Методы молекулярной биологии: описание, особенности, принципы и результаты

До того как рассматривать методы молекулярной биологии, необходимо хотя бы в наиболее общих чертах понять и осознать, что собой представляет и что изучает сама молекулярная биология. А для этого придется копнуть еще глубже и разобраться с благозвучным понятием "генетическая информация". А также вспомнить, что такое клетка, ядро, белки и дезоксирибонуклеиновая кислота.

Что есть что, или базовые знания

Всем людям, которые проходили основной курс биологии в школе, должно быть известно, что тело каждого человека и животного состоит из органов, мышц и костей. А те образуются из различных тканей, которые в свою очередь формируются из клеток.

Оболочка, цитоплазма, разнообразнейшие белки и ядро – основные составляющие самой обычной клетки. Но информация о том, как именно строятся и функционируют белки, находится в ядре, а если быть еще точнее, то в дезоксирибонуклеиновой кислоте. Именно во всемирно известной цепи ДНК находятся и хранятся данные о том, как должны работать белки. От правильного построения дезоксирибонуклеиновой кислоты зависит все дальнейшее развитие организма. С точки зрения биологов, нет ничего важнее. Можно сказать, что вся жизнь человека зависит от миллиарда мельчайших случайностей, которые могли бы изменить его геном.

Молекулярная биология как раз-таки и изучает процессы, которые происходят в клетках: как передаются данные из дезоксирибонуклеиновой кислоты в белки, как они изначально туда попадают, каковы основные функции белков, как они формируются.

Еще с двадцатых годов двадцатого века молекулярная биология активно развивалась. Ведущие ученые мира посвящали свои жизни изучению дезоксирибонуклеиновой кислоты и работе белков. Было совершено множество сводящих с ума открытий. Например, ученый Френсис Крик накануне шестидесятых годов сформулировал Центральную догму молекулярной биологии. Суть этого закона заключается в том, что из дезоксирибонуклеиновой кислоты генетические данные перемещаются к рибонуклеиновой кислоте, а оттуда уже в белок. Но в обратном направлении процесс идти не может.

Только ближе к началу двадцать первого века началось формирование основных методов молекулярной биологии. Благодаря этому в науке произошел настоящий прорыв: ученые выяснили, каким образом и из чего формируется дезоксирибонуклеиновая кислота. Биология и химия больше никогда не были прежними.

Методы молекулярной биологии

Существуют основные способы изменения дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот, а также манипуляции с белками. Вся суть принципов и методов биохимии и молекулярной биологии заключается в том, чтобы выяснить что-то новое о ДНК и белках.

Первый метод. Разрезать

Впервые ученые в полной мере осознали, что они могут менять структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты еще в далеких пятидесятых годах двадцатого века, когда они обнаружили совершенно особенный фермент. Нобелевские лауреаты Смит, Натанс и Арбер, которые в 1978 году выделили и использовали этот белок, окрестили его рестриктазом. Такое довольно жесткое название было выбрано по той причине, что этот фермент обладал невероятной способностью: он мог в буквальном смысле разрезать дезоксирибонуклеиновую кислоту.

Второй метод. Соединить

Довольно часто методы молекулярной биологии используются не по одиночке, а в паре друг с другом. Примером тут могут послужить первые два способа из данного списка. Цель ученых-биологов заключается не столько в том, чтобы вычленить молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты, сколько в том, чтобы создать новую молекулу. В этой миссии не обойтись без другого фермента: ДНК-лигаза. Он способен соединять цепи дезоксирибонуклеиновой кислоты друг с другом. Причем цепи могут принадлежать клеткам совершенно разных видов, и это ни на что не повлияет.

Третий метод. Разделить

Очень часто бывает, что молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты имеют разную длину. Чтобы это не мешало при работе ученых, их делят с помощью явления электрофореза. Молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты опускают в некую субстанцию, а ее саму погружают в электрическое поле, под воздействием которого и происходит разделение.

Четвертый метод. Распознать суть

Методы биохимии и молекулярной биологии бывают разными. Часто их целью стоит не изменение генов, а их изучение. Для того чтобы выявить суть ДНК, используется гибридизация нуклеиновых кислот. Сам эксперимент проходит так: сначала разогревается дезоксирибонуклеиновая кислота. Из-за этого цепи разъединяются. Процесс необходимо повторить дважды с двумя разными дезоксирибонуклеиновыми кислотами. Потом их соединяют друг с другом, а в заключение смесь охлаждают. В зависимости от того, как быстро или медленно происходит гибридизация, ученые выясняют, каким образом сформулирована сама цепь дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Пятый метод. Клонировать

Методы исследования молекулярной биологии всегда взаимосвязаны, но особенно в этом случае, ведь по сути клонирование является комбинацией всех предыдущих методов работы с генами. Сначала необходимо разделить дезоксирибонуклеиновую кислоту на части. Далее в пробирке выращиваются бактерии, и в них размножаются полученные цепи.

Шестой метод. Определить

Еще в пятидесятых годах двадцатого века биолог из Швеции Пэр Виктор Эдман придумал метод. С его помощью можно было без особенных усилий распознавать, в какой последовательности стоят аминокислоты в белке.

Седьмой метод. Модифицировать

Принципы и методы молекулярной биологии в основном базируются на работе с клетками. Дело в том, что с помощью так называемой генной пушки ученый может вводить дезоксирибонуклеиновую кислоту в клетки растений, животного и человека. Тем самым клетки меняются, приобретают новые качества и функции. Ядро и прочие органоиды кардинально модифицируются посредством этого эксперимента.

Восьмой метод. Исследовать

Гены, которые называют репортерными, можно присоединить к остальным генам и с помощью этого довольно простого действия исследовать то, что происходит внутри клеток. Также этот метод используют для того, чтобы выяснить, насколько ярко проявляются гены в клетке. Обычно роль репортера играет ген LacZ.

Девятый метод. Обнаружить

Для того чтобы выделить какой-то определенный ген среди прочих, ученые вводят в клетку пероксидазы хрена. Там она соединяется с молекулой и передает достаточно сильный сигнал, который позволяет ученому определить количественные и качественные характеристики клетки.

Заключение

В наше время наука чрезвычайно активно движется вперед. Особенно в сфере биологии. Открываются новые функции и виды клеток, совершенно новые методы молекулярной биологии. Вполне возможно, что будущее будет зависеть от этих открытий. А открытия эти, в свою очередь, зависят от современных методов молекулярной биологии.