Поиск в базе сайта:
Изучение структуры и синтеза белков и нуклеиновых кислот в бесклеточных системах icon

Изучение структуры и синтеза белков и нуклеиновых кислот в бесклеточных системах




Скачать 129.56 Kb.
НазваниеИзучение структуры и синтеза белков и нуклеиновых кислот в бесклеточных системах
Дата конвертации09.05.2015
Вес129.56 Kb.
КатегорияТексты

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СИНТЕЗА БЕЛКОВ
И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В БЕСКЛЕТОЧНЫХ СИСТЕМАХ


Президиум Академии наук СССР обсудил состояние и перспективы исследований по проблеме «Изучение структуры и синтеза белков и нук­леиновых кислот в бесклеточных системах как подход к воспроизведению .пограничных форм жизни и расширению основ молекулярной генетики».

Выступивший с докладом академик В. А. Энгельгардт отметил преж­де всего, что рассматриваемая проблема занимает по сути дела централь­ное место в молекулярной биологии и непосредственно связана с корен­ной ее задачей — познанием природы явлений жизни, их закономерно­стей, а отсюда и овладением способами управления этими явлениями. По самому характеру этой проблемы разработка ее, как считает докладчик, должна основываться на широком кооперировании многих научных уч­реждений — институтов Академии наук СССР (Молекулярной биологии, Химии природных соединений, Белка, Биохимии и физиологии микро­организмов), лабораторий и отделов ее Сибирского отделения, межфа­культетской лаборатории биоорганической химии Московского универси­тета, биологического отдела Института атомной энергии им. И. В. Кур­чатова и др. Необходимо существенное расширение или создание соответ­ствующих научных ячеек в академиях наук союзных республик. Боль­шое участие в работах по проблеме должны принять кафедры универси­тетов и специализированных вузов.

В своем докладе В. А. Энгельгардт стремился показать те направле­ния и достижения молекулярной биологии, которые должны лежать в ос­нове дальнейших работ по этой проблеме. Фундаментом всех современ­ных представлений молекулярной биологиц, сказал он, служит простран­ственная структура макромолекул; она оказалась решающим фактором, определяющим биологическую функцию материальных основ всего жи­вого — белков и нуклеиновых кислот. Первым шагом к жизни является выдача наследственной информации, записанной в структуре ДНК и хра­нящийся в ней в строго неизменной форме. Переписка этой информации, или так называемая транскрипция ее, в матричную рибонуклеиновую кислоту, на которой строятся белковые молекулы, происходит при помо­щи «считывающего устройства» — особого высокоспециализированного фермента РНК-полимеразы. Над объяснением механизма действия РНК-полимеразы ломают голову многие исследователи во всем мире. Сотруд­никам Института молекулярной биологии физику В. И. Иванову и хими­ку В. Л. Флорентьеву удалось разработать молекулярную модель, при помощи которой они попытались дать истолкование этого механизма. На ней представлена двойная спираль ДНК и показано, как осуществляется ее расплетение (считывание происходит только с одной спиральной нити) и возникают новые связи, ведущие к образованию молекулы мат­ричной РНК.

В докладе был приведен ряд других примеров, относящихся к раскры­тию действия ферментов как движущей силы всего химизма живых

^ 40 В ПРЕЗИДИУМЕ АКАДЕМИИ НАУК СССР

объектов. Затем на нескольких примерах были охарактеризованы успе­хи в изучении вирусов, которых ученые склонны рассматривать как про­стейшую форму живого, поскольку они способны размножаться, воспро­изводить себе подобных, что является коренным признаком живого. Наука далеко продвинулась в попытках построить вирус из белка и нук­леиновых кислот, т. е. из его составных частей, но на этом пути предсто­ит преодолеть еще немало трудностей, о чем свидетельствовала показан­ная В. А. Энгельгардтом электронная микрофотография фага, поражаю­щего почвенную бактерию. На этой фотографии, полученной сотрудника­ми Института молекулярной биологии А. С. Тихоненко и Н. Н. Бе-ляевой, ясно видна сложность морфологической структуры фага, которой соответ­ствует чрезвычайная сложность его генетического аппарата. За создание объемных частей фага отвечают около сотни отдельных генов (один соз­дает оболочку головки, другой — «ногу» и т. д.). В прежних опытах гото­вый вирус разлагали на составные части и собирали вновь, а для реше­ния задачи воспроизведения пограничных форм живого необходимы раз­дельное получение компонентов фага и создание из них некоего «вирункулуса» или даже подлинной разновидности вируса.

