Напрямки молекулярної біології. Прикладна молекулярна біологія

Молекулярний біолог– це дослідник у галузі медицини, місія якого полягає, не мало не мало, у порятунку людства від небезпечних хвороб. Серед таких захворювань, наприклад, онкологія, яка на сьогоднішній день стала однією з головних причин смертності у світі, лише трохи поступаючись лідеру – серцево-судинним захворюванням. Нові методи ранньої діагностики онкології, запобігання та лікування раку – пріоритетне завдання сучасної медицини. Молекулярні біологи в галузі онкології розробляють антитіла та рекомбінантні (генетично спроектовані) білки для ранньої діагностики або цільової доставки ліків в організмі. Фахівці цієї сфери використовують найсучасніші досягнення науки та техніки для створення нових організмів та органічних речовин з метою їх подальшого використання у дослідній та клінічній діяльності. Серед методів, які використовують молекулярні біологи – клонування, трансфекція, інфекція, полімеразна ланцюгова реакція, секвенування генів та інші. Одна з фірм, зацікавлених у молекулярних біологах у Росії, – ТОВ «ПраймБіоМед». Організація займається виробництвом антитіл-реагентів для діагностики онкологічних захворювань. Такі антитіла в основному використовуються для визначення типу пухлини, її походження та злоякісності, тобто здатності до метастазування (поширення на інші частини організму). Антитіла наносяться на тонкі зрізи досліджуваної тканини, після чого зв'язуються у клітинах із певними білками – маркерами, які присутні у пухлинних клітинах, але відсутні у здорових та навпаки. Залежно від результатів дослідження, призначається подальше лікування. Серед клієнтів «ПраймБіоМед» – не лише медичні, а й наукові установи, оскільки антитіла можуть використовуватись і для вирішення дослідницьких завдань. У таких випадках можуть бути вироблені унікальні антитіла, здатні зв'язуватися з білком, що досліджується, під конкретне завдання за спеціальним замовленням. Ще один перспективний напрямок досліджень компанії - таргетна (цільова) доставка ліків в організмі. У разі антитіла використовуються як транспорт: з допомогою ліки доставляються безпосередньо до ураженим органам. Таким чином, лікування стає більш ефективним і має менше негативних наслідків для організму, ніж, наприклад, хіміотерапія, яка вражає як ракові, а й інші клітини. Професія молекулярного біолога протягом найближчих десятиліть, як очікується, буде все більш затребуваною: зі збільшенням середньої тривалості життя людини кількість онкологічних захворювань збільшуватиметься. Рання діагностика пухлин та інноваційні способи лікування за допомогою отриманих молекулярними біологами речовин дозволять врятувати життя та покращити його якість величезній кількості людей.

Основна професійна освіта

Відсотки відображають розподіл спеціалістів із певним рівнем освіти на ринку праці. Ключові спеціалізації для освоєння професії відзначені зеленим кольором.

Здібності та навички

• Вміння поводитися з реактивами, зразками, треба вміти працювати з малими об'єктами
• Навички роботи з великим обсягом інформації
• Вміння працювати руками

Інтереси та переваги

• Прагнення дізнаватися про щось нове
• Вміння працювати в режимі багатозадачності (необхідно стежити за перебігом декількох реакцій та процесів одночасно)
• Акуратність
• Відповідальність (не можна залишити роботу «на завтра», тому що зразки можуть бути зіпсовані)
• Скрупульозність
• Працьовитість
• Уважність (необхідно стежити за мікропроцесами)

Професія в особах

Марія Шитова

Дар'я Самойлова

Олексій Грачов

Молекулярна біологія в області онкології - перспективне професійне спрямування, оскільки боротьба з раком - одне з пріоритетних завдань світової медицини.

Фахівці-молекулярні біологи затребувані у багатьох галузях у зв'язку з активним розвитком науки, біотехнологічних та інноваційних підприємств. На сьогоднішній день спостерігається невеликий дефіцит фахівців, які мають певний досвід роботи зі спеціальності. Досі досить велика кількість випускників продовжує їхати працювати за кордон. Зараз починають з'являтися можливості ефективної роботи в галузі біотехнології в Росії, але про масовість говорити поки що рано.

Робота молекулярного біолога передбачає активну участь спеціаліста в наукової діяльності, що стає механізмом кар'єрного просування Розвиток у професії можливий через участь у наукових проектах та конференціях, можливий через освоєння суміжних областей знання. Також надалі можливий академічний розвиток від молодшого наукового співробітника через старшого наукового співробітника до провідного наукового співробітника, професора та/або завідувача відділу/лабораторії.

Успіхи у вивченні нуклеїнових кислоті біосинтезу білка призвели до створення низки методів, що мають велике прикладне значення в медицині, сільському господарстві та інших галузях.

Після того, як був вивчений генетичний код та основні принципи зберігання та реалізації спадкової інформації, розвиток молекулярної біології зайшов у глухий кут, тому що не було методів, які дозволяли маніпулювати генами, виділяти та змінювати їх. Поява цих методів сталася у 1970-1980-х роках. Це дало потужний поштовх до розвитку цієї галузі науки, яка і сьогодні переживає період розквіту. Насамперед, ці методи стосуються отримання індивідуальних генів та їх введення у клітини інших організмів (молекулярне клонування та трансгенез, ПЛР), а також методів визначення послідовності нуклеотидів у генах (секвенування ДНК та РНК). Нижче ці методи будуть розглянуті докладніше. Ми почнемо з найпростішого базового методу - електрофорезу і потім перейдемо до складніших методів.

ЕЛЕКТРОФОРЕЗ ДНК

Це базовий спосіб роботи з ДНК, що застосовується разом з практичними всіма іншими способами для виділення необхідних молекул та аналізу результатів. Для поділу фрагментів ДНК за довжиною застосовується метод електрофорезу гелі. ДНК - кислота, її молекули містять залишки фосфорної кислоти, які відщеплюють протон і набувають негативного заряду (рис. 1).

Тому в електричному полімолекули ДНК рухаються до анода – позитивно зарядженого електрода. Це відбувається в розчині електролітів, що містить іони-носія заряду, завдяки чому цей розчин проводить струм. Щоб розділити фрагменти, застосовується щільний гель із полімерів (агарози або поліакриламіду). Молекули ДНК "заплутуються" в ньому тим більше, чим вони довші, і тому найдовші молекули рухаються найповільніше, а найкоротші - найшвидше (рис. 2). Завчасно або після електрофорезу гель обробляють барвниками, що зв'язуються з ДНК і флуоресціюють в ультрафіолетовому світлі, і отримують картину смуг у гелі (див. рис. 3). Для визначення довжин фрагментів ДНК зразка їх порівнюють із маркером - набором фрагментів стандартних довжин, Нанесені паралельно на той же гель (рис. 4).

Найважливішими інструментами для роботи з ДНК є ферменти, що здійснюють перетворення ДНК у живих клітинах: ДНК-полімерази, ДНК-лігази та рестрикційні ендонуклеази, або рестриктази. ДНК-полімеразиздійснюють матричний синтез ДНК, що дозволяє розмножувати ДНК у пробірці. ДНК-лігазизшивають між собою молекули ДНК або заліковують проломи них. Рестрикційні ендонуклеази, або рестриктази, розрізають молекули ДНК за певними послідовностями, що дозволяє вирізати окремі фрагменти із загальної маси ДНК. Ці фрагменти можуть у деяких випадках містити окремі гени.

рестриктази

Послідовності, відомі рестриктазами, симетричні, і розриви можуть відбуватися в середині такої послідовності або зі зрушенням (в тому самому місці в обох нитках ДНК). Схема дії різних типів рестриктазу показана на рис. 1. У першому випадку виходять так звані «тупі» кінці, тоді як у другому – «липкі» кінці. У разі «липких» кінців дна ланцюг виявляється коротшим за інший, утворюється однониткова ділянка з симетричною послідовністю, однаковою на обох кінцях, що утворюються.

Кінцеві послідовності будуть однаковими при розщепленні будь-якої ДНК даною рестриктазою і можуть знову з'єднуватися, оскільки мають комплементарні послідовності. Їх можна пошити за допомогою ДНК-лігази та отримати єдину молекулу. Таким чином вдається об'єднати фрагменти двох різних ДНК та отримати так звані рекомбінантні ДНК. Цей підхід використовується у методі молекулярного клонування, що дозволяє отримати індивідуальні гени та ввести їх у клітини, які можуть утворювати закодований у гені білок.

молекулярне клонування

У молекулярному клонуванні використовується дві молекули ДНК - вставка, що містить цікавий ген, і вектор- ДНК, що у ролі носія. Вставку "вшивають" у вектор за допомогою ферментів, отримуючи нову, рекомбінантну молекулу ДНК, потім цю молекулу впроваджують у клітини-господарі, і ці клітини утворюють колонії на живильному середовищі. Колонія - це потомство однієї клітини, тобто клон, всі клітини колонії генетично ідентичні і містять одну й ту саму рекомбінантну ДНК. Звідси термін "молекулярне клонування", тобто отримання клону клітин, що містять фрагмент ДНК, що цікавить нас. Після того, як колонії, що містять вставку, що цікавить нас, отримані, можна різними методами характеризувати цю вставку, наприклад, визначити її точну послідовність. Також клітини можуть виробляти білок, що кодується вставкою, якщо вона містить функціональний ген.

