La génétique est une science qui étudie les schémas de transmission des traits du parent à la progéniture. Cette discipline considère également leurs propriétés et leur capacité à changer. Dans le même temps, des structures spéciales - les gènes - agissent comme vecteurs d'informations. À l'heure actuelle, la science a accumulé suffisamment d'informations. Il comporte plusieurs sections, chacune ayant ses propres tâches et objets de recherche. La plus importante des sections: classique, moléculaire, génétique médicale et génie génétique.
Génétique classique
La génétique classique est la science de l'hérédité. C'est la propriété de tous les organismes de transmettre leurs signes externes et internes à la progéniture lors de la reproduction. La génétique classique traite également de l'étude de la variation. Elle s'exprime dans l'instabilité des signes. Ces changements s'accumulent de génération en génération. Ce n'est que grâce à cette variabilité que les organismes peuvent s'adapter aux changements de leur environnement.
L'information héréditaire des organismes est contenue dans les gènes. Actuellement, ils sont considérés du point de vue de la génétique moléculaire. Bien qu'il y ait eu cesconcepts bien avant que cette section n'apparaisse.
Les termes « mutation », « ADN », « chromosomes », « variabilité » sont devenus connus au cours de nombreuses études. Maintenant, les résultats de siècles d'expériences semblent évidents, mais une fois tout a commencé avec des croisements aléatoires. Les gens cherchaient à obtenir des vaches avec de plus grands rendements laitiers, des porcs plus gros et des moutons avec une laine épaisse. Ce furent les premières expériences, même pas scientifiques. Cependant, ce sont ces conditions préalables qui ont conduit à l'émergence d'une science telle que la génétique classique. Jusqu'au XXe siècle, le croisement était la seule méthode de recherche connue et disponible. Ce sont les résultats de la génétique classique qui sont devenus une réalisation importante de la science moderne de la biologie.
Génétique moléculaire
C'est une section qui étudie tous les modèles qui sont soumis à des processus au niveau moléculaire. La propriété la plus importante de tous les organismes vivants est l'hérédité, c'est-à-dire qu'ils sont capables, de génération en génération, de préserver les principales caractéristiques structurelles de leur corps, ainsi que les modèles de processus métaboliques et les réponses à divers facteurs environnementaux. Cela est dû au fait qu'au niveau moléculaire, des substances spéciales enregistrent et stockent toutes les informations reçues, puis les transmettent aux générations suivantes au cours du processus de fécondation. La découverte de ces substances et leur étude ultérieure sont devenues possibles grâce à l'étude de la structure de la cellule au niveau chimique. C'est ainsi que les acides nucléiques, la base du matériel génétique, ont été découverts.
Découverte des "molécules héréditaires"
La génétique moderne sait presque tout sur les acides nucléiques, mais, bien sûr, cela n'a pas toujours été le cas. La première suggestion selon laquelle les produits chimiques pourraient être liés d'une manière ou d'une autre à l'hérédité n'a été avancée qu'au XIXe siècle. A cette époque, le biochimiste F. Miescher et les frères biologistes Hertwig étudiaient ce problème. En 1928, le scientifique russe N. K. Koltsov, sur la base des résultats de la recherche, a suggéré que toutes les propriétés héréditaires des organismes vivants sont codées et placées dans des "molécules héréditaires" géantes. Dans le même temps, il a affirmé que ces molécules sont constituées de liens ordonnés, qui sont en fait des gènes. C'était définitivement une percée. Koltsov a également déterminé que ces "molécules héréditaires" sont emballées dans des cellules dans des structures spéciales appelées chromosomes. Par la suite, cette hypothèse a été confirmée et a donné une impulsion au développement de la science au XXe siècle.
