Молекулалық биология

Тақырыбы:Молекулалық  биология  және  медициналық генетика пәні және міндеттері, даму тарихы. Жоспары: 1.Биология.Биология ғылымының негізгі зерттеу әдістері. 2.молекулалық биолгия 3.Медициналық генетика 4. ХХ ғасырдың аяғында молекулалық биологияның жетістіктері. Қазақстанда  молекулалық биологияның дамуы          Биология­тіршілікті зерттейтін ғылым (биос­тіршілік, логос­білім). Биология  ғылымы тіршіліктің барлық нысандарын жан­жақты, кең ауқымды зерттейді, яғни ол тірі  ағзалардың және олардың табиғи қауымдастықтарын құрылысы, функциясын таралуын,  шығу тегін, дамуын, олардың бір­бірімен және тірі ағзалармен өлі дүние арасындағы  күрделі байланыс­тарды зерттейді.                                                                                                 Биология терминін 1802  жылы Ж. Ламарк және Г. Тревиранус бір мезгілде, бір­бірінен  тәуелсіз енгізген болатын.                                                                                                Биология ғылымының негізгі зерттеу әдістері:                                                                            Салыстыру Сипаттап  жазу Зерттеу  әдістері Тәжірибе  жасау Тарихи                1.Сипаттап жазу әдісі­ өте ерте заманда пайда болған ежелгі әдіс. Кез келген құбылысты   зерттеу   үшін   оны   толық   сипаттау   қажет,   ал   ол   үшін   нақтылы   деректер жинақтау керек. Бұл әдісті қазіргі кездегі зерттеулерде де ғалымдар кеңінен қолданады.         2.Салыстыру әдісі­ ХVІІІ ғасырда кең өріс алып дамыды. Бұл әдістің мәні  ағза­ларда не   олардың   ұқсастығын   не   айырмашылықтарын   анықтау   болып   саналады.   Осы   әдіс көмегімен өсімдіктер мен жануарлардың  систематикасы құрастырылды.         3.Тарихи әдіс ­ ертеде өмір сүретін, жойылып кеткен ағзаларды зерттей оты­ра, қазіргі кезде   тіршілік   ететін   ағзалардың   құрылысын,   шығу   тегін   және   даму   заң­дылықтарын анықтауда қолданылады. Бұл әдіс Ч. Дарвиннің эволюциялық ілімі пайда болғаннан кейін қалыптасқан.         4.Тәжірибе жасау әдісі – табиғат құбылыстарын тәжірибе жасау арқылы зерттеу болып табылады.   Бұл   әдіс   химия,   физика,   табиғаттану   ғылымдарының   жетістіктерін   кеңінен қамтиды.                                                                                                        Биологияның алғашқы қалыптасқан салалары ретінде ботаник ­өсімдіктер туралы ғылым және зоология ­жануарлар туралы ғылымдарды айтуға болады. Ботаник ғалымы б.ж.с. дейінгі IV­III ғғ. қалыптасқан, оның атасы болып Теофраст танылды. Ол өсімдіктер туралы 11  кітап жазған.  Зология ғылымы да б.ж.с. дейінігі IV­III  ғғ. қалыптасқан және оның аттасы Аристотель саналады.  Ол 500­ден астам жануарлар түрлерін сипаттап жазып Зерттеу әдістеріСипаттап жазуТарихиТәжірибе жасауСалыстыру олардың алғашқы жүйесін жасаған.   Биолгия ғылымыының қалыптасуына ертедегі   грек дәрігері Гиппократтың рөлі ерекше. Ол жануар мен адамның құрлысы   туралы   көптеген деректер қалдырған. Сүйектерді, бұлшықеттерді, сіңірлерді, миды және жұлынды сипаттап жазған.  Адам денесінің құрылысын   зерттеуде  Рим дәрігері Галеннің еңбегі өте үлкен. Ол маймыл   мен  шошқаны   сойып,   оның   ішкі   құрылысын   зерттеген.     