При впровадженні рекомбінантної молекули клітини відбувається генетична трансформація цих клітин. Трансформація- процес поглинання клітиною організму вільної молекули ДНК із середовища проживання і вбудовування їх у геном, що зумовлює появі в такої клітини нових для неї успадкованих ознак, притаманних організму-донора ДНК. Наприклад, якщо вбудована молекула містить ген стійкості до антибіотика ампіциліну, то трансформовані бактерії зростатимуть у його присутності. До трансформації ампіцилін викликав їхню загибель, тобто у трансформованих клітин виникає нова ознака.

ВЕКТОРИ

Вектор повинен мати ряд властивостей:

По-перше, це відносно невелика молекула ДНК, щоб їй легко маніпулювати.

По-друге, щоб ДНК зберігалася і розмножувалася в клітині, вона повинна містити певну послідовність, що забезпечує її реплікацію (точку початку реплікації, або origin of replication).

По-третє, вона має утримувати ген-маркерякий забезпечує відбір тільки тих клітин, в які потрапив вектор. Зазвичай це гени стійкості до антибіотиків - тоді в присутності антибіотика всі клітини, що не містять вектора, гинуть.

Клонування генів найчастіше проводять у клітинах бактерій, тому що вони прості у культивуванні та швидко розмножуються. У клітині бактерії зазвичай є одна велика кільцева молекула ДНК, довжиною кілька мільйонів пар нуклеотидів, що містить всі необхідні бактерії гени - бактеріальна хромосома. Крім неї в деяких бактеріях існують невеликі (кілька тисяч пар нуклеотидів) кільцеві ДНК, які називаються плазмідами(Рис. 2). Вони, як і основна ДНК, містять послідовність нуклеотидів, що забезпечує здатність ДНК реплікуватися (ori). Плазміди реплікуються незалежно від основної (хромосомної) ДНК, тому присутні у клітині у великій кількості копій. Багато з таких плазмід несуть гени стійкості до антибіотиків, що дозволяє відрізнити клітини, що несуть плазміду, від звичайних клітин. Найчастіше використовуються плазміди, що несуть два гени, що забезпечують стійкість до двох антибіотиків, наприклад, до тетрацикліну та апміциліну. Існують прості методи виділення таких плазмідних ДНК, вільних від ДНК основної хромосоми бактерії.

ЗНАЧЕННЯ ТРАНСГЕНЕЗУ

Перенесення генів з одного організму в інший називають трансгенезом, а такі модифіковані організми - трансгенними. Методом перенесення генів у клітини мікроорганізмів отримують рекомбінантні білкові препарати для потреб медицини, зокрема, людські білки, що не викликають імунного відторгнення - інтерферони, інсулін та інші білкові гормони, клітинні фактори росту, а також білки для виробництва вакцин. У більш складних випадках, коли модифікація білків проходить правильно тільки в клітинах еукаріотів, застосовують трансгенні клітинні культури або трансгенних тварин, зокрема, худобу (насамперед кіз), яку виділяє необхідні білки в молоко, або ж білки виділяють з їхньої крові. Так отримують антитіла, фактори зсідання крові та інші білки. Методом трансгенезу одержують культурні рослини, стійкі до гербіцидів і шкідників і які мають інші корисними властивостями. За допомогою трансгенних мікроорганізмів очищають стічні води та борються із забрудненнями, існують навіть трансгенні мікроби, які можуть розщеплювати нафту. Крім цього, трансгенні технології незамінні в наукових дослідженнях- розвиток біології сьогодні немислимо без рутинного застосування методів модифікації та перенесення генів.

технологія молекулярного клонування

вставки

Для отримання індивідуального гена з якогось організму з нього виділяють усю хромосомну ДНК і розщеплюють її однією або двома рестриктазами. Ферменти підбирають так, щоб вони не розрізали цікавий для нас ген, а робили розриви по його краях, а в плазмідної ДНК робили 1 розрив в одному з генів стійкості, наприклад, до ампіциліну.

Процес молекулярного клонування включає такі етапи:

Розрізання та зшивання - конструювання із вставки та вектора єдиної рекомбінантної молекули.

Трансформація – впровадження рекомбінантної молекули у клітини.

Селекція – відбір клітин, які отримали вектор із вставкою.

розрізання та зшивання

Плазмідну ДНК обробляють тими самими рестриктазами, і вона перетворюється на лінійну молекулу, якщо підібрано таку рестриктазу, яка вносить у плазміду 1 розрив. У результаті кінцях всіх утворюються фрагментів ДНК виявляються одні й самі липкі кінці. При зниженні температури ці кінці з'єднуються випадковим чином і їх зшивають ДНК-лігазою (див. рис. 3).

Отримують суміш кільцевих ДНК різного складу: деякі з них будуть містити певну послідовність ДНК хромосомної ДНК, сполучену з бактеріальною ДНК, інші - разом з'єднані фрагменти хромосомної ДНК, а треті - відновлену кільцеву плазміду або її димер (Рис. 4).

трансформація

Далі цією сумішшю проводять генетичну трансформаціюбактерій, які не містять плазміди. Трансформація- процес поглинання клітиною організму вільної молекули ДНК із середовища проживання і вбудовування їх у геном, що зумовлює появі в такої клітини нових для неї успадкованих ознак, притаманних організму-донора ДНК. У кожну клітину може проникнути та розмножитися там лише одна плазміда. Такі клітини поміщають на тверде живильне середовище, в якому міститься антибіотик тетрациклін. Клітини, які не потрапила плазміда, цьому середовищі зростати ні, а клітини, що несуть плазміду, утворюють колонії, у кожному з яких перебувають нащадки лише однієї клітини, тобто. всі клітини в колонії несуть ту саму плазміду (див. рис. 5).

Селекція

Далі стоїть завдання виділити тільки клітини, в які потрапив вектор із вставкою, і відрізнити їх від клітин, що несуть лише вектор без вставки або зовсім не несуть вектора. Цей процес відбору потрібних клітин називається селекцією. Для цього застосовують селективні маркери- зазвичай гени стійкості до антибіотиків у складі вектора, та селективні середовища, що містять антибіотики або інші речовини, що забезпечують селекцію

У аналізованому нами прикладі клітини з колоній, що виросли у присутності ампіциліну, пересівають на два середовища: у першій є ампіцилін, а у другій – тетрациклін. Колонії, що містять лише плазміду, зростуть на обох середовищах, а колонії, в плазмідах яких знаходиться вбудована хромосомна ДНК на середовищі з тетрацикліном не зростуть (рис. 5). Серед них спеціальними методами відбирають ті, які містять цікавий для нас ген, вирощують у достатніх кількостях і виділяють плазмідну ДНК. З неї за допомогою тих же рестриктаз, які використовувалися при отриманні рекомбінантної ДНК, вирізують індивідуальний ген, що цікавить. ДНК цього гена може використовуватися для визначення послідовності нуклеотидів, введення в якийсь організм для отримання нових властивостей або синтезу потрібного білка. Такий метод виділення генів називається молекулярним клонуванням.

ФЛУОРЕСЦЕНТНІ БІЛКИ

Як гени-маркери при дослідженнях еукаріотичних організмів дуже зручно використовувати флуоресцентні білки. Ген першого флуоресцентного білка, зеленого білка, що флуорескує (green fluorescent protein, GFP)був виділений з медузи Aqeuorea victoria і впроваджений у різні модельні організми (див. рис. 6). У 2008 році О. Сімомура, М. Чалфі та Р. Тсьєн отримали Нобелівську премію за відкриття та застосування цього білка.

Потім було виділено гени інших флуоресцентних білків - червоного, синього, жовтого. Ці гени були модифіковані штучно, щоб отримати білки з корисними властивостями. Різноманітність флуоресцентних білків показано на рис. 7 де зображена чашка Петрі з бактеріями, що містять гени різних флуоресцентних білків.

застосування флуоресцентних білків

Ген флуоресцентного білка можна зшивати з геном будь-якого іншого білка, тоді при трансляції утворюватиметься єдиний білок - трансляційно злитий білок, або фьюжн(fusion protein), який флуоресціює. Таким чином можна вивчати, наприклад, локалізацію (розташування) будь-яких білків, що цікавлять, в клітині, їх переміщення. За допомогою експресії флуоресцентних білків тільки у певних типах клітин можна помічати клітини цих типів у багатоклітинному організмі (див. рис. 8 – мозок миші, в якому окремі нейрони мають різні кольори за рахунок певної комбінації генів флуоресцентних білків). Флуоресцентні білки – незамінний інструмент сучасної молекулярної біології.

ПЛР

Ще один метод отримання генів називається полімеразною ланцюговою реакцією (ПЛР). В його основі лежить здатність ДНК-полімераз добудовувати другу нитку ДНК за комплементарною ниткою, як це відбувається в клітинах при реплікації ДНК.