Développement de la science au XXe siècle
Le développement de la génétique et de nouvelles recherches ont conduit à un certain nombre de découvertes tout aussi importantes. Il a été découvert que chaque chromosome d'une cellule ne contient qu'une seule énorme molécule d'ADN, composée de deux brins. Ses nombreux segments sont des gènes. Leur fonction principale est qu'ils codent d'une manière particulière des informations sur la structure des protéines enzymatiques. Mais la mise en œuvre d'informations héréditaires dans certains traits procède avec la participation d'un autre type d'acide nucléique - l'ARN. Il est synthétisé sur l'ADN et fait des copies de gènes. Il transfère également des informations aux ribosomes, où il se produitsynthèse de protéines enzymatiques. La structure de l'ADN a été élucidée en 1953, et celle de l'ARN - entre 1961 et 1964.
Depuis cette époque, la génétique moléculaire a commencé à se développer à pas de géant. Ces découvertes sont devenues la base de la recherche, à la suite de laquelle les modèles de déploiement des informations héréditaires ont été révélés. Ce processus se déroule au niveau moléculaire dans les cellules. Des informations fondamentalement nouvelles sur le stockage des informations dans les gènes ont également été obtenues. Au fil du temps, il a été établi comment les mécanismes de duplication de l'ADN se produisent avant la division cellulaire (réplication), les processus de lecture de l'information par une molécule d'ARN (transcription) et la synthèse des enzymes protéiques (traduction). Les principes des modifications de l'hérédité ont également été découverts et leur rôle dans l'environnement interne et externe des cellules a été clarifié.
Déchiffrer la structure de l'ADN
Les méthodes de la génétique ont été intensivement développées. La réalisation la plus importante a été le décodage de l'ADN chromosomique. Il s'est avéré qu'il n'y a que deux types de sections de chaîne. Ils diffèrent les uns des autres par l'arrangement des nucléotides. Dans le premier type, chaque site est original, c'est-à-dire qu'il est inhérent à l'unicité. Le second contenait un nombre différent de séquences se répétant régulièrement. On les appelait des répétitions. En 1973, le fait a été établi que des zones uniques sont toujours interrompues par certains gènes. Un segment se termine toujours par une reprise. Cet espace code certaines protéines enzymatiques, c'est par elles que l'ARN "s'oriente" lors de la lecture des informations de l'ADN.
Premières découvertes en génie génétique
L'émergence de nouvelles méthodes de génétique a conduit à de nouvelles découvertes. Une propriété unique de toute matière vivante a été révélée. Nous parlons de la capacité de réparer les zones endommagées de la chaîne d'ADN. Ils peuvent survenir à la suite de diverses influences négatives. La capacité à s'auto-réparer a été appelée "le processus de réparation génétique". A l'heure actuelle, de nombreux scientifiques éminents expriment l'espoir, suffisamment étayé par des faits, qu'il sera possible d'"arracher" certains gènes à la cellule. Que peut-il donner ? Tout d'abord, la capacité d'éliminer les défauts génétiques. Le génie génétique est l'étude de ces problèmes.
Processus de réplication
La génétique moléculaire étudie les processus de transmission des informations héréditaires lors de la reproduction. La préservation de l'invariance de l'enregistrement codé dans les gènes est assurée par sa reproduction exacte lors de la division cellulaire. L'ensemble du mécanisme de ce processus a été étudié en détail. Il s'est avéré qu'immédiatement avant la division cellulaire, la réplication a lieu. C'est le processus de duplication de l'ADN. Elle s'accompagne d'une copie absolument exacte des molécules d'origine selon la règle de complémentarité. On sait qu'il n'y a que quatre types de nucléotides dans le brin d'ADN. Ce sont la guanine, l'adénine, la cytosine et la thymine. Selon la règle de complémentarité, découverte par les scientifiques F. Crick et D. Watson en 1953, dans la structure du double brin d'ADN, la thymine correspond à l'adénine, et le guanyle correspond au nucléotide cytidyle. Au cours du processus de réplication, chaque brin d'ADN est copié exactement par substitution du nucléotide souhaité.
