Революционните открития на молекулната биология

Грегор Мендел доказва, че в клетките на живите същества има „нещо“, което отговаря на сформирането и предаването на определени наследствени белези. Впоследствие материалните носители на наследствеността при организмите били наречени „гени“. Така се ражда науката генетика. Доказано е, че цялата наследствена информация на клетката е „записана“ в молекулите на ДНК, която се съдържа в ядрата на клетките. Тя е изградена от 4 вида органични базични вещества, наречени нуклеотиди, които, редувайки се последователно всеки път в нов порядък, също както точките и тиретата на морзовата азбука, „записват“ върху молекулата на ДНК наследствената информация. А когато през 1953 г. Френсис Крик и Джеймз Уотсън създават двуспиралния модел на ДНК, мнозина учени предположили, че гените всъщност представляват отделни звена от ДНК. Това предположение скоро след това било потвърдено. Всички тези колосални постижения на биологичната наука изострят апетитите на учените, които си поставят една фантастична задача: да получат изкуствен жив организъм! Как да се получи изкуствена ДНК на дадено, било то и най-простото устроено живо същество (например някой вирус), след като се има предвид, че дебелината на нишката на ДНК е едва 50 пъти по-голяма от атома на водорода? Човешкият гений успява да преодолее всички тези прегради, които е поставила природата. През 1967 г. телеграфните агенции донасят сензационната вест, че е синтезирано първото изкуствено живо същество! Тази фантастично трудна задача успяват да разрешат сътрудниците на Станфордския университет, професорите Артър Корнбърг и Мехрам Гулиан. Те създават напълно активно копие на ДНК на един от най-малките бактериофаги (вид вируси), които са познати на виросолозите – т. нар. фаг „Фита-хикс-174“. Вместо търпеливо и безнадежно дълго да се изгражда фрагмент по фрагмент молекулата на ДНК, те изготвили нейното „фотокопие“. Синтезата била осъществена при използване на матрица от ДНК на естествени вируси „Фита-хикс-174“, а за осъществяването на реакцията са използвали ензими, изолирани от други клетки. Разбира се полученото копие е било всъщност полуизкуствено, но неговата жизнеспособност (в случая – инфекциозност) е била потвърдена от проф. Синшаймър. Първата крачка към осъществяването на цялостно получаване на живи организми по изкуствен път е била направена. Учените вече са били в състояние да дават заповеди на живата природа с нейния собствен шифър. Един шифър, който природата е създавала в продължение на милиарди години, доведен до изумително съвършенство и прецизност. С осъществяването на грандиозната задача да се синтезира напълно изкуствен ген се заема скромния и тих специалист по молекулна биология Хар Гобинд Корана. Както е известно, носител на цялата наследствена информация в клетката е ДНК. Нейната огромна мулекула, образувана от две подобни на винтови стълби нишки, е изградена от 4 бази: адеин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц), които са разположени така, че срещу определена база на едната нишка стои също така строго определена база от другата нишка. Адеинът винаги се съединява с тимина, а гуанинът – с цитозина. Всяка от тези бази, свързани с една захар (дезоксирибоза при ДНК и рибоза при РНК) и един фосфорен радикал, образува един нуклеотид. Именно от подреждането на нуклеотидите зависят структурата и свойствата на молекулата на ДНК в клетката. От този принцип излиза Корана, когато пристъпва към синтезирането на гена, отговарящ за образуването и функционирането на аланин-транспортната РНК в клетките на обикновените дрожди. Започвайки да вкарват получените по лабораторен начин нуклеотиди в сложните химични реакции, учените от групата на Корана търпеливо и методично свързвали малките участъци на едноспиралната верига на ДНК. Първоначално учените са успели да синтезират две вериги от ДНК от по 20 нуклеотидни единици. След това те прибягнали до ензима на А. Корнбърг, с чиято помощ за пръв път през 1967 г. е била синтезирана биологично активната ДНК на вируса „Фита-хикс-174“ – така нареченият „ДНК-присъединяващ ензим“. С помощта на този ензим към къси, синтетично получени вериги от ДНК започнали да „свързват“ все нови и нови градивни единици. Най-напред синтезирали едната нишка от двойната спирала на гена. А тъй като се знае на всяка база от едната нишка каква база от другата отговаря, вече било лесно парче по парче да „съшият“ и другата нишка. Разбира се това е твърде опростено описание на една брилянтна методика, която е далеч по-сложна и трудно достъпна за непосветения читател. Едва ли някой през 1905 г. би могъл да си представи, че формулата Е=мс² означава атомна бомба. Когато обаче през 1945 г. над японските градове Хирошима и Нагазаки израснали зловещите гъби на първите ядрени експлозии, които донесли невиждани дотогава опустошения и взели стотици хиляди жертви, светът е бил поставен пред един нов и извънредно опасен свършен факт – колосалната мощ на атомните ядра, – било впрегнато за антихуманни цели. Когато коментираме синтезирането на първата жива изкуствена материя, ние имаме и трагичния опит от миналото: създадена е реална възможност да бъдат направени такива унищожителни биологични „бомби“, пред които да бледнее ужасът на ядрените експлозии. Не е трудно да се досетим, че с помощта на гениалните постижения на молекулната биология човекомразците могат да синтезират нови, напълно неизвестни болестотворни вируси или бактерии, срещу които няма да действат никакви имунизации или лекарствени препарати. Господин Свещаров В: Спектър 71. София, 1971, с. 53-58 Това е в съкратен вид научна статия. Няма как да се наема да я тълкувам, защото си признавам честно, че нямам идея какво точно ни се случва, а и не съм специалист в тази област. Това, с което мога да помогна е да ви давам интересна според мен информация, която трудно можете да намерите по библиотеките.

