ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, хранящая и передающая наследственную информацию организма. Открытие ДНК — это серия научных шагов, которые привели к пониманию того, что дезоксирибонуклеиновая кислота является носителем наследственной информации и имеет структуру двойной спирали.
Исторические вехи
1953 — Уотсон и Крик (с опорой на рентгенограммы Розалинд Франклин и Мориса Уилкинса)
Установили модель двойной спирали ДНК, за что получили Нобелевскую премию в 1962 году (Франклин к тому времени уже умерла и премию не получила).
1869 — Фридрих Мишер
Впервые выделил вещество из ядер клеток, которое он назвал нуклеин. Позже стало известно, что это ДНК.
1928 — Опыт Гриффита
Показал, что в бактериях есть «трансформирующий фактор», способный передавать наследственные свойства.
1944 — Эйвери, Мак-Леод и Мак-Карти
Доказали, что этим «фактором» является именно ДНК, а не белки.
1952 — Эксперимент Херши и Чейза
Окончательно подтвердил, что ДНК — носитель генетической информации.
С научной точки зрения ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в двойную спираль. Её структурные единицы — нуклеотиды, содержащие сахар (дезоксирибозу), фосфатную группу и одно из четырёх азотистых оснований: аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C). Последовательность этих оснований кодирует генетическую информацию, определяющую строение и функции клеток. ДНК находится в ядре клеток (у эукариот) и частично в митохондриях или хлоропластах. При делении клетки ДНК реплицируется — копируется для передачи потомкам.
Изучение ДНК
Очень большой вклад в изучение ДНК внесла Элизабет Хелен Блэкберн — австралийско-американский молекулярный биолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине (2009), известная своими открытиями в области ДНК и теломеров.
За исследования и вклад в понимание теломер и фермента теломеразы Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2009 году. Значительные исследования стали революционным катализатором в области молекулярной биологии.
Например, было показано, что добавление теломеразы к клеткам, не обладающим этим ферментом, позволяет обойти предел клеточного старения в этих клетках, тем самым связывая этот фермент с замедлением клеточного старения.
Было показано, что добавление теломеразы и присутствие фермента в раковых клетках обеспечивают механизм иммунитета для пролиферирующей клетки, связывая активность трансферазы с повышенным клеточным ростом и сниженной чувствительностью к клеточной сигнализации. Также считается, что теломеры играют важную роль в некоторых типах рака, включая рак поджелудочной железы, костей, предстательной железы, мочевого пузыря, легких, почек, а также головы и шеи.
Важность открытия этого фермента побудила ее продолжить исследования в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Где она изучает влияние теломер и активности теломеразы на старение клеток.
Исследования показали, что длина теломеров связана со старением клеток, устойчивостью к стрессу и риском заболеваний.
Теломеры — это защитные концевые участки хромосом, состоящие из повторяющихся последовательностей ДНК.
При каждом делении клетки теломеры укорачиваются. Потому что ферменты ДНК-полимеразы не способны полностью копировать концы хромосом. Они защищают генетический материал от повреждений при делении клеток.
Теломеры и старение
Укорачивание теломер — биологический маркер клеточного возраста. Когда теломеры становятся критически короткими, клетка перестаёт делиться (входит в состояние сенесценции) или погибает. Это влияет на регенерацию тканей, работу иммунной системы, восстановление органов.
Люди с более длинными теломерами в среднем имеют:
— лучшее здоровье в пожилом возрасте;
— ниже риск возрастных болезней.
Теломеры и стресс
Хронический психологический или физический стресс повышает уровень кортизола и оксидативного стресса в клетках. Эти процессы ускоряют повреждение и укорачивание теломер.
Исследования Элизабет Блэкберн и Элизабет Эпел (2004) показали, что у женщин, длительно ухаживающих за тяжело больными детьми высокий уровень стресса. Теломеры у них были короче на 9–17 лет биологического возраста, чем у контрольной группы. Стресс также снижает активность теломеразы — фермента, восстанавливающего теломеры.
Блэкберн вместе с коллегой Кэрол Грейдер открыла фермент теломеразу (1984). Этот фермент достраивает теломеры, компенсируя их укорочение. Также она объяснила один из ключевых механизмов старения и деления клеток. Затем создала основу для медицинских исследований в области онкологии, геронтологии и регенеративной медицины.
Длина теломер отражает не только биологическое старение, но и накопленное воздействие стрессовых факторов.
В настоящее время Элизабет Блэкберн работает в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. И исследует теломеры и теломеразу во многих организмах, от дрожжей до клеток человека.
Лаборатория занимается изучением сохранения теломер и их влияния на старение клеток. Многие хронические заболевания связаны с нарушением сохранения теломер. Это влияет на деление клеток, их цикличность и рост. Находясь на переднем крае исследований теломер, лаборатория Блэкберна в настоящее время изучает влияние ограниченного сохранения теломер в клетках посредством изменения фермента теломеразы.
Поддержка психического здоровья, снижение хронического стресса, полноценный сон и сбалансированное питание могут замедлить укорачивание теломер и, следовательно, продлить здоровье клеток.