Génétique –la science est relativement jeune. Le processus de réplication n'a été étudié que dans les années 1950. Au même moment, l'enzyme ADN polymérase a été découverte. Dans les années 1970, après de nombreuses années de recherche, il a été découvert que la réplication est un processus en plusieurs étapes. Plusieurs types différents d'ADN polymérases sont directement impliqués dans la synthèse des molécules d'ADN.
Génétique et santé
Toutes les informations liées à la reproduction ponctuelle d'informations héréditaires au cours des processus de réplication de l'ADN sont largement utilisées dans la pratique médicale moderne. Des modèles soigneusement étudiés sont caractéristiques à la fois des organismes sains et en cas de modifications pathologiques de ceux-ci. Par exemple, il a été prouvé et confirmé par des expériences que la guérison de certaines maladies peut être obtenue avec une influence externe sur les processus de réplication du matériel génétique et de division des cellules somatiques. Surtout si la pathologie du fonctionnement du corps est associée à des processus métaboliques. Par exemple, des maladies telles que le rachitisme et l' altération du métabolisme du phosphore sont directement causées par l'inhibition de la réplication de l'ADN. Comment pouvez-vous changer cet état de l'extérieur ? Des médicaments déjà synthétisés et testés qui stimulent les processus opprimés. Ils activent la réplication de l'ADN. Cela contribue à la normalisation et à la restauration des conditions pathologiques associées à la maladie. Mais la recherche génétique ne s'arrête pas là. Chaque année, de plus en plus de données sont reçues qui aident non seulement à guérir, mais aussi à prévenir une éventuelle maladie.
Génétique et médicaments
La génétique moléculaire traite de nombreux problèmes de santé. La biologie de certains virus et microorganismes est telle que leur activité dans le corps humain conduit parfois à un échec de la réplication de l'ADN. Il a également déjà été établi que la cause de certaines maladies n'est pas l'inhibition de ce processus, mais son activité excessive. Tout d'abord, ce sont des infections virales et bactériennes. Ils sont dus au fait que les microbes pathogènes commencent à se multiplier rapidement dans les cellules et les tissus affectés. Cette pathologie comprend également les maladies oncologiques.
Actuellement, il existe un certain nombre de médicaments qui peuvent supprimer la réplication de l'ADN dans la cellule. La plupart d'entre eux ont été synthétisés par des scientifiques soviétiques. Ces médicaments sont largement utilisés dans la pratique médicale. Ceux-ci comprennent, par exemple, un groupe de médicaments antituberculeux. Il existe également des antibiotiques qui inhibent les processus de réplication et de division des cellules pathologiques et microbiennes. Ils aident le corps à faire face rapidement aux agents étrangers, les empêchant de se multiplier. Ces médicaments constituent un excellent traitement pour la plupart des infections aiguës graves. Et ces fonds sont particulièrement largement utilisés dans le traitement des tumeurs et des néoplasmes. C'est une direction prioritaire choisie par l'Institut de Génétique de Russie. Chaque année, de nouveaux médicaments améliorés empêchent le développement de l'oncologie. Cela donne de l'espoir à des dizaines de milliers de personnes malades dans le monde.
Processus de transcription et de traduction
Après l'expérimentationdes tests de laboratoire sur la génétique et des résultats sur le rôle de l'ADN et des gènes en tant que modèles pour la synthèse des protéines, pendant un certain temps, les scientifiques ont exprimé l'opinion que les acides aminés sont assemblés en molécules plus complexes directement dans le noyau. Mais après avoir reçu de nouvelles données, il est devenu clair que ce n'était pas le cas. Les acides aminés ne sont pas construits sur des sections de gènes dans l'ADN. Il a été constaté que ce processus complexe se déroule en plusieurs étapes. Tout d'abord, des copies exactes sont faites à partir des gènes - l'ARN messager. Ces molécules quittent le noyau cellulaire et se déplacent vers des structures spéciales - les ribosomes. C'est sur ces organites qu'ont lieu l'assemblage des acides aminés et la synthèse des protéines. Le processus de fabrication de copies d'ADN s'appelle la transcription. Et la synthèse des protéines sous le contrôle de l'ARN messager est la « traduction ». L'étude des mécanismes exacts de ces processus et les principes de leur influence sont les principaux problèmes modernes de la génétique des structures moléculaires.