XV­XVI     ғасырлардан бастап   биология   ғылымы   жаңадан   өрлеп   дами   бастады.   1583   жылы   А.   Чезальпино өсімдіктердің алғашқы жасанды жүйесін құрастырды. 1543 жылы Везалий адам денесінің құрлысын   зерттеп   «Адам   денесінің   құрылысы   туралы»   атты   кітап   жазған;   1628   жылы У.Гарвей кіші қан айналым шеңберін зерттеп, қан айналым туралы ілімін қалыптастырған; 1665  жылы Р.Гук жасушаны, 1673 жылы Левенгук сперматозоидтарды және микроағзалар дүниесін ашқан. К. Линней өсімдіктер дүние­сінің жасанды жүйесін жасап, ботаниканың дамуына   зор үлес қосты.                   1970 жылы   молекулалық   биологияның жаңа саласы генетикалық инже­нерия, биотехнология, қалыптасып жасанды генотипті ағзаларды жасауға, көп­теген гормондарды лабораториялық   жағдайларда   синтездеуге   қол   жетті.   Мысалы:   осылайша     1977   жылы соматотропин,     1978­1979   жылдары   инсулин,   интерферон,   простагландин   гормондары синтезделінді.   ХХ   ғасырдың   аяғында   ғалымдар   жоғары   сатылы   ағзалардың   сомалық жасушаларын клондауға қол  жеткізді. Мысалы:   1997 жылы Англияда  алғаш рет клондау әдісі арқылы «Долли» атты қозы,  1998 жылы торай, 1999 жылы маймыл дүниеге келген. Қазіргі   кезде   ғалымдар     ДНҚ­тесттер   арқылы   адам   геномы   анықталады.   Осылайша молекулалық  генетиканың   жаңа  саласы  геномика  қалыптасты.  Мұның   медицина үшін маңызы өте зор, се­бебі, генодиагностика, генотерапия, жасушалық терапия т.б. ауруды емдеудің және анықтаудың жаңа әдістері медицина практикасына енгізілуде.                ХХ ғасыр­биология, оның ішінде генетика ғасыры деп аталуда.   Оның бола­шағы медицина үшін орасан зор, себебі жаңа жетістіктер, жаңалықтар нәтижесінде осы уақытқа дейін   емдеуге болмайтын адамның   тұқым қуалайтын   ауруларын емдеуге қол жетеді, адамдардың   өмір   сүру   ұзақтығын   едәуір   ұзартуға   мүмкіндік   бере­ді.   Қазіргі   кезде биология   ғылымы   осы   әдістердің     бәрін   де   пайдаланып,   тірі   ағзаларды   кешендітүрде зерттейді.                       Медициналық биология­ биологиялық   заңдылықтарды адам қауымдастығы тұрғысынан қарастыратын жалпы биология   ғылымының   бір тармағы болып табылады. Биологияның медицина үшін маңызы өте зор­ол медицина үшін теориялық негіз   болып саналады.   Медицинаның   көрнекті   теоретигі     И.   В.   Давыдовскийдің   айтуынша «...медицинаны теория  тұрғысынан  қарастыратын болсақ, ол ең алды­мен жалпы биология деп білуіміз керек....». Медициналық практикаға алғаш анти­септика, ал кейін асептика әдістері   енгізілді.  Антисептика­  жараны   химиялық     зат­тармен     өңдеп   микробтарды жұқтырмау. Асептика­ жараны таңуға арналған заттарды стерилдеу деп айтуға болады.                      И. Мечниковтың төменгі сатылы көпжасушалы жануарлардың ас қорыту ере­ кшеліктерін   зерттеулері,   фагацитоз   құбылысының   ашылуына,   иммунитет   құбы­лысының мәнін айқындауға мүмкіншілік берді. Адамдардың дене құрылысы, қыз­меті, әсіресе оның қорғаныстық механизмдері адам тегінің миллиондаған жылдар­ға созылған эволюциялыө қзгерістерінің   нәтижесі   екенін   естен   шығармауымыз   ке­рек.   Сондықтан   адамдардың патологиясының себептері де жалпы биологиялық заңдылықтарға байланысты екені анық.                                                