Точки початку реплікації у цьому методі задаються двома невеликими фрагментами ДНК, які називаються затравками,або праймерами. Ці затравки комплементарні кінцям гена, що цікавить, на двох ланцюгах ДНК. Спочатку хромосомну ДНК, з якої треба виділити ген, змішують із затравками і нагрівають до 99 про С. Це призводить до розриву водневих зв'язків та розходження ниток ДНК. Після цього температуру знижують до 50-70 про З (залежно від довжини та послідовності затравок). У цих умовах затравки приєднуються до комплементарних ділянок хромосомної ДНК, утворюючи правильну подвійну спіраль (див. рис. 9). Після цього додають суміш усіх чотирьох нуклеотидів, необхідних для синтезу ДНК, та ДНК-полімеразу. Фермент подовжує затравки, будуючи двоспіральну ДНК місця прикріплення затравок, тобто. від кінців гена, до кінця одноланцюгової хромосомної молекули.

Якщо тепер знову нагріти суміш, то хромосомні та знову синтезовані ланцюги розійдуться. Після охолодження до них знову приєднаються затравки, які беруться у великій надлишку (див. рис. 10).

На знову синтезованих ланцюгах вони приєднаються не до того кінця, з якого починався перший синтез, а до протилежного, так як ланцюги ДНК антипаралельні. Тому у другому циклі синтезу на таких ланцюгах добудується лише послідовність, що відповідає гену (див. рис. 11).

В даному методі застосовується ДНК-полімераза з термофільних бактерій, здатна витримувати кип'ятіння і працююча при температурах 70-80 про С, її не треба додавати щоразу, а достатньо внести на початку досвіду. Повторюючи процедури нагрівання та охолодження в тій же послідовності, ми можемо в кожному циклі подвоювати число послідовностей, обмежених з двох кінців затравки (див. рис. 12).

Після приблизно 25 таких циклів кількість копій гена збільшиться більш ніж мільйон разів. Такі кількості легко можна відокремити від внесеної в пробірку хромосомної ДНК і використовувати для різних цілей.

секвенування ДНК

Ще одним важливим досягненням є розробка методів визначення послідовності нуклеотидів у ДНК. секвенування ДНК(Від англ. Sequence – послідовність). Для цього необхідно отримати чисті з інших ДНК гени одним з описаних методів. Потім ланцюга ДНК розділяють нагріванням і додають до них затравку, мічену радіоактивним фосфором або флуоресцентною міткою. Зверніть увагу, що береться одна затравка, комплементарна одного ланцюга. Потім додається ДНК полімераза та суміш з 4-х нуклеотидів. Така суміш ділиться на 4 частини і до кожної додається один з нуклеотидів, модифікований так, що третій атом дезоксирибози він не містить гідроксильної групи. Якщо такий нуклеотид включиться в синтезований ланцюг ДНК, його подовження зможе продовжуватися, т.к. полімеразі нікуди приєднуватиме наступний нуклеотид. Тому синтез ДНК після включення такого нуклеотиду обривається. Таких нуклеотидів, званих дидезоксинуклеотиди, додається значно менше, ніж звичайних, тому урвище ланцюга відбувається лише зрідка і в кожному ланцюгу в різних місцях. В результаті виходить суміш ланцюгів різної довжини, на кінці кожної з них стоїть той самий нуклеотид. Таким чином довжина ланцюга відповідає номеру нуклеотиду в послідовності, що вивчається, наприклад, якщо у нас був аденіловий дидезоксинуклеотид, а отримані ланцюги мали довжину 2, 7 і 12 нуклеотидів, значить в гені в другій, сьомій і дванадцятій позиції стояв аденін. Отриману суміш ланцюгів легко розділити за розмірами за допомогою електрофорезу, а синтезовані ланцюги виявити за радіоактивністю на рентгенівській плівці (див. рис. 10).

Виходить картина, наведена знизу малюнка, звана радіоавтографом. Рухаючись по ньому знизу вгору і читаючи букву над колонками кожної зони ми отримаємо послідовність нуклеотидів, наведену малюнку праворуч від автографа. Виявилося, що синтез зупиняється не тільки дидезоксинуклеотидами, а й нуклеотидами, у яких у третьому положенні цукру приєднується якась хімічна група, наприклад флюоресцентний барвник. Якщо кожен нуклеотид позначити своїм барвником, то зони, які отримують при розділенні синтезованих ланцюгів, світитимуться різним світлом. Це дозволяє проводити реакцію в одній пробірці одночасно для всіх нуклеотидів і розділяючи отримані ланцюги за довжиною, ідентифікувати кольори за нуклеотидами (див. рис. 11).

Такі методи дозволили визначити послідовності як окремих генів, а й прочитати цілі геноми. В даний час розроблені ще швидші методи визначення послідовностей нуклеотидів у генах. Якщо паровий геном людини був розшифрований великим міжнародним консорціумом з використанням першого наведеного методу за 12 років, другий, з використанням другого, за три роки, то це може бути зроблено за місяць. Це дозволяє передбачати схильність людини до багатьох захворювань та заздалегідь вживати заходів, щоб уникнути їх.

інтерв'ю

Пирогов Сергій – учасник підготовки до олімпіади з біології, організованої "Слон та Жираф" у 2012 р.
Переможець міжнародної універсіади з біології
Переможець олімпіади «Ломоносів»
Призер регіонального етапу Всеросійської олімпіади з біології у 2012 р.
Вчиться у МДУ ім. М.В. Ломоносова на біологічному факультеті: кафедра молекулярної біології, на 6 курсі. Працює у лабораторії біохімічної генетики тварин Інституту молекулярної генетики.

- Сергію, якщо у читачів з'являться питання, вони зможуть їх тобі поставити?

Так, звичайно, поставити запитання можна хоч одразу. У цьому полі:

Натисніть, щоб поставити запитання.

- Давай почнемо зі школи, у тебе начебто була не суперкрута школа?

Я навчався у дуже слабкій московській школі школі, такій середньостатистичній ЗОШ. Щоправда, у нас була чудова вчителька з МХК, завдяки якій у нас з'явилася багато в чому номінальна "мистецтвознавча" спрямованість школи.

– А що з біологією?

Біологію у нас вела дуже літня, глуховата і різка жінка, яку всі побоювалися. Але любові до її предмета не додавало. Я ж з дитинства був захоплений біологією, років із п'яти. Читав все сам, переважно захоплюючись анатомією та зоологією. Отже, шкільні предмети існували паралельно моїм власним інтересам. Усі змінили олімпіади.

- Розкажи про це докладніше.

У 7 класі я вперше взяв участь у муніципальному етапі (звичайно, відразу майже з усіх предметів, оскільки був єдиним учнем, якого вчителі мали підстави відправити). І став переможцем із біології. Тоді школа поставилася до цього як до кумедного, але не надто цікавого факту.

- Чи це допомогло тобі в школі?

Пам'ятаю, що незважаючи на блискуче навчання, нерідко отримував від викладача з біології четвірки з причіпками на кшталт "на малюнку розрізу цибулини коріння повинні бути розфарбовані коричневим, а не сірим". Все це було досить обтяжливим. У 8 класі я знову пішов на олімпіади, але з біології мене чомусь не відправили. Натомість став переможцем та призером з інших предметів.

- А що було у 9 класі?

У 9-му класі не пішов на окружний етап. Там я несподівано набрав слабенький, прикордонний бал, який виявився все ж таки прохідним на регіональний етап. Це мало потужну мотивуючу силу - усвідомлення того, як багато виявляється я не знаю і як багато людей, які все це знають (скільки таких людей у ​​масштабі країни я навіть боявся уявити).

– Розкажи, як ти готувався.

Інтенсивні самостійні заняття, набіги на книгарні і тисячі торішніх завдань мали цілющий ефект. Я набрав один із найбільших балів за теорію (що теж було для мене зовсім раптовим), пройшов на практичний етап... і провалив його. Тоді я ще взагалі не знав про існування практичного етапу.

- Чи вплинула на тебе олімпіада?

Моє життя радикально змінилося. Я дізнався про багато інших олімпіад, особливо полюбив ШПВ. Згодом на багатьох показував хороші результати, деякі вигравав, завдяки "Ломоносівській" отримав право на вступ без іспитів. Паралельно я вигравав олімпіади з історії мистецтва, до якого нерівно дихаю й досі. Щоправда, з практичними турами так і не дружив. В 11 класі я таки дійшов до заключного етапу, але Фортуна не була прихильною і цього разу я не встиг заповнити матрицю відповідей теоретичного етапу. Зате це дозволило вже не турбуватися за практичний.

- Ти з багатьма олімпіадниками познайомився?

Так, досі вважаю, що мені дуже пощастило з колом моїх однолітків, які значно розширили мій кругозір. Іншою стороною олімпіад, крім мотивації гармонійніше вивчати предмет, було знайомство з олімпіадниками. Вже в той час я помітив, що горизонтальне спілкування часом корисніше від вертикального - з викладачами на зборах.

- Як ти вступав до ВНЗ? Вибирав факультет?

