează perechi se vor
întâlni cu o frecvenţă constantă. Prin ce se pot
deosebi atunci unii de alţii diferiţii ADN? Răspunsul este
univoc: ei se deosebesc după frecvenţa acestor perechi complementare
de nucleotide şi după ordinea dislocării lor în molecule.
Este bine venit a exprima partea molară a perechilor de nucleotide G – CE
şi A – T în procente. Dacă este scris că structura
nucleotidică a unui ADN este 42 mol.% G–CE, înseamnă că la
fiecare sută de perechi de nucleotide 42 de perechi dintre acestea vor fi
G – CE şi, respectiv, 58 de perechi A -T.
Genotipurile se pot deosebi şi după numărul sumar de perechi
nucleotide din molecula ADN-ului. Aceste deosebiri în conţinutul
cantitativ al ADN-ului sunt foarte importante: ele reflectă direct volumul
informaţiei genetice, păstrată în genotipul organismelor.
Metoda directă de determinare a structurii nucleotidice a ADN-ului este
simplă şi comodă, deşi are şi neajunsuri: pentru a
efectua analiza e nevoie de mult ADN, iar analiza însăşi
durează câteva zile. De aceea în acest scop sânt
folosite uneori diferite metode indirecte. În laboratorul lui P. Doti de
la Universitatea Harvard (SUA) a fost studiat fenomenul denaturării
moleculelor ADN. Dacă vom lua o soluţie de ADN polimer şi o vom
încălzi, la atingerea unei anumite temperaturi critice, vor
începe să se desfacă legăturile între cele două
catene. Dacă temperatura va continua să crească, partea acestor
legături rupte va spori tot mai mult şi în cele din urmă
se va produce diviziunea moleculelor în două jumătăţi
complementare – ADN-ul denaturează.
La răcirea soluţiei ambele jumătăţi îşi vor
găsi partenerul complementar şi se va produce restabilirea structurii
iniţiale a spiralei duble – renaturarea ADN-ului.
S-a observat că ADN-ul cu componenţă diferită
denaturează la temperaturi diferite: cu cât partea molară a
perechilor G-CE este mai mare, cu atât este mai mare şi temperatura
de denaturare a ADN-ului.
Pentru denaturarea structurii prin această metodă se cere foarte
puţin ADN şi experienţa durează puţin timp. Practica
sistematicii genice a demonstrat că determinarea structurii ADN-ului
este o metodă sigură de determinare a asemănărilor
şi deosebirilor la stabilirea genotipurilor.
Printre numeroasele grupuri de animale şi plante există unele cu o
morfologie foarte săracă şi, prin urmare, cu un număr mic
de caractere adevărate pentru comparare. Cu totul alta este situaţia
când orice trăsătură caracterizează tot ADN-ul
genotipului. În el se reflectă ca într-o oglindă
particularităţile structurale ale tuturor genelor, care
determină formarea fenotippului.
La toate formele înrudite structura ADN-ului este foarte
asemănătoare, dar asemănarea structurilor nu indică direct
asupra înrudirii. Totodată gradul de deosebire ţine direct de
gradul de divergenţă, de deosebire a formelor de organisme comparate
şi grupurilor lor naturale (gen, familie, ordin).
Pentru determinarea gradului de deosebire după ADN au fost propuse şi
alte metode, bazate pe determinarea cantitativă a combinaţiilor
specifice de nucleotide, ce se întâlnesc în ei. Cea mai
simplă combinare este o pereche de nucleotide care stau alături
în catena ADN-ului. În fiecare serie de experienţe unul din
cele patru tipuri de nucleotide era marcat cu fosfor radioactiv. Compararea
rezultatelor acestor experienţe oferea posibilitatea de a determina
frecvenţa tuturor celor 16 combinaţii posibile de perechi de tipul:
A–A, A–G, A–C, A–T;
T–T, T–A, T–G, T–C;
G–G, G–A, G–C, G–T;
C–C, C–A, C–G, C–T.
Când determinăm frecvenţa acestor combinaţii de nucleotide
în ADN, noi procedăm deja la analiza «silabelor» în textele
programelor genetice.
Elaborarea acestei metode în laboratorul lui A. Cornberg (SUA) a prezentat
un pas înainte în practica sistematicii genice. Posibilitatea
coincidenţei ocazionale a textelor programelor genetice (după
frecvenţa celor 16 tipuri de «silabe») este mult mai mică decât
frecvenţa unor nucleotide aparte.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65
|
