До того як розглядати методи молекулярної біології, необхідно хоча б у найбільш загальних рисах зрозуміти і усвідомити, що собою являє і що вивчає сама молекулярна біологія. А для цього доведеться копнути ще глибше і розібратися з милозвучною поняттям “генетична інформація”. А також згадати, що таке клітина, ядро, білки і дезоксирибонуклеїнова кислота.
Що є що, або базові знання
Всім людям, які проходили основний курс біології в школі, повинно бути відомо, що тіло кожної людини і тварини складається з органів, м’язів і кісток. А ті утворюються з різних тканин, які в свою чергу формуються з клітин.
Оболонка, цитоплазма, різноманітні білки і ядро – основні складові самої звичайної клітини. Але інформація про те, як саме будуються і функціонують білки, знаходиться в ядрі, а якщо бути ще точнішим, то в дезоксирибонуклеїнової кислоти. Саме у всесвітньо відомій ланцюга ДНК знаходяться і зберігаються дані про те, як повинні працювати білки. Від правильного побудови дезоксирибонуклеїнової кислоти залежить весь подальший розвиток організму. З точки зору біологів, немає нічого важливішого. Можна сказати, що все життя людини залежить від мільярди дрібних випадковостей, які могли б змінити його геном.
Молекулярна біологія як раз-таки і вивчає процеси, які відбуваються в клітинах: як дані передаються з дезоксирибонуклеїнової кислоти у білки, як вони туди потрапляють, які основні функції білків, як вони формуються.
Ще з двадцятих років двадцятого століття молекулярна біологія активно розвивалася. Провідні вчені світу присвячували свої життя вивченню дезоксирибонуклеїнової кислоти і роботі білків. Було здійснено безліч зводять з розуму відкриттів. Наприклад, вчений Френсіс Крік напередодні шістдесятих років сформулював Центральної догми молекулярної біології. Суть цього закону полягає в тому, що з дезоксирибонуклеїнової кислоти генетичні дані переміщаються до рибонуклеїнової кислоти, а звідти вже в білок. Але в зворотному напрямку процес йти не може.
Тільки ближче до початку двадцять першого століття почалося формування основних методів молекулярної біології. Завдяки цьому в науці стався справжній прорив: вчені з’ясували, яким чином і з чого формується дезоксирибонуклеїнова кислота. Біологія і хімія більше ніколи не були незмінними.
Методи молекулярної біології
Існують основні способи зміни дезоксирибонуклеїнової і рибонуклеїнової кислоти, а також маніпуляції з білками. Вся суть принципів і методів біохімії та молекулярної біології полягає в тому, щоб з’ясувати щось нове про ДНК і білки.
Перший метод. Розрізати
Вперше вчені повною мірою усвідомили, що вони можуть змінювати структуру дезоксирибонуклеїнової кислоти ще у далеких п’ятдесятих роках двадцятого століття, коли вони виявили абсолютно особливий фермент. Нобелівські лауреати Сміт, Натанс і Арбер, які в 1978 році виділили і використовували цей білок, охрестили його рестриктазом. Таке досить жорстке назву було обрано з тієї причини, що цей фермент володів неймовірною здатністю: він міг в буквальному сенсі розрізати дезоксирибонуклеиновую кислоту.
Другий метод. З’єднати
Досить часто методи молекулярної біології використовуються не поодинці, а в парі один з одним. Прикладом тут можуть послужити перші два способи з даного списку. Мета вчених-біологів полягає не стільки в тому, щоб вичленити молекулу дезоксирибонуклеїнової кислоти, скільки в тому, щоб створити нову молекулу. У цій місії не обійтися без іншого ферменту: ДНК-лигаза. Він здатний з’єднувати ланцюга дезоксирибонуклеїнової кислоти один з одним. Причому ланцюга можуть належати клітин абсолютно різних видів, і це ні на що не вплине.
Третій метод. Розділити
Дуже часто буває, що молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти мають різну довжину. Щоб це не заважало при роботі вчених, їх ділять за допомогою явища електрофорезу. Молекулу дезоксирибонуклеїнової кислоти опускають в якусь субстанцію, а її саму занурюють в електричне поле, під впливом якого відбувається поділ.
Четвертий метод. Розпізнати суть
Методи біохімії і молекулярної біології бувають різними. Часто їх метою є не зміна генів, а їх вивчення. Для того щоб виявити суть ДНК, використовується гібридизація нуклеїнових кислот. Сам експеримент проходить так: спочатку розігрівається дезоксирибонуклеїнова кислота. З-за цього ланцюга роз’єднуються. Процес необхідно повторити двічі з двома різними дезоксирибонуклеиновыми кислотами. Потім їх з’єднують один з одним, а на закінчення суміш охолоджують. В залежності від того, як швидко чи повільно відбувається гібридизація, вчені з’ясовують, яким чином сформульована сама ланцюг дезоксирибонуклеїнової кислоти.
П’ятий метод. Клонувати
Методи дослідження молекулярної біології завжди взаємопов’язані, але особливо в цьому випадку, адже по суті клонування є комбінацією всіх попередніх методів роботи з генами. Спочатку необхідно розділити дезоксирибонуклеиновую кислоту на частини. Далі в пробірці вирощуються бактерії, і в них розмножуються отримані ланцюга.
Шостий метод. Визначити
Ще в п’ятдесятих роках двадцятого століття біолог зі Швеції Пер Віктор Едман придумав метод. З його допомогою можна було без особливих зусиль розпізнавати, в якій послідовності стоять амінокислоти в білку.
Сьомий метод. Модифікувати
Принципи і методи молекулярної біології в основному базуються на роботі з клітинами. Справа в тому, що з допомогою так званої генної гармати вчений може вводити дезоксирибонуклеиновую кислоту у клітини рослин, тварин та людини. Тим самим клітини змінюються, набувають нові якості і функції. Ядро та інші всіх органел кардинально модифікуються за допомогою цього експерименту.
Восьмий метод. Дослідити
Гени, які називають репортерными, можна приєднати до решти генам і з допомогою цього досить простої дії дослідити те, що відбувається всередині клітин. Також цей метод використовують для того, щоб з’ясувати, наскільки яскраво проявляються гени в клітці. Зазвичай роль репортера грає ген LacZ.
Дев’ятий метод. Виявити
Для того щоб виділити якийсь певний ген серед інших, вчені вводять у клітину пероксидази хрону. Там вона з’єднується з молекулою і передає достатньо сильний сигнал, який дозволяє вченому визначити кількісні і якісні характеристики клітини.
Висновок
У наш час наука надзвичайно активно рухається вперед. Особливо в сфері біології. Відкриваються нові функції і види клітин, зовсім нові методи молекулярної біології. Цілком можливо, що майбутнє буде залежати від цих відкриттів. А відкриття ці, в свою чергу, залежать від сучасних методів молекулярної біології.