Після 11 класу я вступив до біофаку МДУ. Саме більшість моїх тодішніх товаришів зробили вибір на користь ФББ, але тут першочергову роль відіграло те, що я не став призером всеросу. Значить мені треба було б складати внутрішній іспит з математики, а в ній, особливо шкільній – вищу я полюбив значно більше – я був не сильний. І в школі була дуже слабка підготовка (нас навіть не готували до майже всієї частини). У плані інтересів вже тоді я здогадувався, що, зрештою, можна дійти будь-якого результату, незалежно від місця надходження. Згодом з'ясувалося, що багато є і випускників ФББ, які переходили в переважно мокру біологію, і навпаки - багато хороших біоінформатиків починали любителями. Хоча в той момент мені і здавалося, що на біофаку контингент буде не в приклад слабшим за ФББшний. У цьому я, безперечно, помилявся.

А ви знали?

цікаво

А ви знали?

цікаво

У таборі Слон та Жираф є зміни з біохімії та молекулярної біології, де школярі разом із досвідченими викладачі з МДУ ставлять експерименти, а також готуються до олімпіад.

© Інтерв'ю брав Решетов Денис. Фотографії люб'язно надав Пирогов Сергій.

Можна сказати що молекулярна біологіядосліджує прояви життя на неживих структурах чи системах з елементарними ознаками життєдіяльності (якими можуть бути окремі біологічні макромолекули, їх комплекси чи органели), вивчаючи, як ключові процеси, що характеризують живу матерію, реалізуються за допомогою хімічних взаємодій та перетворень.

Виділення молекулярної біології з біохімії в самостійну галузь науки продиктовано тим, що її головним завданням є вивчення структури та властивостей біологічних макромолекул, що беруть участь у різних процесах, з'ясування механізмів їхньої взаємодії. Біохімія ж займається вивченням власне процесів життєдіяльності, закономірностей їхнього протікання в живому організмі та перетворень молекул, що супроводжують ці процеси. У кінцевому рахунку, молекулярна біологія намагається відповісти на питання, навіщо відбувається той чи інший процес, тоді як біохімія відповідає на питання де і як з точки зору хімії відбувається аналізований процес.

Історія

Молекулярна біологія як окремий напрямок біохімії почала формуватися в 30-х роках минулого століття. Саме тоді для поглибленого розуміння феномену життя виникла потреба у цілеспрямованих дослідженнях на молекулярному рівні процесів зберігання та передачі спадкової інформації у живих організмах. Тоді й визначилося завдання молекулярної біології у вивченні структури, властивостей та взаємодії нуклеїнових кислот та білків. Термін «молекулярна біологія» був уперше вжитий англійським ученим Вільямом Астбері в контексті досліджень, що стосувалися з'ясування залежностей між молекулярною структурою та фізичними та біологічними властивостями фібрилярних білків, таких як колаген, фібрин крові або скорочувальні білки м'язів.

На зорі виникнення молекулярної біології РНК вважалася компонентом рослин та грибів, а ДНК розглядалася як типовий компонент тваринних клітин. Першим дослідником, що довело, що ДНК міститься в рослинах, був Андрій Миколайович Білозерський, який виділив у 1935 році ДНК гороху. Це відкриття встановило той факт, що ДНК є універсальною нуклеїновою кислотою, присутньою у клітинах рослин та тварин.

Серйозним досягненням стало встановлення Джорджем Бідлом та Едуардом Татумом прямого причинно-наслідкового зв'язку між генами та білками. У своїх експериментах вони піддавали клітини нейроспори ( Neurosporacrassa) ретгенівського опромінення, що викликало мутації. Отримані результати показали, що це призводило зміну властивостей специфічних ферментів.

У 1940 році Альбер Клод виділив з цитоплазми тварин клітин цитоплазматичні РНК-містять гранули, які були меншими за мітохондрій. Він назвав їх мікросом. Згодом при дослідженні структури та властивостей виділених частинок була встановлена ​​їх основна роль у процесі біосинтезу білка. У 1958 році на першому симпозіумі, присвяченому цим частинкам, було вирішено називати ці частки рибосомами.

Ще одним важливим кроком у розвитку молекулярної біології стали опубліковані в 1944 дані експерименту Освальда Евері, Коліна МакЛауда і Макліна МакКарті, які показали, що причиною трансформації бактерій є ДНК. Це був перший експериментальний доказ ролі ДНК у передачі спадкової інформації, що розвінчало уявлення, що існувало раніше, про білкову природу генів.

На початку 50-х років Фредерік Сенгер показав, що білковий ланцюг є унікальною послідовністю амінокислотних залишків. Наприкінці 50-х років Макс Перуц та Джон Кендрю розшифрували просторову будову перших білків. Вже 2000 року відомі сотні тисяч природних амінокислотних послідовностей і тисячі просторових структур білків.

Приблизно в той же час дослідження Ервіна Чаргаффа дозволили йому сформулювати правила, що описують співвідношення азотистих основ в ДНК (правила говорять, що незалежно від видових відмінностей у ДНК кількість гуаніну дорівнює кількості цитозину, а кількість аденіну і кількості теміна), що допомогло надалі зробити найбільший прорив у молекулярній біології та одне з найбільших відкриттів у біології взагалі.

Ця подія відбулася в 1953 році, коли Джеймс Уотсон і Френсіс Крик, ґрунтуючись на роботах Розалінди Франклін та Моріса Уілкінса рентгено-структурного аналізуДНК встановили двоспіральну структуру молекули ДНК. Це відкриття дозволило відповісти на важливе питання про здатність носія спадкової інформації до самовідтворення та зрозуміти механізм передачі такої інформації. Цими ж вченими було сформульовано принцип комплементарності азотистих основ, що має ключове значення для розуміння механізму утворення надмолекулярних структур. Це принцип, що застосовується тепер для опису всіх молекулярних комплексів, дозволяє описувати та передбачати умови виникнення слабких (невалентних) міжмолекулярних взаємодій, що зумовлюють можливість формування вторинної, третинної тощо. структури макромолекул, протікання самоскладання надмолекулярних біологічних систем, що визначають таку велику різноманітність молекулярних структур та їх функціональних наборів. Тоді ж, 1953 року виник науковий журнал Journal of Molecular Biology. Його очолив Джон Кендрю, сферою наукових інтересів якого було дослідження структури глобулярних білків (Нобелівська премія 1962 спільно з Максом Перуцем). Аналогічний російськомовний журнал під назвою «Молекулярна біологія» було засновано СРСР В. А. Енгельгардтом в 1966 року.

У 1958 році Френсіс Крік сформулював т.зв. центральною догмою молекулярної біології: уявлення про незворотність потоку генетичної інформації від ДНК через РНК до білків за схемою ДНК→ДНК (реплікація, створення копії ДНК), ДНК→РНК (транскрипція, копіювання генів), РНК→ білок (трансляція, декодування інформації про структуру білків). Ця догма в 1970 році була дещо поправлена ​​з урахуванням накопичених знань, оскільки було відкрито явище зворотної транскрипції незалежно Ховардом Теміном і Девідом Балтімором: був виявлений фермент - ревертаза, що відповідає за здійснення зворотної транскрипції - утворення дволанцюгової ДНК на матриці одноланцюгової РНК вірусів. Слід зазначити, що сувора необхідність потоку генетичної інформації від нуклеїнових кислот до білків досі залишається основою молекулярної біології.

У 1957 році Олександр Сергійович Спірін разом з Андрієм Миколайовичем Білозерським показали, що, при істотних відмінностях у нуклеотидному складі ДНК із різних організмів, склад сумарних РНК подібний. На підставі цих даних вони дійшли сенсаційного висновку про те, що сумарна РНК клітини не може виступати як переносник генетичної інформації від ДНК до білків, оскільки не відповідає їй за своїм складом. Разом з тим вони помітили, що існує мінорна фракція РНК, яка повністю відповідає своєму нуклеотидному складу ДНК і яка може бути істинним переносником генетичної інформації від ДНК до білків. В результаті вони передбачили існування щодо невеликих молекул РНК, що є за будовою аналогами окремих ділянок ДНК і виконують роль посередників при передачі генетичної інформації, що міститься в ДНК, рибосому, де з використанням цієї інформації здійснюється синтез білкових молекул. У 1961 році (С. Бреннер, Ф. Жакоб, М. Месельсон з одного боку і Ф. Гро, Франсуа Жакоб і Жак Моно першими отримали дослідне підтвердження існування таких молекул – інформаційної (матричної) РНК. Тоді ж вони розробили концепцію та модель функціональної одиниці ДНК - оперона, яка дозволила пояснити, як саме здійснюється регуляція експресії генів у прокаріотів. іРНК – білок.

У 1961 році і протягом наступних декількох років Хайнріхом Маттеєм і Маршаллом Ніренбергом, а потім Харом Кораною і Робертом Холлі були проведені кілька робіт з розшифровки генетичного коду, в результаті яких була встановлена ​​безпосередня взаємозв'язок між структурою ДНК і синтезованими білками і визначена послідовність набір амінокислот у білку. Також було отримано дані про універсальність генетичного коду. Відкриття було відзначено нобелівською премією 1968 року.