Медициналық генетика             Медициналық генетика — тұқым қуалайтын аурулар, олардан сақтану, оларды анықтау және емдеу туралы ғылым, генетиканың бір саласы. Медициналық генетиканың дамуына  молекулалық генетика  ашқан ғылыми жаңалықтардың тигізетін әсері зор. Осы заманның молекулалық генетиканың негізгі шешетін мәселесі — тұқым қуалаушылықтың молекулалық негізін анықтап, оның механизмін зерттеу. Бұл — жасуша тіршілігін және тірі жүйедегі   организмдердің   барлық   деңгейдегі   биологиялық   бағыну   тәртібін   анықтайды. анемия,  Паркинсон   ауруы,  гиперхолестеринемия, Бүгінгі таңда тұқым қуалайтын 1 мыңнан аса ауру түрлері бар, соның 400­ден астамы бір ғана ген мутациясының себебінен болады. Жаңа туылған нәрестелердің орта есеппен 5%­ ындағы кемтарлық олардың генетикалық материалына тікелей байланысты. Гендік терапия ауру   адамның   соматикалық   немесе   ұрықтық   (алғашқы   дамуы   стадия­сында) клеткасындағы кемістікті түзетумен байланыстырыла жүргізіледі. Бірақ мұндай емдеудің қиыншылығы   —   геннің   жеткізілу   механизмімен   тығыз   байланысты,   яғни   ген   қажетті жасушаға дұрыс жеткізіліп, организмнің жұмыс істеу қабілеті жақсарып, оған ешқандай қауіп­қатер төнбеуі керек.                  Қазіргі уақытта гендік терапия тұқым қуалайтын ауруларға бейім адамдарды, жұқпалы,   тағыда   басқа   ауруларды   емдеуде   жиі   қолданылады.   Мысалы,  меланома, гемофилия,  Дюшени   бұлшық   ет дистрофиясы, атеросклероз. Болашақта молекулалық генетиканың жетістіктерін тек тұқым қуалайтын   ауруларды   ғана   емес,   қатерлі   ісік   және   созылмалы   вирустық   инфекция ауруларын   емдеуде   қолдану   көзделіп   отыр.   Мысалы,   осы   күні   меланоманы   емдеуде лимфоцитті пайдаланады, себебі, зақымданған органға лимфоцит енгізу — жақсы нәтиже беруде.   Қазақстандағы   медициналық   генетика   саласындағы   зерттеулер   20   ғасырдың басынан   басталады.   Қазір   медициналық   генетикамен   Ана   мен   баланың   денсаулығын қорғайтын   ғылыми­зерттеу   орталығы,   ҚазҰМУ,   Ақмола,   Семей,   Қарағанды,   Батыс Қазақстан медицин академиялары, Жалпы генетика және цитология, Қазақ онкология және радиология ғылыми­зерттеу институттары, тағыда басқа мекемелер шұғылданады. Адам баласында кездесетін түрлі тұқым қуалайтын ауруларды анықтап, оларға диагноз қойып, емдеу жолдарын зерттейтін ғылымды медициналық генетика деп атайды. Статистикалық мәліметтер бойынша, дүние жүзінде өмірге келіп жатқан сәбилердің шамамен 7­8 пайызы түрлі тұқым қуалайтын аурулармен сырқат­танады екен. Сондықтан, мұндай ауруларды дер кезінде зерттеп, алдын алу және емдеу — медициналық генетиканың басты проблемасы болып табылады. Дүние есігін жаңа ашқан сәбидің ауру немесе мүгедек болып тууы — отбасы мен ата­ана үшін үлкен қайғы­қасірет. Мұның алдын алу үшін отбасын құратын, әсіресе,   тегінде   тұқым   қуалайтын   аурулармен   ауыратын   адамдар   міндетті   түрде медициналық­генетикалық   кеңес   алғаны   жөн.   Мұндай   кеңес   беретін   орталықтар   қазір Қазақстан­ның   көптеген   қалаларында   қызмет   көрсетеді.   