Ключ к клетке

Разрыв между живым и неживым еще не был завершен. Сама концепция гена была далека от совершенства. Он представляется неделимым и чрезвычайно стабильным. Лишь после этого в генетике создаются теории с выраженным синтетическим подходом, устремленные в биологию в целом. Речь идет о синтетической теории эволюции, впитавшей в себя основы дарвинизма, генетики и некоторых других биологических дисциплин.

Затем генетика включает в арсенал своих методов биохимический анализ, формируются и получают опережающее развитие генетика микроорганизмов, генетика фагов и вирусов. После этого биология обогащается электронной микроскопией, методом радиоактивных изотопов, ультрацентрифугированием и многими другими методами начавшейся научно-технической революции.

Следующий период развития генетики чрезвычайно результативен – ген представляется теперь внутренне сложным, способным изменяться под влиянием различных агентов: радиации, химических веществ и т. д. Возникает представление о важной роли ДНК в хранении и передаче наследственной информации, формулируется первый молекулярно-генетический постулат: «Один ген – один фермент». Параллельно с разработкой центральной проблемы – структуры и функции гена – идет активное развитие популяционной генетики и генетики человека.

Таково было положение в генетике в самом начале 50-х годов. Открытие структуры ДНК в 1953 году, осознание ее генетической роли привели к лавинообразному развитию исследований в генетике и биохимии и возникновению молекулярной биологии. Количественный рост, осуществлявшийся на предыдущих этапах развития генетики, привел к резким качественным преобразованиям не только генетических знаний, но и биологии в целом. Благодаря выдающемуся прогрессу в этой области разрыв в нашем понимании разных форм движения материи был сужен до предела. Возникло представление о «живых молекулах», способных при определенных условиях самовоспроизводиться.

Широта и глубина научных задач, использование новых понятий, символики, научного языка, методов и, наконец, новой методологии превратили генетику и прилегающие разделы биологии из узкоспециального раздела естествознания в одну из наиболее популярных и интенсивно развивающихся областей. Интерес к этой-области знания значительно возрастает благодаря возможностям практического применения достижений генетики и молекулярной биологии.

В своем докладе на майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС товарищ Л. И. Брежнев указал на роль ученых в выполнении Продовольственной программы. В генетической науке накоплен немалый теоретический и практический задел, который нам необходимо уже сейчас широко использовать. И достижения генетики уже используются. Так, например, они дали агрономам и селекционерам новые, небывалые раньше возможности. Селекционерам не приходится теперь подолгу блуждать вслепую. Сейчас, когда многие законы наследственности уже познаны, они заранее видят, какое потомство получат от двух различных родителей. То есть выведение нового сорта идет не наугад, а целенаправленно. Вследствие этого результаты получаются гораздо быстрее, да и лучше. Ученые выводят сегодня новые сорта сельскохозяйственных растений не только методом скрещивания географически удаленных форм, как это чаще всего делалось еще совсем недавно селекционерами. Современные сорта получаются и с помощью мутаций – тех изменений, на которых тысячелетиями строилась эволюция.

Каково же проникновение современной науки в глубины жизни, если стало возможным искусственное создание элементов живых систем, идентичных природным! В качестве доказательства того, что указываемая возможность не иллюзорна, можно привести примеры синтеза конкретных генов и использование результатов этих опытов в практике.

По-видимому, синтез гена инсулина и последующее решение проблемы наработки этого гормона – один из самых ярких примеров подобного рода. Перспективы широкого практического использования этих выдающихся завоеваний современной биологии разнообразны и захватывающи. Это и создание штаммов микроорганизмов – продуцентов ценных веществ, и интродуцирование высшим растениям способности к фиксации атмосферного азота, и многое другое. При беглом взгляде на эти факты может показаться, что основные генетические проблемы уже нашли свое решение. В действительности дело обстоит далеко не так.

Вот один пример: несмотря на полное знание структуры ДНК у конкретного вируса или фага, нам не все известно о том, как она ведет себя в процессе жизнедеятельности. Это серьезная и увлекательная задача, которая пока не имеет окончательного решения. Уровень нашего познания структуры и особенностей функционирования организмов, более сложно устроенных, чем вирусы и фаги, существенно выше, поэтому, несмотря на выраженную тенденцию к развитию молекулярных исследований, несомненна и другая тенденция – изучение генетики на уровнях клетки и организма.