Для розвитку сучасних уявлень про функції РНК вирішальним було відкриття РНК, що не кодують, зроблене за результатами робіт Олександра Сергійовича Спіріна спільно з Андрієм Миколайовичем Білозерським 1958 року, Чарльзом Бреннером із співавторами та Солом Шпігельманом 1961 року. Цей вид РНК становлять основну частину клітинних РНК. До некодуючих насамперед відносяться рибосомні РНК.

Серйозний розвиток отримали способи культивування та гібридизації тварин клітин. У 1963 році Франсуа Жакобом і Сіднеема Бреннером були сформульовані уявлення про реплікона - послідовність невід'ємно реплікованих генів, що пояснює важливі аспектирегуляції реплікації генів

У 1967 році в лабораторії А. С. Спіріна було вперше продемонстровано, що форма компактно згорнутої РНК визначає морфологію рибосомної частки.

1968 року було зроблено значне фундаментальне відкриття. Оказаки, виявивши фрагменти ДНК відстаючої ланцюга щодо процесу реплікації, названі на честь неї фрагментами Оказаки, уточнила механізм реплікації ДНК.

У 1970 році незалежно Ховардом Теміном і Девідом Балтімором було зроблено значне відкриття: був виявлений фермент - ревертаза, який відповідає за здійснення зворотної транскрипції - утворення дволанцюжкової ДНК на матриці одноланцюгової РНК, що відбувається у онкогенних вірусів, що містять РНК.

Ще одним важливим досягненням молекулярної біології стало пояснення механізму мутацій на молекулярному рівні. В результаті серії досліджень було встановлено основні типи мутацій: дуплікації, інверсії, делеції, транслокації та транспозиції. Це дозволило розглядати еволюційні зміни з погляду генних процесів, дозволило розробити теорію молекулярного годинника, яка застосовується у філогенії.

На початку 70-х років були сформульовані основні засади функціонування нуклеїнових кислот та білків у живому організмі. Було встановлено, що білки та нуклеїнові кислоти в організмі синтезуються за матричним механізмом, молекула-матриця несе у собі зашифровану інформацію про послідовність амінокислот (у білку) або нуклеотидів (в нуклеїновій кислоті). При реплікації (подвоєнні ДНК) або транскрипції (синтезі іРНК) такою матрицею служить ДНК, при трансляції (синтезі білка) або зворотній транскрипції – іРНК.

Таким чином, були створені теоретичні передумови для розвитку прикладних напрямків молекулярної біології, зокрема генетичної інженерії. У 1972 році Пол Берг, Герберт Боєр та Стенлі Коен розробили технологію молекулярного клонування. Тоді ними вперше було отримано у пробірці рекомбінантну ДНК. Ці визначні експерименти заклали основи генетичної інженерії, а цей рік вважається датою народження цього наукового спрямування.

У 1977 році Фредерік Сенгер і незалежно Аллан Максам і Уолтер Гілберт розробили різні методи визначення первинної структури (секвенування) ДНК. Метод Сенгер, так званий метод обриву ланцюга, є основою сучасного методу секвенування. Принцип секвенування заснований на використанні мічених основ, що виступають як термінатори циклічної реакції секвенування. Цей метод набув широкого поширення завдяки можливості швидко проводити аналіз.

1976 р. – Фредерік. Сенгер розшифрував нуклеотидну послідовність ДНК фага φΧ174 завдовжки 5375 нуклеотидних пар.

1981 - серповидноклітинна анемія стає першою генетичною хворобою, що діагностується за допомогою аналізу ДНК.

1982-1983 відкриття каталітичної функції РНК в американських лабораторіях Т. Чека і С. Олтмана змінило уявлення про виняткову роль білків. За аналогією з каталітичними білками – ензимами, каталітичні РНК були названі рибозимами.

1987 Кері Мюллез відкрив полімеразну ланцюгову реакцію, завдяки якій можливо штучно значно збільшити кількість молекул ДНК в розчині для подальшої роботи. На сьогоднішній день це один з найбільш важливих методів молекулярної біології, що застосовується при дослідженні спадкових та вірусних захворювань, при вивченні генів та при генетичному встановленні особи та встановленні спорідненості тощо.

У 1990 році одночасно трьома групами вчених був опублікований метод, що дозволяв швидко отримувати в лабораторії синтетичні функціонально активні РНК (штучні рібозіми або молекули, що взаємодіють з різними лігандами - аптамери). Цей метод отримав назву «еволюція у пробірці». Невдовзі після цього, в 1991-1993 року у лабораторії А.Б. Четверина була експериментально показана можливість існування, зростання та ампліфікації молекул РНК у формі колоній на твердих середовищах.

У 1998 році практично одночасно Крейг Мелло і Ендрю Фаєр описали механізм, що спостерігався раніше при генних експериментах з бактеріями і квітами. РНК-інтерференції, При якому невелика дволанцюжкова молекула РНК призводить до специфічного придушення експресії гена

Відкриття механізму РНК-інтерференції має дуже важливе практичного значення для сучасної молекулярної біології. Це широко використовується в наукових експериментах як інструмент для «вимкнення», тобто придушення експресії окремих генів. Особливий інтерес викликаний тим, що цей спосіб дозволяє здійснювати оборотне (тимчасове) придушення активності генів, що вивчаються. Ведуться дослідження можливості застосування цього явища для лікування вірусних, пухлинних, дегенеративних та метаболічних захворювань. Слід зазначити, що в 2002 році були відкриті мутанти віруси поліомієліту, здатні уникати РНК-інтерференції, тому потрібна ще кропітка робота для розробки дійсно ефективних методів лікування на основі цього явища.

У 1999-2001 роках кількома групами дослідників визначено з роздільною здатністю від 5,5 до 2,4 ангстрем структуру бактеріальної рибосоми.

Предмет

Досягнення молекулярної біології у пізнанні живої природи важко переоцінити. Великих успіхів вдалося досягти завдяки успішній концепції досліджень: складні біологічні процеси розглядаються з позиції окремих молекулярних систем, що дозволяє застосовувати точні фізико-хімічні методи дослідження. Це також залучило в цю галузь науки багато великих розумів із суміжних напрямів: хімії, фізики, цитології, вірусології, що також сприятливо вплинуло на масштаби та швидкість розвитку наукових знань у цій галузі. Такі значні відкриття, як визначення структури ДНК, розшифровка генетичного коду, штучна спрямована модифікація геному, дозволили значно глибше зрозуміти специфіку процесів розвитку організмів і успішно вирішувати численні найважливіші фундаментальні та прикладні наукові, медичні та соціальні завдання, які ще недавно вважалися нерозв'язними.

Предметом вивчення молекулярної біології є в основному білки, нуклеїнові кислоти та молекулярні комплекси (молекулярні машини) на їх основі та процеси, в яких вони беруть участь.

Нуклеїнові кислоти є лінійними полімерами, що складаються з нуклеотидних ланок (з'єднань п'ятичленного цукру з фосфатною групою при п'ятому атомі циклу і однієї з чотирьох азотистих основ), з'єднаних між собою складноефірним зв'язком фосфатних груп. Таким чином, нуклеїнова кислота - це пентозофосфатний полімер з азотистими основами як бічні замісники. Хімічний складланцюжка РНК відрізняється від ДНК тим, що перша складається з п'ятичленного циклу вуглеводу рибози, тоді як друга - дегідрокслільованого похідного рибози - дезоксирибози. При цьому просторово ці молекули розрізняються кардинально, оскільки РНК – це гнучка одноланцюжкова молекула, тоді як ДНК – це дволанцюжкова молекула.

Білки - це лінійні полімери, що є ланцюжками альфа-амінокислот, з'єднаних між собою пептидним зв'язком, звідки їхня друга назва - поліпептиди. До складу природних білків входить безліч різних амінокислотних ланок - у людини до 20 - що визначає широке розмаїття функціональних властивостей цих молекул. Ті чи інші білки беруть участь майже в кожному процесі в організмі та виконують безліч завдань: відіграють роль клітинного будівельного матеріалу, забезпечують транспорт речовин та іонів, каталізують хімічні реакції, - Цей список дуже довгий. Білки утворюють стійкі молекулярні конформації різного рівня організації (вторинні та третинні структури) та молекулярні комплекси, що ще більше розширює їх функціонал. Ці молекули можуть мати високу специфічність до виконання будь-яких завдань завдяки утворенню складної просторової глобулярної структури. Велика різноманітність білків забезпечує постійний інтерес вчених до цього виду молекул.

Сучасні уявлення про предмет молекулярної біології засновані на узагальненні, висунутому вперше в 1958 Френсісом Криком як центральна догма молекулярної біології. Суть її полягала у твердженні, що генетична інформація у живих організмах проходить суворо певні етапи реалізації: копіювання з ДНК у ДНК вході успадкування, із ДНК у РНК, та був з РНК у білок, причому зворотний перехід не здійснимо. Це твердження було справедливе лише від частини, тому згодом центральна догма була поправлена ​​з огляду на нові дані, що відкрилися.

На даний момент відомо кілька шляхів реалізації генетичного матеріалу, що представляють різні послідовності здійснення трьох видівіснування генетичної інформації: ДНК, РНК та білок. У дев'яти можливих шляхах реалізації виділяють три групи: це три загальні перетворення (general), що здійснюються в нормі в більшості живих організмів; три особливі перетворення (special), що здійснюються в деяких вірусах або в особливих лабораторних умовах; три невідомі перетворення (unknown), здійснення яких, як вважається, неможливе.