Тағы   бір   ескертетін   жайт, алкогольді ішімдіктерді қолдану мен темекі тарту, әсіресе, есірткіні қабылдау болашақ ұрпақ үшін өте қауіпті. Себебі, олар гендер мен хромосомаларды улап, өзгертеді. Соның салдарынан тұқым қуалайтын аурулар мен кемістіктер пайда болады. Ең дұрысы, қоршаған ортаның тазалығын сақтауға, судың, ауаның және азық­түліктің канцеро­гендік әсерлері бар заттармен ластанбауына көп көңіл бөлу қажет. Сонымен қатар,   дәрі­дәрмектер мен тұрмыстық химиялық препараттардың және түрлі косметикалық заттардың «генетикалық залалсыздығын» мұқият тексеруден өткізген жөн. 1869 жылы – Ф. Мишер (F. Miesher) алғаш рет лейкоциттер мен лосось тұқымынан ДНҚ  бөліп шығарды. 1935 жылы – А.Н. Белозерский өсімдіктерден ДНҚ бөліп алды. 1939 жылы – В.А. Энгельгардт миозинның АТР­дық белсенділігін ашты. 1940 жылы – У. Эстбюри (W. Astbury) ДНҚ­ның бірінші рентгенограммасын алды. 1944 жылы – О.Т. Эвери (O.T. Avery) генетикалық ақпаратты тасымалдаушы ДНҚ  (бұрынғы жорамалдағандағыдай белок емес) екендігін жариялады. 1951 жылы – Л. Полинг және Р. Кюри (L. Pauling, R. Corey) полипептидтік белок  тізбектерінде аминқышқылдық қалдықтардың шоғырлануының негізгі түрлерінің бар  екендігін дәлелдеді. 1953 жылы – Дж. Уотсон мен Ф. Крик (J. Watson, F. Crick) Р.Франклин мен М.Уилкинс (R.  Franklin, M. Wilkins) алған рентгенограмма негізінде ДНҚ­ның қос спиральдік үлгісін  жасады. 1953 жылы – Ф. Сангер (F. Sanger) өгіздің алғашқы инсулиндік құрамын бағалады. 1956 жылы – А. Корнберг (A. Kornberg) ДНҚ­полимеразасын ашты. 1957 жылы – А.Н. Белозерский мен А.С. Спирин мРНҚ­ның бар екендігі туралы  жорамалдады. 1960 жылы – Дж. Кедрью (J. Kendrew) кашалот миоглобинінің үшөлшемдік құрылымын, ал  М. Перутц (M. Perutz) – гемоглобин құрылымын алғаш рет хаттады. 1960 жылы – бір мезгілде бірнеше зертханаларда транскрипция ферменті – РНҚ­ полимераза ашылды. 1961 жылы – Ф.Жакоб пен Дж. Моно (F. Jacob, J. Monod) оперон үлгісін жасады. 1965­1967 жылдары – Р. Холли (R. Holley) аланиндік тРНҚ­ның, ал А.А. Баев – валиндік  тРНҚ­ның алғашқы құрылымын анықтады. 1966 жылы – М. Ниренберг, С. Очоа және Х.­Г. Корана (M.Nirenberg, S. Ochoa, H.­G.  Khorana) генетикалық кодты ашты. 1967 жылы – М. Геллерт (M. Gellert) ДНҚ фрагменттерін біріктіретін фермент – ДНҚ­ лигазаны ашты. 1970 жылы – Г. Темин мен Д. Балтимор (H. Temin, D. Baltimor) онкогендік вирустардағы  кері транскриптазаны (РНҚ­тәуелді ДНҚ­полимераза) ашты. 1972 жылы – П. Боэр, С. Коэн және П. Берг (P. Boyer, S. Cohen, P.Berg) ДНҚ клондарын  жасау технологиясын жасады, ген инженериясының негізін құрады. 1972 жылы – Х.­Г. Корана (H.­G. Khorana) аланиндік тРНҚ генінің химиялық синтезін  жүзеге асырды. 1975­1977 жылдары – Ф. Сангер (F. Sanger), сондай­ақ А.Максам мен У. Гилберт (A.  Maxam, W. Gilbert) ДНҚ бастапқы құрылымын тез анықтау тәсілін ойлап тапты. 1976 жылы – Ф. Сангер (F. Sanger)  Х174 фагының ДНҚ нуклеидтік тізбегін анықтады. 1976 жылы – У. Гилберт (W. Gilbert) эукариот гендерінің мозаикалық құрылысын ашты. 1976 жылы – С. Ким, А. Рич және А. Клуг (S. Kim, A. Rich, A.Klug) тРНҚ­ның үшіншілік  құрылымын анықтады. ХХ ғасырдың аяғында молекулалық биологияның жетістіктері.  Қазақстанда молекулалық биологияның дамуы ХХ   ғасырдың   70­   ші   жылдардың   аяғы   мен   80­ші   жылдарында   молекулярлық   биология өзінің   шарықтап  даму   сатысына   өтеді.  