Последние годы ознаменовались появлением принципиально нового метода и соответствующей дисциплины – генетики соматических клеток. Основной метод генетики соматических клеток – искусственное слияние клеток, другими словами, гибридизация клеток, принадлежащих различным, даже очень отдаленным видам организмов.

Благодаря широкому использованию метода селективных сред (пришедшему из генетики микроорганизмов), а также методам дифференциальной окраски хромосом и электрофореза белков и ферментов генетика соматических клеток оказалась способной в короткие сроки решать важнейшие задачи. Взять хотя бы такую классическую процедуру, как создание генетических карт, столь необходимых в решении многих практических и теоретических проблем. Здесь генетика соматических клеток произвела переворот – резко ускорила создание генетических карт человека.

Очень важным является метод создания аллофенных, или химерных, организмов. Применение его оказывается весьма целесообразным в генетике развития различных организмов. Сейчас разрабатывается метод клонирования, который позволит создавать организмы с заранее известными свойствами. Нетрудно понять, какова важность подобных исследований для развития теории и, может быть, в будущем для сельскохозяйственной практики.

Создание новых сортов и осуществленная вслед за этим «зеленая» революция в странах Юго-Восточной Азии и Мексике – лишь один из многих примеров плодотворного сотрудничества. В настоящее время селекционно-генетические работы привели к созданию новых видов растений, прежде никогда не существовавших на нашей планете.

Это и тритикале (гибрид пшеницы и ржи), и пшенично-пырейные гибриды, и многие другие формы сельскохозяйственных растений, сконструированные на базе современных генетических познаний и методов. Огромные возможности для управления формообразовательным процессом у растений получила современная селекция от генетики: химический и радиационный мутагенез, полиплоидия и многие другие методы.

Развитие генетики животных также отмечено за последнее время рядом крупных успехов и в теории и в создании уникальных пород животных. В генетико-селекционные программы успешно внедряются методы цитогенетики, иммуногенетики, клонирования, отдаленной гибридизации. Большое значение приобретает разработка оптимальной селекционно-генетической стратегии, работ по генетике поведения, стресса и генетике эндокринных функций. Есть серьезные основания прогнозировать новые крупные успехи в селекционно-племенной работе, которые осуществляются с учетом последних достижений современной науки. Особое по своей важности для человечества место занимают проблемы, связанные с наследственностью человека. Чтобы показать тот колоссальный путь, который пройден генетикой, достаточно сказать, что еще 25 лет назад, например, число хромосом у человека не было известно, а сейчас уже составлены достаточно подробные цитогенетические карты хромосом человека.

Генетико-биохимическому и медицинскому изучению подверглось более 1000 наследственных болезней и аномалий. Во многих странах, в том числе и в СССР, создана система медико-генетического консультирования. Разработаны методы предварительной диагностики различных наследственных заболеваний, что в перспективе поможет избавить от трагедий миллионы семей. Заметные успехи достигнуты и в области генетики злокачественных новообразований.

Резкое сокращение и даже утрата уникальных растительных и животных генофондов, происходящее в современном мире, так же, как и всевозрастающее мутагенное действие внешней среды, возникающее в результате хозяйственной деятельности человека, вызвали появление целого нового раздела в генетике. В настоящее время научно обоснованы многие важные параметры внешней среды, изучены вредные побочные последствия современной цивилизации. Использование генетических знаний и методов в охране биосферы возрастает.

Специфичность отдельных направлений и методов, существующих в генетике, не заслоняет от нас их глубинной внутренней взаимосвязи и взаимозависимости. Наоборот, наибольший прогресс отмечается именно там, где это взаимодействие осуществляется органично и диалектически.

Дополнительный толчок к расширению научных исследований в области генетики был получен после создания в 1957 году в составе Сибирского отделения Академии наук СССР Института цитологии и генетики.

В течение почти четверти века в нашем институте разрабатываются два основных направления: исследования в области структуры и функционирования генетического аппарата и исследования генетических основ эволюции и селекции. Содержанием первой проблемы является изучение строения и функций клеточных структур и биологических полимеров, ответственных за хранение и реализацию наследственной информации. В другом направлении основное внимание ученых института сосредоточено на изучении генетических механизмов эволюции и разработке методов управления формообразовательным процессом высших растений и животных.