Одним из незыблемых положений молекулярной биологии, как напом­нил докладчик, считалось представление, что матричный синтез нуклеи­новых кислот всегда идет лишь в одну сторону — от ДНК к РНК. Нес­колько лет назад киевский генетик-вирусолог С. М. Гершензон обнару­жил, что под действием вируса, поражающего личинки тутового шелко­пряда, в пораженных клетках образуется специфическая РНК, которая потом служит матрицей для синтеза вирусной ДНК, ведущей к размно­жению вирусных частиц. Таким образом поток генетической информации как бы поворачивается в обратном направлении — от РНК к ДНК. Это открытие было встречено с недоверием. Но в 1970 г. учеными в США бы­ло показано, что аналогичный процесс повреждения хода трансформации нуклеиновых кислот наблюдается при заражении опухолеродными виру­сами. Возникла сенсация в американском стиле, на развитие работ были выделены крупные средства, и по прошествии нескольких месяцев уда­лось получить фермент, вызывающий эту транскрипцию в обратном на­правлении.

Таким образом, продолжал В. А. Энгельгардт, мы от вируса вновь вернулись к генам. Это возвращение вполне закономерно, поскольку нук­леиновая кислота — не что иное, как записанный в виде химической структуры весь набор тех генов, которые обеспечивают воспроизводство вируса, его размножение. К сожалению, гены у нас долгое время не изу­чались, тогда как за рубежом над их изучением трудились изрядно, и не­которое время назад X. Корана в США удалось осуществить полный хи­мический синтез гена, ответственного за выработку в клетке одной на нуклеиновых кислот, сейчас уже идет работа над синтезом гена, ответ­ственного за образование такого важного гормона, как инсулин, от кото­рого зависит жизнь миллионов людей, больных диабетом. В других ис­следованиях были достигнуты результаты несколько иного характера — удалось сделать видимым подлинный ген — «оперон», ответственный за превращение молочного сахара в бактериальной клетке. Был изолирован тот участок ДНК, в котором он химически записан.

Ген, по словам В. А. Энгельгардта, стоит на одном полюсе событий, ве­дущих к реализации наследственной информации, что находит свое мате­риальное выражение в построении первоосновы всего живого — белков. Заключительный акт этой цепи событий — биосинтез молекул белка — происходит на другом полюсе, представленном рибосомами — субклеточ­ными структурными образованиями, органеллами.

^ ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СИНТЕЗА БЕЛКОВ И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ 41

В докладе были кратко освещены достигнутые за последнее время успехи в изучении рибосом. Так, работами А. С. Спирина установлено, что удаление соответствующими приемами того или иного количества белков из состава рибосомы приводит к утрате ею своей биологической функции — способности осуществлять синтез белков, но возвращение удаленных белков при определенных условиях приводит к самосборке и восстановлению исходной биологической активности рибосомы. В прош­лом году Номура в США довел это открытие до его логического заверше­ния. Номуре удалось нацело отделить белок от нуклеиновой кислоты, по­лучить смесь из примерно полусотни компонентов, из которой потом вновь образуется ассоциация с полным восстановлением активности ри­босомы.

Это, как было отмечено в докладе, еще не воспроизведение живого, но во всяком случае воссоздание одного из важнейших молекулярных меха­низмов на ключевом участке явлений жизни.

Все перечисленные достижения, сказал в заключение В. А. Энгельгардт, убедительно свидетельствуют о солидности того фундамента, на ко­тором должна строиться будущая работа по рассматриваемой проблеме. Эта работа неизбежно повлечет за собой подъем всех важнейших разде­лов науки о жизни на качественно новый уровень. Вся область изучения белков и нуклеиновых кислот, составляющих материальную основу вся­кой живой формы, получит мощный стимул. Внеклеточное создание про­стейших форм жизни, т. е. каких-то подобий вирусов, позволит перейти к культивированию вирусов вне клеток. Современная эра в микробиологии была открыта появлением метода бактериальных культур. Получение внеклеточных культур вирусов составит такую же эпоху в вирусологии, откроет путь к целенаправленному получению противовирусных вакцин. Совершенно новые перспективы возникнут перед молекулярной генети­кой в смысле подхода к заветной цели всей генетики — получения на­правленных мутаций с заранее предначертанным характером.

Выступивший в прениях академик А. С. Спирин говорил о том, что молекулярная биология переживает сейчас очень сложный этап своего развития: рассыпанные на поверхности самородки уже собраны, т. е. срав­нительно легко доступные открытия сделаны, и теперь надо создавать об­щую систему, общие принципы. Это требует, помимо особого техническо­го оснащения, умения ставить коллективную работу, умения работать, не стремясь к быстрому успеху. Советская наука должна найти свою линию на этом этапе развития молекулярной биологии. Вся существующая моле­кулярная биология — это молекулярная биология гена, а если иметь в виду «завтрашний» ее день, то надо работать над созданием молекулярной био­логии белков, которой пока нет, а также над созданием молекулярной биоло­гии движения, так как без использования принципов молекулярного движе­ния наука бессильна в решении многих важнейших биологических проблем, в том числе и проблемы биосинтеза белка.