До загальних перетворень відносяться такі шляхи реалізації генетичного коду: ДНК → ДНК (реплікація), ДНК → РНК (транскрипція), РНК → білок (трансляція).

Для передачі спадкових ознак батькам необхідно передати нащадкам повноцінну молекулу ДНК. Процес, завдяки якому з урахуванням вихідної ДНК то, можливо синтезована її точна копія, отже, може бути переданий генетичний матеріал, називається реплікацією. Він здійснюється спеціальними білками, які розплутують молекулу (випрямляють її ділянку), розплетають подвійну спіраль і з допомогою ДНК-полимеразы створюють точну копію вихідної молекули ДНК.

Для забезпечення життєдіяльності клітини їй необхідно постійно звертатися до генетичного коду, закладеного у подвійній спіралі ДНК. Проте ця молекула занадто велика і неповоротка застосування її як безпосереднього джерела генетичного матеріалу для безперервного синтезу білка. Тому в ході реалізації інформації, закладеної в ДНК, є посередницька стадія: синтез іРНК, що є невеликою одноланцюжковою молекулою, комплементарною певному відрізку ДНК, що кодує деякий білок. Процес транскрипції забезпечується РНК-полімеразою та факторами транскрипції. Отримана молекула може бути легко доставлена ​​у відділ клітини, відповідальний за синтез білка - рибосому.

Після потрапляння та РНК у рибосому настає остання стадія реалізації генетичної інформації. При цьому рибосома зчитує з іРНК генетичний код триплетами, що називаються кодонами і синтезує на основі інформації, що отримується, відповідний білок.

У результаті спеціальних перетворень генетичний код реалізується за схемою РНК→РНК (реплікація), РНК→ДНК (зворотна транскрипція), ДНК→белок (пряма трансляція). Реплікація такого виду реалізується в багатьох вірусах, де здійснюється ферментом РНК-залежної РНК-полимеразой. Аналогічні ферменти знаходяться і в клітинах еукаріотів, де вони пов'язані з процесом РНК-глушення (silencing). Зворотна транскрипція виявлена ​​в ретровірусах, де вона здійснюється під дією ферменту зворотної транскриптази, а також в деяких випадках в клітинах еукаріотів, наприклад, при теломерному синтезі. Пряма трансляція здійснюється лише у штучних умовах в ізольованій системі поза клітиною.

Будь-який із трьох можливих переходів генетичної інформації з білка в білок, РНК або ДНК вважається неможливим. Випадок впливу пріонів на білки, в результаті якого утворюється аналогічний пріон, умовно можна було б віднести до реалізації генетичної інформації білок→білок. Тим не менш, формально він таким не є, оскільки не торкається амінокислотної послідовності в білку.

Цікавою є історія виникнення терміна «центральна догма». Оскільки слово догма в загальному випадку означає твердження, яке не підлягає сумніву, а саме слово має явний релігійний підтекст, вибір його як опис наукового факту не зовсім правомірний. За словами самого Френсіса Крика, це була його помилка. Він хотів надати що висувається теорії більшої значимості, виділити її і натомість інших теорій і гіпотез; навіщо вирішив використати це величне, на його уявлення, слово, не розуміючи його істинного сенсу. Назва ця, однак, прижилася.

Молекулярна біологія сьогодні

Бурхливий розвиток молекулярної біології, постійний інтерес до досягнень у цій галузі з боку суспільства та об'єктивна важливість досліджень призвели до виникнення великої кількості великих науково-дослідних центрів молекулярної біології у всьому світі. Серед найбільших слід згадати такі: лабораторія молекулярної біології у Кембриджі, Королівський інститут у Лондоні – у Великій Британії; інститути молекулярної біології у Парижі, Марселі та Страсбурзі, Пастерівський інститут – у Франції; відділи молекулярної біології в Гарвардському університеті та Массачусетському технологічному інституті, університеті в Берклі, Каліфорнійському технологічному інституті, в Рокфеллерівському університеті, в інституті охорони здоров'я в Бетесді - в США; інститути Макса Планка, університети в Геттінгені та Мюнхені, Центральний інститут молекулярної біології в Берліні, інститути в Єні та Халлі – у Німеччині; Каролінський інститут у Стокгольмі у Швеції.

У Росії її провідними центрами у цій галузі є Інститут молекулярної біології ім. В.А.Енгельгардта РАН, Інститут молекулярної генетики РАН, Інститут біології гена РАН, Інститут фізико-хімічної біології ім. А. Н. Білозерського МДУ ім. М.В.Ломоносова, Інститут біохімії ім. А.Н.Баха РАН та Інститут білка РАН у Пущині.

Сьогодні галузь інтересів молекулярних біологів охоплює широкий спектр фундаментальних наукових питань. Як і раніше провідну роль займає вивчення структури нуклеїнових кислот та біосинтезу білка, дослідження будови та функцій різних внутрішньоклітинних структур, та клітинних поверхонь. Також важливими напрямами досліджень є вивчення механізмів рецепції та передачі сигналів, молекулярних механізмів транспорту сполук усередині клітини, а також із клітини у зовнішнє середовище та назад. Серед основних напрямів наукового пошуку області прикладної молекулярної біології однією з найбільш пріоритетних є проблема виникнення та розвитку пухлин. Також дуже важливим напрямком, вивченням якого займається розділ молекулярної біології - молекулярна генетика, є вивчення молекулярних основ виникнення спадкових захворювань та вірусних захворювань, наприклад, СНІДу, а також розробка способів їх попередження і, можливо, лікування генетично. Широке застосування знайшли відкриття та розробки молекулярних біологів у судовій медицині. Реальна революція в області ідентифікації особистості була зроблена в 80-х роках вченими з Росії, США та Великобританії завдяки розробці та впровадженню у повсякденну практику методу «геномної дактилоскопії» - встановлення особи за ДНК. Дослідження в цій галузі не припиняються і до цього дня, сучасні методи дозволяють встановлювати особистість із ймовірністю помилки – одна мільярдна відсотка. Вже зараз триває активна розробка проекту генетичного паспорта, що, як передбачається, дозволить значно знизити рівень злочинності.

Методологія

Сьогодні молекулярна біологія має у своєму розпорядженні великий арсенал методів, що дозволяють вирішувати найпередовіші і найскладніші завдання, що стоять перед вченими.

Одним із найпоширеніших методів у молекулярній біології є гель-електрофорез, який вирішує завдання поділу суміші макромолекул за розміром або зарядом. Майже завжди після поділу макромолекул у гелі застосовується блоттінг, метод, що дозволяє переносити макромолекули з гелю (сорбувати) на поверхню мембрани для зручності подальшої роботи з ними, зокрема гібридизації. Гібридизація - формування гібридної ДНК із двох ланцюгів, що мають різну природу, - метод, що грає важливу роль у фундаментальних дослідженнях. Він застосовується для визначення комплементарнихвідрізків у різних ДНК (ДНК різних видів), з його допомогою відбувається пошук нових генів, з його допомогою було відкрито РНК інтерференція, яке принцип ліг основою геномної дактилоскопії.

Велику роль у сучасній практиці молекулярно-біологічних досліджень відіграє метод секвенування - визначення послідовності нуклеотидів у нуклеїнових кислотах та амінокислот у білках.

Сучасну молекулярну біологію неможливо уявити без методу полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР). Завдяки цьому методу здійснюється збільшення кількості (ампліфікація) копій деякої послідовності ДНК, щоб дозволяє отримати з однієї молекули достатньо речовини для подальшої роботи з ним. Аналогічний результат досягається технологією молекулярного клонування, в якій нуклеотидна послідовність, що вимагається, впроваджується в ДНК бактерії (живих систем), після чого розмноження бактерій призводить до необхідного результату. Цей підхід технічно значно складніший, проте дозволяє одночасно отримувати результат експресії нуклеотидної послідовності, що досліджується.

Також у молекулярно-біологічних дослідженнях широко застосовуються методи ультрацентрифугування (для поділу макромолекул (великих кількостей), клітин, органел), методи електронної та флуоресцентної мікроскопії, спектрофотометричні методи, рентгеноструктурний аналіз, авторадіографія тощо.

Завдяки технічному прогресу та науковим дослідженням у галузі хімії, фізики, біології та інформатики сучасне обладнання дозволяє виділяти, вивчати та змінювати окремі гени та процеси, до яких вони залучені.

Молекулярна біологія

наука, що ставить своїм завданням пізнання природи явищ життєдіяльності шляхом вивчення біологічних об'єктів і систем на рівні, що наближається до молекулярного, а в ряді випадків і досягає цієї межі. Кінцевою метою при цьому є з'ясування того, яким чином і якою мірою характерні прояви життя, такі, як спадковість, відтворення собі подібного, біосинтез білків, збудливість, зростання і розвиток, зберігання та передача інформації, перетворення енергії, рухливість тощо. , обумовлені структурою, властивостями та взаємодією молекул біологічно важливих речовин, насамперед двох головних класів високомолекулярних біополімерів. - білків та нуклеїнових кислот. Характерна риса М. б. - вивчення явищ життя на неживих об'єктах або таких, яким притаманні найпримітивніші прояви життя. Такими є біологічні утворення від клітинного рівня і нижче: субклітинні органели, такі як ізольовані клітинні ядра, мітохондрії, рибосоми, хромосоми, клітинні мембрани; далі - системи, що стоять на межі живої і неживої природи, - віруси, у тому числі і бактеріофаги, і закінчуючи молекулами найважливіших компонентів живої матерії - нуклеїнових кислот і білків.

