Մոլեկուլային գենետիկա

Մոլեկուլային գենետիկա, մոլեկուլային կենսաբանության և գենետիկայի բաժին, ուսումնասիրում է օրգանիզմի ժառանգականության և փոփոխականության նյութական հիմքերը, ինչպես նաև գենետիկական ինֆորմացիայի պահպանման, փոխանցման, փոփոխման և իրականացման մոլեկուլային մեխանիզմները։ Մոլեկուլային գենետիկան իր հայտնագործություններով նշանակալի ազդեցություն ունեցավ կենսաբանական բոլոր գիտությունների վրա։ Այն արագացրեց կենսաքիմիայի, կենսաֆիզիկայի, բջջաբանության, մանրէաբանության առաջընթացը, նրա հիմքի վրա աճեց ու ձևավորվեց մոլեկուլային կենսաբանությունը։ Մոլեկուլային գենետիկայի նվաճումները լայնորեն օգտագործվում են ընդհանուր կենսաբանության, գյուղատնտեսության և բժշկագիտության մեջ։ Հայաստանում մոլեկուլային գենետիկայով զբաղվում են գենետիկայի ՀԳՀԻ-ի Երևանի մասնաճյուղում, Երևանի համալսարանի գենետիկայի և բջջաբանության ամբիոնում, Գիտությունների ակադեմիայի փորձառական կենսաբանության ինստիտուտում։

Մոլեկուլային կենսաբանություն

Մոլեկուլային գենետիկան՝ որպես ինքնուրույն ուղղություն և դրա ուսումնասիրության հիմնական օբյեկտներ

Որպես ինքնուրույն ուղղություն առանձնացվել է 20-րդ դարի 40—50ական թվականներին, երբ կենսաբանության մեջ ֆիզիկական և քիմիական նորագույն մեթոդների (ռենտգենակառուցվածքային վերլուծություն, քրոմատոգրաֆիա, էլեկտրոնային միկրոսկոպիա, էլեկտրաֆորեզ, ռադիոակտիվ իզոտոպներ են) կիրառումը հնարավոր դարձրեց ավելի խորը և ճշգրիտ ուսումնասիրել բջջի և նրա առանձին բաղադրամասերի ֆունկցիան ու կառուցվածքը։ Պարզ կառուցվածքի և կարճ ժամանակամիջոցում մեծ սերունդ տալու շնորհիվ պրոկարիոտները, բազմաթիվ բակտերիաներ և միկրոօրգանիզմներ, վիրուսներ դարձան Մոլեկուլային գենետիկայի ոաումնասիրության հիմնական օբյեկտները։

ԴՆԹ-ի կառուցվածք և գեն

1953-ին ամերիկացի Ջ․ Ուոթսոնը և անգլիացի Ֆ․ Քրիքը առաջարկեցին ԴՆԹ-ի կառուցվածքի մոդելը, ըստ որի ԴՆԹ-ի մոլեկուլը բաղկացած է ոչ պարբերական, բայց որոշակի հերթականությամբ դասավորված նուկլեոտիդներից և կոմպլեմենտարության սկզբունքով իրար միացած 2 բազմանուկլեոտիդային թելիկների պարույր է։ Ավելի ուշ պարզվեց, որ նույնատիպ կառուցվածք ունեն տարբեր ՌՆԹ-ների մոլեկուլները, որոնք սակայն բաղկացած են բազմանուկլեոտիդային մեկ թելիկից։ Ի հակադրություն դասական պատկերացումների, ըստ որոնց, գենը ժառանգականության ընդհատ և անբաժանելի միավոր էր, 1950—60ին պարզվեց գենի բաժանելիությունը։ Գենը բաղկացած է տասնյակ կամ հարյուրավոր մասերից, որոնք կարող են առանձին մուտացվել կամ վերամիավորվել։ Գենի բաժանելիության սահմանը նուկլեոտիդների զույգն է (մեկ թելիկավոր ՌՆԹ պարունակող վիրուսների համար՝ մեկ նուկլեոտիդը)։ Գենի բնույթի և կառուցվածքի մասին տվյալները հնարավոր դարձրին գենի անջատումը (Ջ․ Բեքվիր, 1969) և քիմիական սինթեզը (Հ․ Քորանա, 1968)։ ԴՆԹ-ի կառուցվածքի բացահայտումից հետո հնարավորություն ստեղծվեց փորձնական ճանապարհով հետազոտել գենետիկական ինֆորմացիայի բջջից բջիջ և սերնդից սերունդ հաղորդման հիմքում ընկած պրոցեսի՝ ԴՆԹ-ի կենսասինթեզի՝ ռեպլիկացիայի մեխանիզմը։ Պարզվեց, որ ԴՆԹ-ի կենսասինթեզի համար անհրաժեշտ է ունենալ ԴՆԹ-ի պատրաստի մոլեկուլ, որի հիմքի (մատրիցայի) վրա սինթեզվում է նորը։ Ընդ որում ԴՆԹ-ի պարույրը ռեպլիկացիայի ընթացքում ապագալարվում է, և յուրաքանչյուր բազմանուկլեոտիդային թելիկի վրա սինթեզվում է նոր, նրան կոմպլեմենտար թելիկ։ Այսինքն, դուստր ԴՆԹ մոլեկուլները կազմված են մեկ հին և մեկ նոր թելիկներից։