Автор: simona

Ерата на нано оръжията

Луис Дел Монте, известен учен физик, бивш ръководител на разработките по микроелектроника в IBM и проектант на технологии за Honeywell и Samsung в областта на изкуствения интелект, наскоро издаде новата си книга „Нано оръжията: нарастваща заплаха за човечеството” (Nanoweapons: a growing treat to Humanity). Дел Монте прогнозира, че към края на 2020 г. терористите ще имат достъп до нано оръжия и ще разполагат с възможности да използват нано роботи за извършване на терористични атаки. Като например такива да заразяват системи за водоснабдяване в големите градове или да предизвикват масово отравяне на хора. Според мнението на Дел Монте, нано дроновете могат да станат средство за водене на биологични войни. Военните лаборатории отдавна работят над миниатюризацията на безпилотните самолети. Миналата година лабораторията DARPA се похвали с постигнатия успех в резултатите на програмата си за създаване на бързи и леки автономни дронове. Става дума за създаване на малък дрон, който не се управлява от оператор и няма GPS навигация, а се командва само чрез системата си от вградени датчици. Експерименталният модел на дрона е летял в тестов лабиринт със скорост 20 м/сек. Следващата задача е размерите му и обемът на електрониката в него да бъдат намалени до такава степен, че той да може да оперира самостоятелно с висока скорост в закрити помещения. През 2014 г. изследователите от армейските лаборатории на САЩ показаха миниатюрни крила с размер 3-5 см, роботизирани миниатюрни крака и мотори с диаметър 2-3 мм. Според мнението на изследователите, след 10-15 години те ще могат да произвеждат и роботи насекоми. Това далеч не е нано ниво, но очевидно е вектор в развитието на военните технологии. През 2010 г. Пентагонът обяви своите опасения, че нано технологиите ще доведат до създаването на изкуствен, взривоопасен микропрах под формата на нано роботи, които при вдишване ще попадат в белите дробове на войниците и ще ги изваждат от строя. Впрочем, през лятото на 2016 г. венецуелският проправителствен сайт Apporea излезе с информация, че венецуелските власти са на мнение, че смъртта на Уго Чавес е предизвикана от нано оръжие. Според твърденията на Apporea, към отравянето на Чавес биха могли да бъдат причастни нанотехнологии, използвани от САЩ. Нано оръжията също така могат да транспортират различни видове нано частици, които са способни да провокират широк спектър от здравословни проблеми с летален изход като инфаркти, мозъчни инсулти, спиране на дишането, психични разстройства, СПИН и много други. Apporea твърди, че още през 2003 г. по инициатива на президента Джордж Буш-младши в САЩ е започнала разработката на нано оръжия, като за целта са заделени 3,7 млрд. долара. Нано оръжията пак излязоха на дневен ред, като една от версиите за неотдавнашната смърт в Малайзия на Ким Чен Нам, заварения брат на севернокорейския лидер Ким Чен Ун. В своята книга Луис Дел Монте прогнозира, че автономни нано роботи ще могат сами да асамблират свои копия, тоест да се самовъзпроизвеждат. Управлението на милиони нано роботи може да се превърне в огромен проблем, а хакерска намеса в програмното им обезпечаване да предизвика непредсказуеми последици. Например, ако се изгубят някой и друг милион военни нано роботи може да започнат да унищожават не