Красотата на биологията и нейното бъдеще - CRISPR

Биологията е науката за живота във Вселената, която пребиваваме. Тя ни разкрива красотата на разнообразието от организми и хармонията помежду им. Разкрива ни как всъщност на едно по-фино ниво, всички организми участват в един голям кръговрат на живота, как всеки един организъм е зависим от всеки друг. По-задълбоченото изучаване на биологията може да накара човек да види себе си като едно изключително сложно същество. Това "просветление" на човека относно собственото си тяло, разкрива противоположната страна на Вселенската перспектива за човека, а именно, че той е просто една песъчинка в космоса. Макар и обективно погледнато това да е истина, човекът сам по себе си е една цяла, не по-малко сложна, Вселена, в която се случват феноменални процеси измежду големия брой клетки, които го изграждат. И така, биологията може да бъде ключът към разбирането на нашето място в кръговрата на живота, за важността на всеки един организъм, за оценяването на интелекта, присъстващ в нас самите, както и за изграждането на перспективата, че всички организми съществуват като едно неделимо цяло.

ХИМИЯТА - ОСНОВАТА НА БИОЛОГИЯТА

Биологията е базирана на химичните елементи, тъй като техните взаимовръзки създават органичната и неорганичната материя, както и всички техни функции, които тя изучава. Химичните елементи представляват различните видове атоми. Те могат да бъдат разделени в няколко основни категории - чисти елементи, изотопи и йони. Изотопите са тези атоми, чието ядро е изградено от различен брой протони и неутрони. Когато броят на неутроните не съответства на броя на протоните в ядрото, то тогава наричаме такъв атом изотоп. Различните видове елементи имат точно определен брой протони в ядрото си. Когато броят на неутроните е по-малък или по-голям от броя на протоните в ядрото, това наричаме изотоп на елемента. Йоните са тези атоми, които имат по-малко или повече електрони отколкото протони в тях. Йоните могат да бъдат положително или отрицателно заредени. Например, ако броят на електроните е повече от броя на протоните на даден елемент, то тогава елементът е отирцателно зареден, тъй като отрицателно заредените частици (електроните) доминират над положително заредените частици (протоните). По този начин елементите, в тяхната форма на йони, се свързат помежду си - отрицателно заредените йони се свързват с положително заредените йони.

Протоните имат положителен електричен заряд, докато електроните са с отрицателен. Следователно стабилните атоми са тези, които имат еднакъв брой протони и електрони, тъй като тогава зарядите между тях се балансират и атомът е с неутрален заряд. Името на неутроните идва поради причината, че са с неутрален заряд, с други думи, те нямат такъв. Елементите присъстващи в менделеевата таблица, които създават материята около нас, са "чисти атоми". Колкото повече протони, неуотрни и електрони има даден елемент, толкова по-голяма маса има той. Всеки един елемент от менделеевата таблица притежава номер, който символизира броя протони в ядрото му. Различните елементи могат да се свързват, за да създадат молекули и съединения. Разликата между молекула и съединение се намира в това, че молекулата е изградена от взаимовръзките на еднакъв вид елементи, докато съединенията са изградени от взаимовръзките на повече от два вида елементи.

НАЙ-МАЛКИЯТ ОРГАНИЗЪМ

Клетката се смята за най-малкия жив организъм. Съществуват други много по-малки частици, отколкото самата клетка, но тя се смята за най-малката "жива" единица, тъй като може сама да изпълнява функциите за поддържането на собственото си съществуванe, като например преработване на вещества в използваема енергия, отделяне на токсини, предпазване от вируси и други функции, присъщи за организмите. Съществуват два вида клетки - прокариотни и еукариотни. Основната разлика между тях е, че при прокариотните клетки (като например бактериите), генетичният материал, съдържащ се в ДНК, не се намира в отделно от цитоплазмата ядро. Той се намира в самата цитоплазма на клетката. Още една разлика, която разделя прокариотната клетка от еукариотната, е липсата на органели в нея.

Така, както тялото ни съдържа органи, извършващи определени функции необходими за поддържането на живота му, така и клетките съдържат органи, наречени органели, които свързват кислорода с хранителните вещества за да превърнат енергията от храната във форма, която може да бъде използванаа за извършването на техните функции. Органелите могат да бъдат например митохондрите, които се намират в човешките клетки, или пък хлоропласти, които се откриват в растелните клетки.