ԴՆԹ

Մոլեկուլային գենետիկայի նվաճումներ

1.Մոլեկուլային գենետիկայի կարևորագույն նվաճումներից է գենի քիմիական բնույթի պարզաբանումը (1953) և օրգանիզմում ժառանգական ինֆորմացիայի գրանցման եղանակների ու իրականացման վերծանումը։ 1944-ին ամերիկացի գիտնական Օ․ էյվերին, աշխատակիցների հետ ցույց տվեց, որ պնևմոկոկերի մեկ շտամի ժառանգական հատկանիշները կարող են փոխանցվել մյուսին՝ վերջինիս մեջ առաջին շտամից անջատված ԴՆԹ ներարկելով։ ԴՆԹով նըման գենետիկական տրանսֆորմացիա իրականացվեց նաև այլ բակտերիաների համար։ Այսպիսով, պարզվեց, որ զեները կազմված են ԴՆԹ-ից։ Փորձեր են կատարվել նաև ԴՆԹ-ի փոխարեն ՌՆԹ պարունակող վիրուսների վրա և պարզվել է, որ վերջիններիս զեները կազմված են ՌՆԹ-ից։ հետագայում պարզվեց, որ ԴՆԹ պարունակող վիրուսների բազմացման համար անհրաժեշտ և բավարար է ԴՆԹ-ի ներարկումը տվյալ բջջի մեջ, իսկ վիրուսի մյուս բաղադրամասերը՝ սպիտակուցները, լիպիդները զուրկ են ինֆորմացիոն հատկությունից և գենետիկորեն իներտ են։

2.Մոլեկուլային գենետիկայի խոշոր նվաճումներից էր գենետիկական ինֆորմացիայի իրականացման խնդրի պարզաբանումը; Այսինքն, ինչպես են գեները՝ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատվածները, որոշում տվյալ օրգանիզմի հատուկ սպիտակուցի կառուցվածքն ու հատկությունները։ ԴՆԹ-ի և սպիտակուցի մոլեկուլների համեմատությունը բերեց գենետիկական կոդի գաղափարին, ըստ որի ԴՆԹ-ի մոլեկուլում 4 տեսակի նուկլեոտիդների հաջորդականությունն է որոշում սպիտակուցի մոլեկուլում 20 տեսակի ամինաթթունների հաջորդականությունը։ ԴՆԹ-ի շղթայում յուրաքանչյուր եռյակ (տրիպլետ, կոդոն) որոշում է (կոդավորում) որոշակի ամինաթթու։ հաստատվեց նաև գենետիկական կոդի ունիվերսալությունը կենդանի օրգանիզմների համար։ Գենետիկական կոդի վերծանումը թույլ տվեց պարզել նաև սպիտակուցի սինթեզի մեխանիզմը։ Պարզվեց, որ գենետիկական ինֆորմացիայի հաղորդումը կատարվում է ԴՆԹ—ՌՆԹ սպիտակուց սխեմայով։

3.Մոլեկուլային գենետիկայի կարևոր նվաճումներից է նաև սպիտակուցների սինթեզի կարգավորման մեխանիզմի բացահայտումը։ Պարզված է, որ բակտերիայի բջջում սպիտակուցի կենսասինթեզը գտնվում է գենետիկական կրկնակի հսկման տակ։ Մի կողմից յուրաքանչյուր սպիտակուցի մոլեկուլային կառուցվածքը որոշվում է համապատասխան կառուցվածքային գենով, մյուս կողմից, այդ սպիտակուցի սինթեզի հնարավորությունը որոշվում է առանձին կարգավորիչ գենով, որը կոդավորում է հատուկ կարգավորիչ սպիտակուցը՝ օպերատորը։ Վերջինս միանում է ԴՆԹ-ի առանձին հատվածների հետ և «միացնում» կամ «անջատում» է կառուցվածքային գեների ֆունկցիաները։ Մի քանի կառուցվածքային գեների և իրենց օպերատորի համակարգը կոչվում է օպերոն։ Բազմաթիվ օրգանիզմներում սպիտակուցի սինթեզի կարգավորման մեխանիզմը բարդ է և բավարար չափով ուսումնասիրված չէ։

Մոլեկուլային գենետիկայի նվաճումների շնորհիվ զարգանում է, այսպես կոչված, գենային ինժեներիան, որն այժմ հնարավորություններ ունի միկրոօրգանիզմների մեջ մտցնել այլ օրգանիզմների (նաև մարդու) գեներ և այդ եղանակով նրանց ստիպել սինթեզել իրենց ոչ յուրահատուկ միացություններ։ Ներկայումս հայտնի են ինսուլին և ինտերֆերոն սինթեզող բակտերիալ շտամներ։ Մոլեկուլային գենետիկայի տվյալներն օգտագործվում են նաև մուտացիոն պրոցեսների, օրգանիզմների զարգացման կառավարման համար, ինչպես նաև լեյկոզների, չարորակ նորագոյացությունների, վիրուսային վարակների կանխարգելման և բուժման համար օգտագործվող դեղորայքի պատրաստման մեջ։ Մոլեկուլային գենետիկայի զարգացմամբ հնարավոր եղավ նաև խոր կերպով հասկանալ մուտացիաների, ռեպարացիայի (ԴՆԹ-ի մոլեկուլի վնասված՝ մուտացված մասերի վերականգնում) էությունը։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 7, էջ 684)։