М. б. - нова галузь природознавства, тісно пов'язана з напрямками досліджень, що давно склалися, які охоплюються біохімією, біофізикою та біоорганічною хімією. Розмежування тут можливе лише з урахуванням обліку застосовуваних методів, і за принциповим характером використовуваних підходів.

Фундамент, на якому розвивалася М. б., закладався такими науками як генетика, біохімія, фізіологія елементарних процесів і т. д. По витоках свого розвитку М. б. нерозривно пов'язана з молекулярною генетикою (Див. Молекулярна генетика) , яка продовжує становити важливу частину М. б., хоч і сформувалася вже значною мірою самостійну дисципліну. Виокремлення М. б. з біохімії продиктовано такими міркуваннями. Завдання біохімії здебільшого обмежуються констатацією участі тих чи інших хімічних речовин при певних біологічних функціях та процесах та з'ясуванням характеру їх перетворень; провідне значення належить відомостям про реакційну здатність і основні риси хімічної будови, що виражається звичайною хімічною формулою. Т. о., по суті, увага зосереджена на перетвореннях, що торкаються головнолентних хімічних зв'язків. Тим часом, як було підкреслено Л. Полінг ом , у біологічних системах та проявах життєдіяльності основне значення має бути відведено не головновалентним зв'язкам, що діють у межах однієї молекули, а різноманітним типам зв'язків, що зумовлюють міжмолекулярні взаємодії (електростатичним, ван-дер-ваальсовим, водневим зв'язкам та ін.).

Кінцевий результат біохімічного дослідження може бути представлений у вигляді тієї чи іншої системи хімічних рівнянь, що зазвичай повністю вичерпується їх зображенням на площині, тобто у двох вимірах. Відмінною рисою М. б. є її тривимірність. Сутність М. б. вбачається М. Перуц в тому, щоб витлумачити біологічні функції в поняттях молекулярної структури. Можна сказати, що коли раніше при вивченні біологічних об'єктів необхідно було відповісти на питання "що", тобто які речовини присутні, і на питання "де" - в яких тканинах та органах, то М. б. ставить своїм завданням отримати відповіді питання «як», пізнавши сутність ролі та участі всієї структури молекули, і питання «чому» і «навіщо», з'ясувавши, з одного боку, зв'язку між властивостями молекули (знову-таки насамперед білків і нуклеїнових кислот) та здійснюваними нею функціями та, з іншого боку, роль таких окремих функцій у загальному комплексі проявів життєдіяльності.

Вирішальну роль набувають взаємного розташування атомів та їх угруповань у загальній структурі макромолекули, їх просторові взаємини. Це як окремих, індивідуальних, компонентів, і загальної зміни молекули загалом. Саме в результаті виникнення строго детермінованої об'ємної структури молекули біополімерів набувають тих властивостей, внаслідок яких вони виявляються здатними служити матеріальною основою біологічних функцій. Такий принцип підходу до вивчення живого становить найбільш характерну, типову межу М. б.

Історична довідка.Величезне значення досліджень біологічних проблем на молекулярному рівні передбачав І. П. Павлов , який говорив про останній щабель у науці про життя - фізіології живої молекули. Найтермін «М. б.» був уперше вжито англ. вченим У. Астбері у додатку до досліджень, що стосувалися з'ясування залежностей між молекулярною структурою та фізичними та біологічними властивостями фібрилярних (волокнистих) білків, таких як колаген, фібрин крові або скорочувальні білки м'язів. Широко застосовувати термін “М. б.» стали з початку 50-х років. 20 ст.

Виникнення М. б. як сформованої науки прийнято відносити до 1953, коли Дж. Уотсоном і Ф. Криком в Кембриджі (Великобританія) була розкрита тривимірна структура дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Це дозволило говорити у тому, як деталі даної структури визначають біологічні функції ДНК як матеріального носія спадкової інформації. У принципі, про цю роль ДНК стало відомо дещо раніше (1944) в результаті робіт американського генетика О. Т. Ейвері зі співробітниками (див. Молекулярна генетика), але не було відомо, якою мірою дана функція залежить від молекулярної будови ДНК. Це стало можливим лише після того, як у лабораторіях У. Л. Брегга (Див. Брегга - Вульфа умова), Дж. Бернал а та ін. були розроблені нові принципи рентгеноструктурного аналізу, що забезпечили застосування цього методу для детального пізнання просторової будови макромолекул білків і нуклеїнових кислот.

рівні молекулярної організації.У 1957 Дж. Кендрю встановив тривимірну структуру Міоглобін , а в наступні роки це було зроблено М. Перуцем щодо гемоглобіну. Було сформульовано уявлення про різні рівні просторової організації макромолекул. Первинна структура - це послідовність окремих ланок (мономерів) в ланцюзі молекули полімеру, що утворюється. Для білків мономерами є Амінокислоти , для нуклеїнових кислот - Нуклеотиди. Лінійна, ниткоподібна молекула біополімеру внаслідок виникнення водневих зв'язків має здатність певним чином укладатися у просторі, наприклад у разі білків, як показав Л. Полінг, набувати форми спіралі. Це позначається як вторинна структура. Про третинної структурі говорять, коли молекула, що має вторинну структуру, складається далі тим чи іншим чином, заповнюючи тривимірне простір. Нарешті, молекули, що мають тривимірної структурою, можуть вступати у взаємодію, закономірно розташовуючись у просторі щодо один одного і утворюючи те, що позначається як четвертинна структура; її окремі компоненти зазвичай називають субодиницями.

Найбільш наочним прикладом того, як молекулярна тривимірна структура визначає біологічні функції молекули, служить ДНК. Вона має будову подвійної спіралі: дві нитки, що йдуть у взаємно протилежному напрямку (антипаралельно), закручені одна навколо іншої, утворюючи подвійну спіраль із взаємно комплементарним розташуванням основ, тобто так, що проти певної основи одного ланцюга завжди в іншому ланцюзі стоїть таке основа, яка найкраще забезпечує утворення водневих зв'язків: адепін (А) утворює пару з тиміном (Т), гуанін (Г) - з цитозином (Ц). Така структура створює оптимальні умови для найважливіших біологічних функцій ДНК: кількісного множення спадкової інформації у процесі клітинного поділу за збереження якісної незмінності цього потоку генетичної інформації. При розподілі клітини нитки подвійний спіралі ДНК, яка є матриці, або шаблону, розплітаються і кожної з них під впливом ферментів синтезується комплементарна нова нитка. Внаслідок цього з однієї материнської молекули ДНК виходять дві абсолютно тотожні їй дочірні молекули (див. Клітина, Мітоз).

Так само і у разі гемоглобіну виявилося, що його біологічна функція – здатність оборотно приєднувати кисень у легень і потім віддавати його тканинам – найтіснішим чином пов'язана з особливостями тривимірної структури гемоглобіну та її змінами у процесі здійснення властивої йому фізіологічної ролі. При зв'язуванні та дисоціації O 2 відбуваються просторові зміни конформації молекули гемоглобіну, що ведуть до зміни спорідненості атомів заліза, що містяться в ньому, до кисню. Зміни розмірів молекули гемоглобіну, що нагадують зміни об'єму грудної клітки при диханні, дозволили назвати гемоглобін "молекулярними легкими".

Одна з найважливіших рис живих об'єктів - їхня здатність тонко регулювати всі прояви життєдіяльності. Великим внеском М. б. у наукові відкриття слід вважати розкриття нового, раніше невідомого регуляторного механізму, що позначається як алостеричний ефект. Він полягає у здатності речовин низької молекулярної маси – т.з. лігандів - видозмінювати специфічні біологічні функції макромолекул, в першу чергу каталітично діючих білків - ферментів, гемоглобіну, рецепторних білків, що беруть участь у побудові біологічних мембран, в синаптичній передачі тощо.

Три біотичні потоки.У світлі уявлень М. б. сукупність явищ життя можна розглядати як результат поєднання трьох потоків: потоку матерії, що знаходить своє вираження у явищах обміну речовин, тобто асиміляції та дисиміляції; потоку енергії, що є рушійною силоювсім проявів життєдіяльності; і потоку інформації, що пронизує собою як усе різноманіття процесів розвитку та існування кожного організму, а й безперервну низку змінюють одне одного поколінь. Саме уявлення про потік інформації, внесене в вчення про живий світ розвитком М. б., накладає на неї свій специфічний, унікальний відбиток.