целите, за които са програмирани, а мирното население. Според мнението на Дел Монте, има и още една сериозна опасност. Това е създаването на технологии за производството на мини атомни бомби, които могат да влязат в употреба от терористите. Учените твърдят, че САЩ, Русия и Китай вече инвестират „милиарди” в разработките на нано оръжия и светът е заплашен от нова надпревара във въоръжаването, много по-опасна от тази с ядрените оръжия. Анализаторите от университета в Кеймбридж считат, че през 2100 г., като резултат от прилагане на военни нано технологии ще съществува 5% риск от гибел на човечеството. Десет процента е рискът от смъртта на минимум 1 млрд. души и 25% е рискът от унищожаване на минимум 1 млн. човека. Освен това, 5% е вероятността от пълното изчезване на човечеството след употребата на нано оръжия. Последният показател е сравним с прогнозата, според която изкуственият интелект може да унищожи хората. Този показател също е 5%. В същото време, вероятността ядрена война или пандемия да причини гибел на човешкия род е значително по-ниска. Интересът към нано оръжията отново се засили след връчването на Нобеловата награда по химия през 2016 г. С нея бяха отличени Жан Пиер Соваж, сър Джеймс Фрейзър Стодарт и Бернар Лукас Феринга за разработката и синтеза на молекулярни машини. Това прави възможно създаването на миниатюрни версии на двигатели. Тази разработка открива огромна перспектива пред създаването на нано роботи. Журито от нобеловия комитет сравни работата на учените химици със създаването на първия електродвигател през 1830 г., като отбеляза, че молекулярните машини изцяло ще променят начина на живот на човечеството, както някога това е направил електродвигателят. Днес в медиите се обсъждат също така медицинските аспекти за използването на нано роботи при лечението на хората или за създаването на нови материали, но това не изключва военното им приложение. В този аспект трябва отново да си припомним позабравената глобална теория, наречена „сива слуз”, която беше лансирана през 1986 г. от Ерик Дрекслер. Според нея, ако дефектират, самовъзпроизвеждащите се нано машини, вече няма да бъдат съзидателни, а разрушителни. Те непрекъснато ще преработват субстанция, консумирайки енергия за своето възпроизводство. Тогава вместо да изпълняват зададената им програма, например, за унищожаване на ракети или ядрените реактори в Иран, нано роботите ще започнат да „изяждат” всичко наоколо. А за такова безконтролно самовъзпроизводство биха могли да ги програмират и терористи. През 2000 г. Роберт Фрейтас доразви теорията на Дрекслер. Той раздели „сивата слуз” на подвидове. Нано роботите в Световния океан той нарече „сив планктон”, нано роботите извличащи непосредствено от въздуха необходимите за репликация вещества – „сиви лишеи”, а нано роботите на повърхността на земята, унищожаващи живите организми – „убийци на биомаса”. За борба със „сивата слуз” Фрейтас предлага да се създадат армии от „добри” и желателно несамовъзпроизвеждащи се нано роботи, които да се използват за неутрализиране на „лошите”. Войната на бъдещето може да изглежда като война на невидими нано роботи, а не като сражения между гигантски роботи или кибер войни. Луис Дел Монте счита, че именно притежаването на нано оръжие в XXI век ще определи коя страна ще бъде свръхдържава и коя не.