КЛЕТЪЧНО ДЕЛЕНЕ

Клетките могат да се делят по два различни начина - митоза и мейоза. Преди клетката да започне процеса на делене, генетиният материал, съдържащ се в ДНК, се компресира в по-компактна форма наречена "хромозома". Целият генетичен материал се компресира в 46 хромозоми. Може да си представите целият генетичен материал като библиотека, а хромозомите като книгите в нея. В случая книгите в библиотеката представляват различните видове характеристики на тялото. Всяка една хромозома е изградена от два идентични хроматида. Хроматидът представлява набор от точно определени характеристики. За да може клетката да започне процеса на делене, хроматидът трябва да се репликира, създавайки хромозома съставена от два идентични хроматиди.

В по-късен етап на клетъчното делене, единият хроматид от всяка една хромозома се отделя от другия и новият набор от 46 хроматиди се превръща в генетичния материал на новосъздадената клетка. По този начин се извършва процесът на делене наречен "митоза", при който се създава идентично копие на клетката. Процесът на митоза е изключително важен за поддържането на живота на организмите. Например, ако клетките ви не бяха способни да създават идентични копия на себе си, то когато нараните кожата си, не бихте могли да възстановите нараненото място с нова. При процеса на делене наречен "мейоза" клетките се репликират с непълен брой хромозоми. С други думи, при този процес се създават клетки само с половината генетичен материал на индивида - 23 хромозоми. Тези клетки се наричат "гамети". Всеки пол притежава един-единствен вид такива клетки. При мъжете това са сперматозоидите, а при жените - яйцеклетките. Когато тези две клетки се обединят, всяка от тях, носеща половината генетичен материал на индивида, те се допълват и създават цял човешки генетичен материал от 46 хромозоми. Образуваната клетка от две гамети се нарича "зигота" - клетката, която сме били всички ние.

ДНК

Генетичният, съдържащ се в ДНК спиралата, представлява различните взаимовръзки между четири нуклеотида. Всеки един нуклеотид представлява молекула на азотна база. Тези нуклеотиди са Гуанин, Аденин, Тимин, Цитозин познати като "А, Ц, Г и Т" буквите. ДНК е изградена от две нишки с израстъчета, които представляват самите нуклеотиди. Двете нишки се свързват посредством нуклеоитидите си, като има определени правила, чрез които връзката се осъществява - гуанинът (G) винаги се свързва с цитозина (C), а аденинът (A) винаги се свързва с тимина (T).

Последователността на нуклеотидите дават инструкциите за създаването на всяка една част от тялото ви, както и за всички функции на клетките ви. Различните комбинации в определени части на ДНК, определят и вашите външни характеристики - ръст, цвят на очите, цвят на косата, цвят на кожата и др., както и предпоставките ви към определени заболявания. Казано накратко - тази последователност създава вас.

CRISPR

Някои бактерии успяват да се справят с вирусните натрапници. Тези бактерии, които оцелеят след вирусна инфекция, запазват част от генетичната последователност на вируса в своето ДНК. Така бактериалната ДНК съдържа архив с генетични последователности на вирусите, с които е била в контакт. Този архив се нарича CRISPR. Когато бактерията бъде нападната отново от вирус, тя използва този архив за да създаде РНК молекула, която носи генетичната последователност на вируса, който е влязъл в бактерията. РНК молекулата се предава на протеин наречен cas9 и служи като образец. Cas9 използва РНК молекулата, носеща генетичната последователност и я сравнява с тази на вирусния натрапник. Ако генетичната последователност съвпада с тази на вируса, протеинът отрязва генетичната последователност от вирусната РНК и така бактерията се справя с негативните ефекти от нея. Учените откриват, че за cas9 няма значение каква генетична последователност ще съдържа РНК молекулата, която използва като образец. Следователно е възможно инжектирането на РНК молекула, носеща генетичната последователност, отговаряща за някое генетично заболяване, заедно с протеина cas9. По този начин cas9 търси съвпадение на тази генетична последователност в ДНК-то на клетките. Ако успее да открие 100% съвпадение, протеинът отрязва тази част от генетичният материал на клетката. Когато клетката загуби част от генетичния си материал, тя търси начин да го възстанови. Ако в клетката присъства и ДНК, съдържаща правилната последователност на гените, която не носи генетичното заболяване, тя ще използва тази ДНК молекула, за да възстанови липсващата си част. Резултатът е елиминиране на генетичното заболяване. Това се превръща и в един от най-големите пробиви в сферата на биологията. За да промените каквато пожелаете последователност в човешкия геном, са ви необходими протеинът cas9, молекула РНК, носеща генетичната последователност, която искате да бъде заменена, и част от ДНК молекула, която съдържа генетичната последователност, с която искате да се замени отрязаната. По този начин е възможно промяна на целия човешки геном, а някои потенциални резултати от това откритие могат да бъдат създаването на съвършени атлети, премахване на генетични заболявания, лекуване на вече налични такива, лекуване на рак, спин и други болести, забавяне на стареенето или неговото елиминиране.

Автор: Васил Стоянов