|
Dar, cu toate acestea, metodele de determinare a structurii ADN-ului şi a
frecvenţei unor grupuri aparte de nucleotide sunt puţin eficace la
compararea materialului genetic al speciilor legate strâns prin rudenie
filogenetică.
Modificările în structura ADN-ului se acumulează pe parcursul
evoluţiei foarte lente, de aceea în grupele evolutive tinere
(animalele vertebrate, plantele superioare) diferitele specii se deosebesc
puţin prin «sensul» informaţiei genetice, însumate în
genotipii lor. Cunoscutul savant A. Antonov afirmă în acest sens
că deosebirile în structura complexului de gene, responsabile pentru
dezvoltarea aripii liliacului şi a mânii omului, sunt foarte mici
şi, de fapt, nu sunt sesizate de metodele descrise mai sus.
În arsenalul metodelor genosistematicii există şi metode prin
intermediul cărora se poate cerceta ADN-ul speciilor înrudite foarte
aproape.
În laboratorul lui P. Dati au fost elaborate şi bazele unei anumite
metode de comparare a structurilor diferiţilor ADN. La elaborarea acestei
metode – «hibridizarea ADN-ului» – premiza logică a fost
foarte simplă: dacă la două organisme ADN-ul se
aseamănă mult, oare nu putem prin denaturarea şi renaturarea lor
comună să obţinem formarea de molecule, care includ catene
complementare din aceste molecule atât de diferite, dar
asemănătoare.
În componenţa unei molecule de ADN catenele opuse se deosebesc
întrucâtva după conţinutul nucleotidelor purine (A, G)
şi pirimidine (C, T) şi, prin urmare, după masa lor molară.
Una dintre ele este «uşoară» (U), iar cealaltă – «grea» (G).
Schema experienţei poate fi prezentată astfel:
ADN 1 (g, u) + ADN 2 (g, u) ® denaturare ® ADN 1 g + ADN 1 u + ADN 2 g + ADN
2 u ® renaturare ® ADN 1 (g, u) + ADN 1 G, 2 u + ADN 1 u 2 g + ADN 2 (g, u).
Din această schemă reiese că la renaturare e posibilă
atât restabilirea moleculelor ADN de tip primar, cât şi la
formarea moleculelor hibride de ADN.
Ca rezultat s-a descoperit că moleculele hibride se formează uşor
atât în timpul experienţelor cu ADN-ul de diferite tulpini ale
aceleaşi specii de bacterii (colibacilul), cât şi cu ADN-ul
speciilor de bacterii înrudite foarte apropiat. Cu cât speciile
sunt înrudite mai apropiat între ele, cu atât apăreau
mai des moleculele hibride de ADN. În prezent această metodă a
devenit foarte populară şi se aplică în laboratoarele din
întreaga lume.
Aşa dar, se poate conchide că autenticitatea opiniilor despre gradul
de înrudire filogenetică a organismelor pe baza analizei complecte a
ADN-ului lor este mult mai mare decât autenticitatea rezultatelor
obţinute prin compararea caracterelor lor fenotipice.
În urma numeroaselor cercetări a devenit limpede că la animalele
şi plantele superioare deosebirile în structura ADN-ului sunt mai
puţin pronunţate decât la procarioţi (bacterii, alge
albastre), la plantele inferioare şi la animalele nevertebrate. Dar nu
este destul să ştim gradul de asemănare şi de deosebire
conform structurii ADN-ului organismelor din diferite grupuri sistematice.
Aceasta se întâmplă mai ales la eucarioţii superiori,
care se caracterizează prin structura mozaică (exo-nintronă) a
genelor. În legătură cu aceasta trebuie în primul
rând să se determine succesivitatea nucleotidelor în partea
funcţională a genelor, dar nu în genere în ADN.