Автор: Иля Плеханов

В ерата на клонинга

Идеята за клониране на човешки същества е жива от много десетилетия насам. Започнала още от страниците на научнофантастичните романи, продължена от откриването на ДНК и развитието на генетиката, тази мечта днес е напълно осъществима. Но доколко морална е тя, трябва ли да се хвърлят огромни средства около нея и какво всъщност представлява клонирането? Задавали ли сте си тези въпроси?

Като чисто биологичен процес клонирането представлява начин за получаване на няколко идентични организма по безполов (включително вегетативен) начин за размножаване. В наши дни терминът „клониране“ се използва по правило в по-различен смисъл и означава копиране на клетки, гени, антитела и даже на многоклетъчни организми в лабораторни условия. Екземплярите, които се появяват в резултат на безполовото размножаване, принципно са генетично еднакви, но дори при тях може да се наблюдава наследствена изменчивост, която се обуславя от случайни мутации. Факти, чиито подробности ще разберете след малко.

Клонингите на практика

Научната дума „клонинг“ (от гръцки klon – клон, израстък) се отнася до редица следващи едно след друго поколения на наследствено близки потомци на един-единствен организъм (растение, животно, микроорганизъм), който се образува в резултат на безполово размножаване. Класически пример за такова нещо е размножаването на амебата, чиято клетка се дели, а всяка от двете получени се дели наново, образувайки нови 4 и т.н. В основите на методиката на клонирането лежи моделът на размножаване, при който вътре в клетката протича и разделяне на генетичната информация.

Клонирането на хора се постига чрез техника, базирана на трансфер на клетъчни ядра от нормални соматични клетки (SCNT). Процесът включва вкарване на материал от ядрото на клетката, обикновено от кожата, в ооцит – женска първична яйцеклетка, която все още не е преминала процеса на трансформация към зряла яйцеклетка. Ядрото на ооцита се премахва или се деактивира, като се внася ядрото от чуждата клетка. След това ооцитът се превръща в зряла яйцеклетка, която не е нужно да бъде фертилизирана (оплождана), защото вече съдържа нужното количество генетична информация. Новият организъм започва да се дели и нараства, оформяйки новия човешки ембрион.

Клонингите не са ксерокопия или двойници на човека

Повечето хора всъщност не разбират как протича самият процес на клониране. Даже повечето грешно си представят, че клонингът на дадено животно или човек е нещо като ксерокопие – хоп и от лабораторията излиза ваш (или на някой друг) готов двойник. Е, разбира се, това далеч не е така.

Днес е възможно с клониране да копирате живи организми по безполов начин и да отглеждате копия на живи същества, включително бозайници (каквито са хората). Но човешките клонинги, ако можете да ги създавате, всъщност са нещо като близнаци на другия човек, само че с разлика в годините. Тоест – ако искате да клонирате себе си, човек, да речем, на около 40-годишна възраст, то може да го направите, но ще трябва да изчакате той да се роди и порасне в следващите 40 години – т.е. НЕ можете да го отгледате в лабораторни условия директно като жив екземпляр на 40 години. За тази грешна представа са виновни предимно научнофантастичните филми (като например сериалите Westworld, Altered Carbon и др.), в които клонингите се отглеждат за нула време и са възрастни, напълно годни за живот хора… или истински чудовища.

Човешките клонинги, ако изобщо ги има сред нас, са съвсем нормални човешки същества. Те са износени в утробата на истинска жена в продължение на 9 месеца, родили са се, възпитавани са в семейства, както всяко нормално дете. Така че идентичното копие на изходния човек е с няколко десетилетия по-младо от оригинала и няма как да ги объркате.