L'importance des mécanismes de transcription et de traduction en médecine
Ces dernières années, il est devenu évident que l'examen scrupuleux de toutes les étapes de la transcription et de la traduction est d'une grande importance pour les soins de santé modernes. L'Institut de génétique de l'Académie des sciences de Russie a depuis longtemps confirmé le fait qu'avec le développement de presque toutes les maladies, il existe une synthèse intensive de protéines toxiques et simplement nocives pour le corps humain. Ce processus peut se dérouler sous le contrôle de gènes normalement inactifs. Soit il s'agit d'une synthèse introduite, dont sont responsables les bactéries et virus pathogènes qui ont pénétré dans les cellules et les tissus humains. De plus, la formation de protéines nocives peutstimuler les néoplasmes oncologiques en développement actif. C'est pourquoi une étude approfondie de toutes les étapes de la transcription et de la traduction est actuellement extrêmement importante. De cette façon, vous pouvez identifier les moyens de combattre non seulement les infections dangereuses, mais aussi le cancer.
La génétique moderne est une recherche continue des mécanismes de développement des maladies et des médicaments pour leur traitement. Maintenant, il est déjà possible d'inhiber les processus de traduction dans les organes affectés ou dans le corps dans son ensemble, supprimant ainsi l'inflammation. En principe, c'est précisément sur cela que repose l'action de la plupart des antibiotiques connus, par exemple la tétracycline ou la streptomycine. Tous ces médicaments inhibent sélectivement les processus de traduction dans les cellules.
L'importance de la recherche sur les processus de recombinaison génétique
Très important pour la médecine est également une étude détaillée des processus de recombinaison génétique, qui est responsable du transfert et de l'échange de parties de chromosomes et de gènes individuels. C'est un facteur important dans le développement des maladies infectieuses. La recombinaison génétique sous-tend la pénétration dans les cellules humaines et l'introduction de matériel étranger, plus souvent viral, dans l'ADN. Il en résulte une synthèse sur les ribosomes de protéines qui ne sont pas « natives » de l'organisme, mais pathogènes pour lui. Selon ce principe, la reproduction de colonies entières de virus se produit dans les cellules. Les méthodes de la génétique humaine visent à développer des moyens pour lutter contre les maladies infectieuses et empêcher l'assemblage de virus pathogènes. De plus, l'accumulation d'informations sur la recombinaison génétique a permis de comprendre le principe de l'échange de gènesentre les organismes, conduisant à l'émergence de plantes et d'animaux génétiquement modifiés.
L'importance de la génétique moléculaire pour la biologie et la médecine
Au cours du siècle dernier, les découvertes, d'abord en génétique classique puis en génétique moléculaire, ont eu un impact énorme, voire décisif, sur les progrès de toutes les sciences biologiques. La médecine a beaucoup avancé. Les progrès de la recherche génétique ont permis de comprendre les processus autrefois incompréhensibles d'hérédité des traits génétiques et le développement des caractéristiques humaines individuelles. Il convient également de noter la rapidité avec laquelle cette science est passée d'une science purement théorique à une science pratique. Il est devenu indispensable à la médecine moderne. Une étude détaillée des régularités génétiques moléculaires a servi de base pour comprendre les processus se produisant dans le corps d'une personne malade et d'une personne en bonne santé. C'est la génétique qui a donné l'impulsion au développement de sciences telles que la virologie, la microbiologie, l'endocrinologie, la pharmacologie et l'immunologie.