Metodele de inginerie genică au oferit poeibilitatea de a se analiza cu
exactitate structura fină a genelor. Deseori funcţionarea în
organism a unei gene construite depinde de câteva nucleotide. În
prezent, datorită analizei restricţionale, a devenit posibil a se
determina succesivitatea exactă a nucleotidelor în gene, adică
«a citi» structura lor primară. Dacă cunoaştem succesiunea
genei, atunci putem determina cu uşurinţă succesiunea
aminoacidă a proteinei codificate de ea; în prezent adesea este mai
simplu a se determina structura primară a proteinei pe această cale
indirectă decât cu ajutorul secvenării directe, adică prin
descifrarea succesiunii aminoacizilor în proteine. Dacă
determinarea succesiunii aminoacide a proteinei durează luni şi
chiar ani întregi, apoi în prezent se reuşeşte a
secveniza ADN-ul în câteva săptămâni.
Importanţa acestei metode pentru ingineria genică ne-o
demonstrează faptul că savantul american U. Hilbert, autorul ei a
fost distins cu premiul Nobel. În prezent experimentatorul poate citi
câte 1000 –5000 de nucleotide pe zi. Prelucrarea şi analiza
multilaterală a acestei cantităţi de informaţie este
deseori imposibilă fără maşina electronică de calcul
(MEC), care a devenit un aparat indispensabil al laboratorului de inginerie
genică. MEC poate de asemenea prezenta, ţinând cont de
succesiunea nucleotidelor, specificul proteinei, pe care îl va produce
această genă. Toată această informaţie maşina o
păstrează în memoria sa.
Există câteva centre ştiinţifice, unde se
păstrează informaţia cu privire la structura primară a
genelor. Ce creează o bancă de succesiuni nucleotide,
înzestrate cu o puternică MEC. Asemenea bănci există
şi în multe ţări străine. Ele toate sunt unite
printr-un sistem mondial unic, pentru ca în orice moment să se
poată obţine informaţia despre anumite gene.
Astfel ingineria genică aduce nu numai un aport important la
cercetările fundamentale în domeniul biologiei moleculare, ci
contribuie totodată la elaborarea unor aspecte practice
ştiinţifice de mare importanţă, inclusiv ale sistematicii.
15.3 Realizările şi perspectivele genosistematicii
Care sunt rezultatele practice obţinute de genosistematică?
Cercetări ce au avut un scop practic bine definit au fost începute
de I. Blohina la Institutul de cercetări ştiinţifice în
domeniul epidemiologiei şi microbiologiei din Gorchii Mai târziu la
acest institut a fost creat primul laborator specializat, care
soluţionează probleme importante de microbiologie şi
epidemiologie practică.
Rapiditatea şi exactitatea sunt avantaje ale metodelor genosistematice de
identificare a microbilor. Ele au mare importanţă atunci când
proprietăţile microbului sunt denaturate în urma contactului
cu preparatele medicamentoase sau în urma variabilităţii ne
ereditare obişnuite.
Aceste variabilităţi lezează prea puţin programul, dar
în complexul caracterelor fenotinului aduc trăsături care
denaturează «portretul» microbului, făcându-l de ne recunoscut.
Iată un exemplu din practică. În una din taberele de pionieri
din Crimeia copiii au început a avea tulburări gastrointestinale.
Prin metodele obişnuite nu s-a putut determina cu exactitate agentul
patogen. Medicii au fost nevoiţi să recurgă la experienţe
de hibridizare moleculară a ADN-ului. Ele au dat rezultate univoce, care
au permis a se identifica microbul şi a se lua măsuri antiepidemice.
Metoda de hibridizare a ADN-ului s-a dovedit a fi foarte utilă pentru
sistematica microorganismelor. Mult timp savanţii nu erau siguri de
existenţa unor grupuri de microbi. Pe baza comunităţii
caracterelor lor fenotipice, cocii, lactobacilii, vibrionii şi multe alte
grupuri, după cum s-a constatat, includeau specii ne înrudite.