Ето и научното обяснение – клонингите не възпроизвеждат точно генетичния материал на донора. Всички човешки клетки, включително яйцеклетките и сперматозоидите, съдържат малки, произвеждащи енергия органели, наречени митохондрии. Те съдържат малко количество собствена ДНК, която има специфични генетични заложби за изработката на няколко уникални митохондриални белтъци. SCNT процесът трансферира ядро от чужда клетка в ооцита, но последният съдържа митохондриална ДНК на донора. И по този начин, точно като при сексуалната репродукция ембрионът се формира, съдържайки генетичен материал от два различни индивида.

Клонирането всъщност не е безопасно и безгрешно

Не си мислете, че можете просто да клонирате някакъв организъм, а след това да го ползвате с лекота за „резервни части“. Поради липсващи изключително важни взаимодействия между яйцеклетката и сперматозоида винаги се появяват генетични грешки при възпроизвеждането, които се наследяват от клонинга. Това води до непредсказуеми, случайни генетични промени и индивидуални „дефекти“, които често при нормалните организми водят до израждане на клетките, по-известни като ракови образувания.

technology with science in future and cloning

Точно заради тези дефекти клетките, които вземате впоследствие от клонинга и инжектирате обратно в донора, винаги се отхвърлят заради генетичните разлики от митохондриалната ДНК и неспособността на вече „остарелите“ клетки да се впишат правилно в тъканите на възрастния донорски организъм. Този факт е едно от най-големите препятствия за използването на материали от клонирани ембриони за лечението на болести, макар и пробиви в тази област да се правят постоянно.  

Защо клонирането е толкова желано и вълнуващо?

Като цяло от хуманна гледна точка клонирането би било полезно най-вече поради две причини: за да дадем възможност на бездетни семейства да имат свои деца, а втората е малко по-егоистична – да можем да създаваме копия на личности с изключителни качества – умствени, физически и т.н.

Втората причина обаче наистина води и до множество морални проблеми. Дори да ви се струва логично да клонирате знаменити учени, творци, интелектуалци, спортисти, то няма гаранция, че тяхното идентично копие ще има същия принос за цивилизацията като оригинала. Вземете например Алберт Айнщайн. Дори да отгледате негово ДНК копие, приличащо на него като две капки вода, то няма никаква гаранция, че отгледаното дете ще иска да стане физик, а не например обущар или шофьор. Житейските фактори около един човек оказват огромно влияние над решенията и бъдещето му. Така че Айнщайн-клонингът може да не прояви същата гениалност, въпреки че всички очакват това от него. Същото се отнася и за известните личности в други области. На практика не можете да разчитате, че едно копие на Ганди или Жул Верн ще попадне в същите житейски обстоятелства, които са формирали първия като борец за независимост, а втория като писател. Или още по-забавно – представете си, че почитателите на Мерилин Монро я клонират, а след 20 години новата красавица се огледа наоколо и си каже „Господи, в какъв мрачен лош свят съм се родила!“ – и реши да отиде в манастир?

Според данни на статистически агенции 9 от 10 американци считат, че клонирането на човека вече е възможно или поне ще е възможно в близко бъдеще, като то задължително трябва да бъде забранено поради ред причини. Почти същото число хора са против клонирането и на животни. Но така или иначе днес живеем в общество, в което мнението на болшинството (или на богатите) може да се окаже решаващо. И въпреки забраните и опасенията компании като „Клонейд“ намират всякакви начини да заобиколят закона и да правят опити с хора. „Клонейд“ вече дори официално е обявявала за старта на програмата си за клониране на починало на 10 месеца момиченце, чиито родители са заплатили 560 000 долара. А това е само една от многото заявки към компанията.

Няколко любопитни факта

На 23 февруари 1997 година в лаборатория във Великобритания под ръководството на генетика Ян Вилмут, след цели 277 неуспешни опита се появява „първото в света клонирано животно бозайник“ – овцата Доли. Нейни снимки и статии за нея обикалят с години света и всички медии. В същото време руснаците твърдят, че на практика първият клониран бозайник е мишка с името Маша, клонирана през 1987 година в руска лаборатория.  