Как рассказал академик А. А. Баев, английский ученый Б. Кларк в своей книге «Контуры будущего» пишет, что искусственная жизнь будет соз­дана в 2063 г., а управление наследственностью удастся осуществить нес­колько раньше — в
2025 г. Однако А. А. Баев полагает, что оба эти собы­тия произойдут значительно раньше, может быть через 15—20 лет, если учитывать высокие темпы и большое количество исследований, прогресс исследовательской техники, а также некоторые факторы социальной при­роды, с одной стороны, и высокий эвристический потенциал подходов, по­знавательных принципов молекулярной биологии и саму природу биоло­гических явлений,— с другой. Поэтому нельзя терять время.
А. А. Баев высказал мнение, что победы здесь не могут быть достигнуты простым

^ 42 В ПРЕЗИДИУМЕ АКАДЕМИИ НАУК СССР

умножением числа исследователей, и для решения намеченных задач необходим поиск ярких творческих индивидуальностей.

А. А. Баев затронул также вопрос о практических выходах молеку­лярной биологии, ссылаясь на нередкие упреки, что она приносит мало пользы людям. С практической точки зрения А. А. Баев считает перспек­тивными два направления — биотехнологию и генетическую инженерию, или инженерную генетику.

Выступление академика Я. В. Пейве было посвящено металлоферментам (т. е. ферментам, содержащим в своей структуре металл — цинк, мо­либден, марганец и ряд других) как регуляторам важных жизненных про­цессов. Так металлоферменты, содержащие молибден и железо, катализи­руют процессы связывания молекулярного азота в клубеньках бобовых растений. Добавка солей молибдена к минеральным удобрениям усилива­ет синтез фермента, катализирующего связывание азота, что дает прибав­ку урожая бобовых культур, зерна и сена на 25—30%, причем увеличи­вается содержание в них белков. Приведя ряд других примеров, свиде­тельствующих о важной биологической роли металлоферментов, Я. В. Пей­ве рекомендовал принять меры к усилению работ по их изучению, с тем чтобы можно было обоснованно управлять действием этих ферментов в организме растений, животных и даже в какой-то мере человека.

Академик ^ Г. М. Франк обратил внимание на тот факт, что для всех жизненных процессов характерны как самосборка (самособираются и мембраны, и движущий механизм мышц, протофибриллы, и др.), так и явления подвижности (подвижность у фагов, подвижность ползания мо­лекул ферментов по цепи нуклеиновых макромолекул, подвижность ри­босом) . Их изучением занимаются различные области биологии, исследу­ющие физико-химические основы явлений жизни, и необходимо преду-' смотреть здесь определенную «стыковку».

Ряд высказываний участников заседания касался вопроса о привле­чении физиков к работам по проблемам молекулярной биологии. Акаде­мик Н. Г. Басов находит контакты биологов с физиками недостаточными. Физики, заявил он, получают мало заданий от биологов. В этой связи академик А. Н. Белозерский заметил, что физики сами должны пойти в биологию с настоящим интересом. Член-корреспондент АН СССР М. В. Волькенштейн охарактеризовал положение так: старшее поколение наших современных физиков всегда интересовалось проблемами биоло­гии платонически, физики же молодого поколения сейчас довольно широ­ко представлены в Институте биологической физики, в Институте белка, в биологическом отделе Института атомной энергии им. И. В. Курчатова и активно работают над биологическими проблемами.

Президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш, подводя ито­ги обсуждения, остановился на вопросе о значении молекулярной биологии и ее практических приложениях. Значение тех или иных исследований, сказал он, часто находит свое выражение не в том, что они уже в данное время непосредственно используются в производстве, а в том, что они ока­зывают влияние на другие области науки и практики. То, что молекуляр­ная биология дала идейно, получило большое отражение и в практической деятельности. Комплекс идей молекулярной биологии повлиял на разви­тие всей биологической науки. Однако это не означает, что только молеку­лярная биология заняла доминирующее положение в науках о живой ма­терии. Так, сейчас начинает приобретать большое значение ряд направлений общей биологии, например экология, и эти направления, быть может, не менее важны. Так же как в физике, наряду с отдельными объектами и эле­ментарными взаимодействиями, изучаются ансамбли, в биологии все боль­шую роль начинают играть исследования биологических ансамблей и эти исследования надо поддерживать.

^ ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СИНТЕЗА БЕЛКОВ И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ 43

Далее президент коснулся задач молекулярной биологии. Он выразил сомнение в правильности утверждения, что конечной целью исследований по обсуждаемой проблеме является «воспроизведение пограничных форм жизни». Развитие молекулярной биологии связано, понятно, с изучением пограничных форм жизни, и эта задача имеет большое научно-философ­ское и практическое значение, говорил президент. Но в целом задачи моле­кулярной биологии гораздо шире и в философском и в практическом отно­шениях. Она изучает структуру и функции важнейших биополимеров, подвижность и многие другие явления. С молекулярной биологией связана имеющая громадное прикладное значение проблема рака; важными с тео­ретической и с практической точек зрения представляются вопросы им­мунологии.

Президент поддержал предложение академика А. С. Спирина сосредо­тачивать усилия не на уже определившихся задачах, активно решаемых за рубежом, а на новых перспективных направлениях молекулярной био­логии.

Для реализации намеченной программы, указал президент, мы готовы оказывать содействие дальнейшему укреплению материальной базы иссле­дований. Однако, следует помнить, что и до сих пор в этом отношении де­лалось немало, и ученые, работающие в области молекулярной биологии, получили значительные возможности для развития исследований. В за­ключение президент остановился на вопросах развития вирусологии и ис­следований по ферментам, а также рентгеноструктурного анализа в био­логии.

Президиум в своем постановлении указал, что воспроизведение по­граничных форм жизни в бесклеточных системах, являющееся конечной целью развития работ по рассматриваемой проблеме, может быть оха­рактеризовано как центральная задача, стоящая перед молекулярной биологией. Решение этой задачи, неразрывно связанное с общим разви­тием молекулярной биологии и генетики, в частности таких их разделов, как молекулярные основы эволюции, дифференцировка, биологический катализ и др., окажет огромнее влияние и на другие разделы современно­го естествознания, послужит основой для исследований на качественно новом уровне, которые приведут к овладению процессами нормального и патологического развития не только простейших, но и высших орга­низмов.

Важнейшими направлениями исследований по проблеме признаны:

изучение первичной структуры биополимеров, и прежде всего высоко­молекулярных нуклеиновых кислот и белков;

расшифровка трехмерной структуры биополимеров в связи с механиз­мами их функционирования в клетке;

химический и энзиматический синтез нуклеиновых кислот и белков; синтез генов;

установление молекулярно-структурных основ «узнавания» в систе­мах белок — белок и белок — нуклеиновая кислота;

выяснение структуры и принципов функционирования рибосом;

исследование ферментов и белков-регуляторов всего комплекса про­цессов биосинтеза нуклеиновых кислот и белков;

изучение регуляции процессов передачи и реализации генетической информации;

установление природы и механизмов самосборки и интеграции биоло­гических структур;

модификация нуклеиновых кислот, ферментов, белков-регуляторов.

В постановлении отмечено, что если по ряду этих направлений уже найдены принципиальные пути решения стоящих задач и получены об-

^ 44 В ПРЕЗИДИУМЕ АКАДЕМИИ НАУК СССР

надеживающие результаты, то для таких направлений, как регуляция-биосинтеза белков, раскрытие молекулярных механизмов «узнавания», самосборки и интеграции биологических структур, необходим глубокий и разносторонний научный поиск.

Решение поставленных задач, как подчеркнуто в постановлении, не только имеет большое естественнонаучное и философское значение, но и создает основу для широкого практического использования достижений молекулярной биологии. Этот практический выход намечается в первую очередь в сфере борьбы с вирусными инфекциями и злокачественным пе­рерождением клеток, в расширении возможностей иммунотерапии, в ис­пользовании для нужд здравоохранения и ряда областей народного хозяй­ства разнообразных искусственно синтезируемых белков — ферментов и гормонов. Решение задачи синтеза генов, представляющей собой частный случай общей проблемы синтеза нуклеиновых кислот, создаст важней­шую предпосылку для перехода молекулярной генетики на новый уро­вень, что откроет в последующем возможность направленного воздейст­вия на генетический аппарат живых организмов с целью его изменения в заданном направлении.

Президиум отметил, что разработка проблемы потребует комплексно­го участия ряда крупных научных коллективов не только Академии наук СССР, но и других ведомств, в связи с чем существенно должна возрасти координирующая роль Научного совета по проблемам молекулярной био­логии.

Решено просить Президиум Сибирского отделения Академии наук СССР, президиумы академий наук союзных республик, министерства высшего и среднего специального образования СССР и РСФСР, мини­стерства здравоохранения СССР и РСФСР, Президиум Академии меди­цинских наук СССР, Государственный комитет по использованию атом­ной энергии СССР, Главное управление микробиологической промышлен­ности при Совете Министров СССР оказать всемерную помощь научным коллективам, работающим в области молекулярной биологии, и рассмо­треть вопрос о создании новых научных учреждений, способных разви­вать важнейшие направления молекулярно-биологических исследований.

Похожие:




©fs.nashaucheba.ru НашаУчеба.РУ
При копировании материала укажите ссылку.
свазаться с администрацией