Але, незважаючи на всі свої явно фантастичні властивості, ДНК працює за звичайними законами природи. І ніякої магії тут немає. Так, іноді принципи її функціонування не завжди очевидні. Але наукові дослідження цілком можуть їх виявити.
Як виглядає ДНК?
Фізично ДНК являє собою хімічну речовину у формі звивистих «сходів», відомих так само як «подвійна спіраль». Ці сходи складаються зі «сходинок» і цукрово-фосфатних «бічних перил».
Сходинки її складаються з пар хімічних підстав: аденіна, тиміна, цитозина і гуаніна. Скорочено A, T, C і G, відповідно. Важливо зазначити, що аденін (A) з'єднується тільки з тіміном (T). А цитозин (C) тільки з гуаніном (G). Тільки пари A - T або C - G працюють як поперечини між двома бічними поручнями.
Структура сходів ДНК природним чином скручує її у форму подвійної спіралі. І така сходова молекула може мати досить великі розміри. У людській клітці, наприклад, кількість ланок пар підстав перевищує три мільярди! А загальна довжина молекули становить близько 2 метрів! Однак є нюанс. У багатоклітинних організмах, таких як людина, ДНК не є одним двометровим ланцюжком. Вона розділена і щільно упакована в 23 пари хромосом, які має кожна клітина.
Що робить ця молекула?
Всі бактерії, рослини і тварини, включаючи людину, використовують цю дивовижну молекулу як сховище своєї спадкової інформації. Тобто, простіше кажучи, як рецепт передачі кожної генетичної особливості. Від кольору очей до групи крові. І цей рецепт зберігатися в кожній клітині організму. Ці сегменти ДНК, що несуть генетичну інформацію, називаються генами. По суті, ДНК людини відрізняється від ДНК томата тільки послідовністю розташування пар підстав A, T, C і G.
Саме ця молекула зберігає інструкції з виробництва, скажімо, інсуліну в клітинах підшлункової залози людини. Або фотосинтетичних ферментів у рослинах. Однак у ДНК рослин відсутні інструкції щодо послідовностей підстав для виробництва інсуліну. А в ДНК людини відсутні інструкції для виробництва фотосинтетичних ферментів.
Різниця між клітиною печінки і клітиною шкіри полягає в тому, що хоча обидві вони активують («експресують») гени, необхідні для здійснення основних життєвих процесів, клітина печінки експресує гени тільки білків печінки. Решта генів залишаються на місці. Але не експресуються. Так само клітини шкіри експресують гени, унікальні для білків шкіри. Однак гени печінки (та інші) при цьому заглушаються.
Чи кожна жива істота має її?
Мова генетики однакова для всіх форм життя. Ген з будь-якої клітини будь-якої живої істоти може бути скопійований, переданий і зрозумілий будь-якою іншою живою істотою. Яке може зробити той же самий білок.
Наприклад, людський інсулін сьогодні може вироблятися мікробами, модифікованими методами генної інженерії з використанням рецепта людської ДНК. Працює це приблизно так. Копія гена людського інсуліну передається мікробам. Ці мікроби збирають нараду, де вивчають рецепт гена людського інсуліну. І за отриманими кресленнями виробляють людський інсулін. Хоча самі мікроби не мають крові і, тим більше, цукру в крові. І не використовують інсулін. Це просто робота і не більше togo. Так само більшість твердих сирів в даний час виробляється з використанням хімозину (ферменту згортання молока), що генерується генетично модифікованими мікробами.
Коли ми вперше почали вивчати ДНК?
Цікаві люди завжди цікавилися спадковістю. Адже було цілком очевидно, що діти часто бувають дуже схожі на своїх roditeley. Однак до середини 20 століття вчені не знали, що саме ДНК несе спадкову інформацію. І лише нещодавно молекулярні генетики навчилися не тільки читати інформацію, що переноситься ланцюжком ДНК, але і те, як редагувати або доповнювати її. Ці нововведення дозволили розробляти ряд комерційних продуктів, таких як вищезгадані інсулін і сир.
Ми всі генетично ближче до наших побратимів, чим можемо собі уявити. Адже всі люди мають понад 99,9% загальної базової послідовності ДНК. Тому всі генетичні відмінності між Вами і Вашим сусідом по гаражу, або між бушменом Калахарі і лапландцем забезпечуються всього лише 0,1% ДНК.
Отже, як це працює?
Найкраща метафора, яка ілюструє функцію зберігання інформації в ДНК, - це енциклопедія рецептів.
Багато людей дбайливо зберігають свої сімейні книги рецептів, що дісталися їм від предків. Ці рецепти іноді доповнюються або коректуються. А потім передаються дітям. Так походить з покоління в покоління. Цей процес зберігає, хоча і з невеликими змінами, найважливіші сімейні кулінарні традиції.
В принципі, повний набір генетичної інформації в організмі, або геном, нічим не відрізняється від збірки сімейних рецептів. Геном використовує ДНК замість паперу, щоб передати у спадок дорогоцінну інтелектуальну власність сім'ї. Наш геном дуже схожий в цьому сенсі на багатотомну сімейну енциклопедію. Ген надає клітині інструкції та інформацію, наказуючи їй виробляти певні білки в певних тканинах, у певний час і за певних умов.
А тепер уявіть свою сімейну колекцію кулінарних книг, що складається з 23 томів. У яких загалом міститься близько 20 000 рецептів. Це приблизна кількість генів у геномі людини. Ми зберігаємо більшу частину нашої ДНК у 23 парах хромосом. Загалом їх 46 у кожній клітці. І кожна хромосома складається з довгого ланцюжка ДНК, в якому закодована генетична інформація.
Чи є практичне застосування інформації з ДНК?
Звичайно є! Поліція, наприклад, в наші дні часто використовує аналіз ДНК для розкриття давно забутих злочинів. Фахівці з генеалогії використовують цю молекулу для складання і підтвердження генеалогічного древа, яке може мати вік у кілька століть. Історики часто використовують ДНК для ідентифікації останків загиблих солдатів. Лікарі теж часто використовують нові ліки і методи лікування. У тому числі для боротьби з раком і коронавірусом. Вони розробляються в процесі молекулярно-генетичних маніпуляцій. А фахівці з фертильності допомагають безплідним парам заводити біологічно рідних дітей.
Розуміння природи ДНК і того, як вона функціонує, не тільки веде до розробки нових технологій. Одночасно воно посилює наше захоплення цією дивовижною молекулою життя...