Отново в Русия е имало закон за временна забрана за клониране на хора. Издаден е през 2002 година, но е бил за срок от 5 години и е изтекъл. След това е подновен през 2010 година, но през трите години „почивка“ никой не знае дали не са произвеждани човешки клонинги. Медиите мълчат.

Повечето клонирани животни живеят по-кратко от нормалното. Овцата Доли е доживяла до 6 години и половина – по-малко от нормалното за овцете. Създателите ѝ твърдят, че вероятно причината за ранната ѝ смърт е фактът, че за създаването ѝ са взети клетки от възрастен организъм. А както знаем, в клетките на възрастните се намират значително повече теломери – свързани със стареенето участъци на хромозомите. Де факто Доли по рождение вече е била с по-стари клетки.

Успехът на клониране дори днес е доста нисък. В най-добрия случай на клониране на домашни любимци процесът на успех е около 5%. А що се отнася до диви животни – там процентът рядко надвишава 1.

Една от най-желаните области, в които са концентрирани усилията на учени, работещи над клониране, е пресъздаване на отдавна изчезнали видове. Динозаври едва ли скоро ще бъдат създадени, защото намирането на добре запазена ДНК от този период е почти невъзможно. Но в момента екипи на руско-японски научни групи работят над открита добре запазена ДНК от мамут на територията на Сибир. Ако този опит успее, то те ще опитат да клонират древните слонове.

Клонирането и Църквата

Ако с човешките закони всичко може да се нагласи, прокара и лобира, то Божиите закони не могат така лесно да се престъпват, а те са категорично против клонирането. За забраната за клониране на хора са се изказвали представители на всички религии, като мнението е приблизително еднакво – изследванията на учените над клонирането на живи същества и човека създават проблеми в съзнанието на вярващите по отношение на идеята за божественото творение на живота на Земята, оскърбявайки институцията на Църквата и брака.

За непримиримата позиция на католическата църква, наброяваща в момента повече от 1 милиард последователи по света, по темата с клонирането е говорил още папа Йоан Павел II през август 2000 г. по време на международен конгрес на специалисти по трансплантации в Рим.

Така че учените, които закачат духовната страна на въпроса, рискуват – и то много. Като минимум – да бъдат отлъчени от Църквата, а по-сериозните проблеми не изключват дори погроми над тях от религиозни фанатици.

За и против клонингите

Науката днес е доказала по опитен път, че дори копирането на ДНК не дава възможност за получаване на напълно идентично същество. Така например клонирани котки получават различна окраска в сравнение с тази на майката – донор на генетичния материал. Много учени считат, че тази технология дава възможност за „възкресяване“ на домашни любимци, а дори и на умрели хора. Но разглеждането на клонирането като клон на репродуктивната медицина днес не е на дневен ред. В същото време развитието на нейния потенциал в терапевтичната област е напълно възможно. Ако се следват този път на действие и тези идеи, то количеството на противниците на клонирането рязко ще намалее.

ST. PETERSBURG, RUSSIA: Bernard Buigues, Alexei Tihkonov, Daniel Fisher, Yuri Khudi, and Kirill Seretetto attend microsurgery on Lyuba, a baby mammoth that discovered on the shore of a remote Siberian river in May 2007. Ten thousand years after her species became extinct, she is in amazing condition and unlike any other animal ever dug out of the frozen earth. (Photo credit © Pierre Stine)

Основните преимущества на клонирането са откриващите се възможности за лечение на много сериозни заболявания, възстановяване на пострадали от сериозни изгаряния, подмяна на органи. Но противниците на клонирането с основание поставят въпроса за моралните и етични страни на въпроса – за това, че тези технологии ще трябва да убиват зараждащия се живот, за да вземат единствено някой орган, стволови клетки и др. Кой е прав – тези за или тези против, – това е въпрос на гледна точка, а не на научни доказателства.