Осы   уақытта  сплайсинг  механиздері   ашылды,(В. Келлер   және   бас.),   РНК­   ферменттері   (рибозимдер)   ашылады   және   аутосплайсинг құбылысы түсіндіріледі (Т. Чек), генетикалық рекомбинация механизмдері және қозғалғыш генетикалық элементтер өте белсенді түрде зертеле басталады (Д.Хогнесс, Г. П. Георгиев), ферменттер мен биологиялық мембраналарды зерттеу жаңа деңгейге көтеріледі (Ю. А. Овчинников),   жоғарғы   организдердің   геномдарының   құрылысын   анықтау   жұмыстары басталады   (   оның   ішінде   адам   геномыда   кіреді   ),   жаңа   (гендік­   инженерлік) биотехнологияның   негізі   жасалынады,   жаңадан   катализдік   активті   антитела   (абзимдер) табылған және синтезделген, белоктар инженериясы саласы пайда болған. ХХ­ғасырдың 80­жылдарындағы молекулалық биологияның шарықтап дамуы жаңа ғылым — биоинформатиканы (есептеу биологиясы, компьютерлық генетика), қалыптастырды. Ол молекулалық генетика мен информатиканың тоғысқан аймағынан пайда болды. Оның пайда болуына 1975— 1976 ж. Ф. Сангер мен А. Коулсон, сонымен қатар А. Максам және У. Гильберт жасаған ДНҚ­ның нуклеотидттік қатарын анықтаудың жылдам тәсілдері себеп болған. 1982 ж. нуклеотидтік қатарлардың банклері жасалған, онда әртүрлі организмдер ДНҚ­ның нуклеотидтік қатарлары туралы информация жинақталған. ХХ­ғасырдың аяғындағы әртүрлі организдер ДНҚ­ның нуклеотидтік қатарларын анықтау (   секвендеу)   саласындағы   жетістіктер   (   бірінші   рет   толық   бактериялық   геном   1995   ж. секвенделген,   1997   ж.   —   ашытқы   геномы,   1998   ж.   —   нематод   геномы,   2000   ж.   — дрозофилла   шыбыны   геномы   және   толықтайға   жақын   адам   геномы­   секвенделген),   ол φ геномиканы қалыптастырды. Геномика ­ бұл берілген организмнің гендер жиынтығын бір тұтас күйінде зерттейтін ғылым саласы. Онымен біруақытта кез­келген организмнің әртүрлі даму   сатыларындағы   функциялық   қызмет   атқаратын   белоктардың   толық   жинағын зерттейтін протеомика деген ғылым саласы пайда болды. XX   ғасырдың   90   жылдары   жоғары   сатылы   диплоидты   ағзаларды   клондау   тәжірибелері сәтті аяқталып, 1997 ж. Үлыбританияда «Долли» атты қозы, 1998 ж. торай, ал 1999 ж. маймыл баласы дүниеге келді. 2001­2003   жылдары   «Адам   геномы»   атты   халықаралық   ғылыми   бағдарлама   толық аяқталып, 2001 жылдан кейін адамзат постгеномдық дөуірге аяқ басты. Молекулалық  биологияның  дамуына  көптеген   орыс  және  қазақ  ғалымдары  ат  салысты, олардың арасынан А.А.Баев, А.Н.Белозерский, А.С.Спирин, В.А.Энгельгард, А.П.Георгиев, ТДарханбаев, МААйтхожин, Х.Жуматов т.б. есімдерді атауға болады. Біздің отандас академик М.Ә.Айтхожин өзінің ұстазы А.А. Спиринмен бірлесіп 1964 жылы информасоманы­РНҚ   және   белоктардың   ерекше   формасынан   тұратын   жасушалық субмикроскопиялық бөлшектерді ашты. Осы ашылған жаңалықтар үшін ғалымдар Лениндік сыйлық ( 1976) иегерлері болды. Мұрат Әбенұлы Айтхожин дүниеден ерте озды ( 1987), алайда Қазақстанда біздің ұлы отандасымыздың атындағы Молекулалық биология және биохимия институтында зерттеулер жалғасуда. 1983 жылы  құрылған  Молекулалық  биология  және  биохимия  институты  үлкен ғылыми орталыққа айналып, елімізде алғаш рет клеткалық және гендік инженерия, өсімдік геномы зерттеле бастады. Алматы мен Астанада биотехнологиялық орталықтар құрылды.