Printre numeroasele specii de microbi există şi un grup de bacterii
luminiscente, al căror loc în sistematică este determinat
foarte vag.
În anii 1965-1969 lucrătorii ştiinţifici ai vasului marin
«Viteazi» au separat din apa marină 50 de tulpini ale acestor microbi.
Multe din ele n-au putut fi determinate prin metodele cunoscute conform
caracterelor lor fenotipice. Savanţii au hotărât să
facă analiza ADN-ului. Ea a arătat că dintre tulpinile separate
5 fac parte dintr-o nouă specie de bacterii luminiscente, numită
fotobacterium belozerschii, moştenind numele unuia dintre
fondatorii genosistematicii.
Utilizarea criteriilor geneticiii moleculare a scos din impas sistematica
contemporană a microorganismelor. Experienţele asupra ADN-ului au
permis examinarea de pe poziţii noi a locului pe care îl ocupă
în sistematică multe plante şi animale superioare.
Speciile de grâu, de exemplu, aproape nu se deosebesc după
componenţa ADN-ului atât între ele, cât şi
între speciile din genurile apropiate egilops, secară, orz.
Totodată ADN-ul diferitelor specii de crin, ceapă adeseori nu se
aseamănă după structură.
Pentru separarea genurilor, familiilor, oridinelor şi a grupelor
sistematice mai superioare e nevoie de o apreciere obiectivă a
distanţei genetice dintre ele, a gradului de divergenţă a
genotipurilor care formează speciile lor.
Ce poate oferi genosistematica în scopul soluţionării acestei
probleme dificile?
Toate cercetările în care se foloseşte metoda de hibridizare a
ADN-ului au condus la aceeaşi concluzie: partea succesiunilor omologice
(identice) a nucleotidelor în ADN scade pe măsură ce
comparăm între ele speciile cu un grad tot mai mic de rudenie
filogenetică.
La speciile din diferite clase de animale vertebrate, de obicei, se poate
găsi în ADN 5–15% de succesiuni omologice de nucleotide, la speciile
din diferitele ordine de aceeaşi clasă – de la 25 până la
40% ş. a. m. d., inclusiv până la speciile de acelaşi gen,
care deseori nu pot fi recunoscute.
Aceste aprecieri cantitative ale asemănării materialului genetic pot
fi utilizate în soluţionarea cazurilor discutabile, atunci
când diferiţi sistematicieni apreciază în mod diferit
rangul taxonului. De exemplu, majoritatea sistematicienilor divizează
în prezent peştii în două clase: peşti
cartilaginoşi şi peşti osoşi. După ce a fost
hibridizat ADN-ul rechinului cu ADN-ul crapului, somnului, gorbuştei
şi nisetrului, s-a constatat o mare neasemănare: au fost găsite
doar aproape 10% de omologii, fapt ce confirmă teza cu privire la
depărtarea ce există între aceste două grupuri de
peşti.
S-au dovedit a fi neaşteptate, însă, rezultatele
hibridizării ADN-ului peştilor osoşi: partea omologiilor
în ADN-ul nisetrului pe de o parte şi a reprezentanţilor a trei
subordini diferite – costrăşului, crapului, somonului – pe de alta, a
fost de asemenea mică – aproape 10%.
Pe baza acestor rezultate s-a tras concluzia că este raţional ca
sturionii să fie extraşi din clasa peştilor osoşi şi
să alcătuiască o clasă independentă, precum
considera pe timpuri şi A. N. Severţev.
Astfel metodele ingineriei genice fac posibilă studierea evoluţiei
moleculare a lumii vegetale şi lumii animale, precum şi a regnului
microorganismelor. Ele pot fi de mare ajutor la soluţionarea unei serii de
probleme ce ţin de arheologie, de evoluţia omului, de dezvoltarea
şi migraţia popoarelor. Această posibilitate o confirmă
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
|