Найважливіші досягнення молекулярної біології.Стрімкість, розмах та глибину впливу М. б. на успіхи у пізнанні корінних проблем вивчення живої природи справедливо порівнюють, наприклад, із впливом квантової теорії на розвиток атомної фізики. Дві внутрішньо пов'язані умови визначили цей революціонізуючий вплив. З одного боку, вирішальну роль зіграло виявлення можливості вивчення найважливіших проявів життєдіяльності в найпростіших умовах, що наближаються до типу хімічних та фізичних експериментів. З іншого боку, як наслідок зазначеної обставини, мало місце швидке включення значної кількості представників точних наук – фізиків, хіміків, кристалографів, а потім і математиків – у розробку біологічних проблем. У своїй сукупності ці обставини і зумовили надзвичайно швидкий темп розвитку М. б., число та значущість її успіхів, досягнутих лише за два десятиліття. Ось далеко не повний перелік цих досягнень: розкриття структури та механізму біологічної функції ДНК, всіх типів РНК та рибосом. , розкриття генетичного коду (Див. Код генетичний) ; відкриття зворотної транскрипції (Див. Транскрипція) , тобто синтезу ДНК на матриці РНК; вивчення механізмів функціонування дихальних пігментів; відкриття тривимірної структури та її функціональної ролі у дії ферментів (Див. Ферменти) , принципу матричного синтезу та механізмів біосинтезу білків; розкриття структури вірусів та механізмів їх реплікації, первинної та, частково, просторової структури антитіл; ізолювання індивідуальних Генів , хімічний, а потім біологічний (ферментативний) синтез гена, у тому числі людського поза клітиною (in vitro); перенесення генів з одного організму до іншого, зокрема у клітини людини; стрімко розшифровка хімічної структури зростаючого числа індивідуальних білків, головним чином ферментів, а також нуклеїнових кислот; виявлення явищ «самозбірки» деяких біологічних об'єктів все більшої складності, починаючи від молекул нуклеїнових кислот і переходячи до багатокомпонентних ферментів, вірусів, рибосом і т. д.; з'ясування алостеричних та інших основних принципів регулювання біологічних функцій та процесів.

Редукціонізм та інтеграція.М. б. є завершальним етапом того напряму у вивченні живих об'єктів, яке позначається як «редукціонізм», тобто прагнення звести складні життєві функції до явищ, що протікають на рівні молекул і тому є доступним вивченню методами фізики та хімії. Досягнуті М. б. успіхи свідчать про ефективність такого підходу. Разом з тим необхідно враховувати, що в природних умовах у клітині, тканині, органі та цілому організмі ми маємо справу із системами зростаючого ступеня ускладненості. Такі системи утворюються з компонентів нижчого рівня шляхом їх закономірної інтеграції в цілісності, що набувають структурної та функціональної організації та мають нові властивості. Тому в міру деталізації знань про закономірності, доступних розкриттю на молекулярному і сусідніх рівнях, перед М. б. постають завдання пізнання механізмів інтеграції як лінії подальшого розвиткуу вивченні явищ життя. Відправною точкою тут служить дослідження сил міжмолекулярних взаємодій - водневих зв'язків, ван-дер-ваальсових, електростатичних сил і т. д. Своєю сукупністю та просторовим розташуванням вони утворюють те, що може бути позначене як "інтегративна інформація". Її слід розглядати як одну з головних частин згадуваного потоку інформації. В області М. б. прикладами інтеграції можуть бути явища самоскладання складних утворень із суміші їх складових частин. Сюди відносяться, наприклад, утворення багатокомпонентних білків з їх субодиниць, утворення вірусів з їх складових частин - білків та нуклеїнової кислоти, відновлення вихідної структури рибосом після поділу їх білкових та нуклеїнових компонентів тощо. Вивчення цих явищ безпосередньо пов'язане із пізнанням основних феномен впізнавання» молекул біополімерів. Йдеться про те, щоб з'ясувати, які поєднання амінокислот - у молекулах білків або нуклеотидів - в нуклеїнових кислотах взаємодіють між собою при процесах асоціації індивідуальних молекул з утворенням комплексів строго специфічного, наперед заданого складу та будови. Сюди відносяться процеси утворення складних білків із їх субодиниць; далі, вибірковий взаємодія між молекулами нуклеїнових кислот, наприклад транспортними та матричними (у цьому випадку суттєво розширило наші відомості розкриття генетичного коду); нарешті, це утворення багатьох типів структур (наприклад, рибосом, вірусів, хромосом), у яких беруть участь і білки, і нуклеїнові кислоти. Розкриття відповідних закономірностей, пізнання «мови», що лежить в основі зазначених взаємодій, становить одну з найважливіших областей М. б., що ще чекає на свою розробку. Цю область розглядають як належну до фундаментальних проблем для всієї біосфери.

Завдання молекулярної біології.Поряд із зазначеними важливими завданнями М. б. (Пізнанням закономірностей «пізнання», самоскладання та інтеграції) актуальним напрямом наукового пошуку найближчого майбутнього є розробка методів, що дозволяють розшифровувати структуру, а потім і тривимірну, просторову організацію високомолекулярних нуклеїнових кислот. Зараз це досягнуто щодо загального плану тривимірної структури ДНК (подвійний спіралі), але без точного знання її первинної структури. Швидкі успіхи в розробці аналітичних методів дозволяють з упевненістю чекати на досягнення зазначених цілей протягом найближчих років. Тут, зрозуміло, головні внески йдуть від представників суміжних наук, насамперед фізики та хімії. Усі найважливіші методи, використання яких забезпечило виникнення та успіхи М. б., були запропоновані та розроблені фізиками (ультрацентрифугування, рентгеноструктурний аналіз, електронна мікроскопія, ядерний магнітний резонанс та ін.). Майже всі нові фізичні експериментальні підходи (наприклад, використання ЕОМ, синхротронного, або гальмівного, випромінювання, лазерної техніки та ін) відкривають нові можливості для поглибленого вивчення проблем М. б. У числі найважливіших завдань практичного характеру, відповідь на які очікується від М. б., на першому місці стоїть проблема молекулярних основ злоякісного зростання, далі - шляхи попередження, а можливо, і подолання спадкових захворювань - «молекулярних хвороб». ). Велике значення матиме з'ясування молекулярних основ біологічного каталізу, т. е. дії ферментів. До найважливіших сучасних напрямів М. б. слід віднести прагнення розшифрувати молекулярні механізми дії гормонів. , токсичних та лікарських речовин, а також з'ясувати деталі молекулярної будови та функціонування таких клітинних структур, як біологічні мембрани, що беруть участь у регуляції процесів проникнення та транспортування речовин. Більш віддалені цілі М. б. - пізнання природи нервових процесів, механізмів пам'яті (Див. Пам'ять) і т. д. Один з важливих формуються розділів М. б. - Т.зв. генна інженерія, що ставить своїм завданням цілеспрямоване оперування генетичним апаратом (Геном ом) живих організмів, починаючи з мікробів і нижчих (одноклітинних) і кінчаючи людиною (в останньому випадку насамперед з метою радикального лікування спадкових захворювань і виправлення генетичних дефектів ). Про більші втручання в генетичну основу людини може йтися лише більш-менш віддаленому майбутньому, т. до. у своїй виникають серйозні перешкоди як технічного, і принципового характеру. Щодо мікробів, рослин, а можливо, і с.-г. тварин такі перспективи дуже обнадійливі (наприклад, одержання сортів культурних рослин, що володіють апаратом фіксації азоту з повітря і не потребують добрив). Вони засновані на вже досягнутих успіхах: ізолювання та синтез генів, перенесення генів з одного організму до іншого, застосування масових культурклітин як продуценти господарських або медичних важливих речовин.

Організація досліджень з молекулярної біології.Швидкий розвиток М. б. спричинило у себе виникнення великої кількості спеціалізованих науково-дослідних центрів. Кількість їх швидко зростає. Найбільші: у Великій Британії - Лабораторія молекулярної біології в Кембриджі, Королівський інститут у Лондоні; у Франції - інститути молекулярної біології у Парижі, Марселі, Страсбурі, Пастерівському інституті; у США – відділи М. б. в університетах та інститутах у Бостоні (Гарвардський університет, Массачусетський технологічний інститут), Сан-Франциско (Берклі), Лос-Анджелесі (Каліфорнійський технологічний інститут), Нью-Йорку (Рокфеллерівський університет), інститути охорони здоров'я у Бетесді та ін; у ФРН - інститути Макса Планка, університети в Геттінгені та Мюнхені; у Швеції - Каролінський інститут у Стокгольмі; у НДР - Центральний інститут молекулярної біології в Берліні, інститути в Єні та Галлі; в Угорщині – Біологічний центр у Сегеді. У СРСР перший спеціалізований інститут М. б. було створено Москві 1957 у системі АН СРСР (див. ); потім були утворені: інститут біоорганічної хімії АН СРСР у Москві, інститут білка в Пущині, Біологічний відділ в інституті атомної енергії (Москва), відділи М. б. в інститутах Сибірського відділення АН у Новосибірську, Міжфакультетська лабораторія біоорганічної хімії МГУ, сектор (потім інститут) молекулярної біології та генетики АН УРСР у Києві; значна робота з М. б. ведеться в інституті високомолекулярних з'єднань у Ленінграді, у ряді відділів та лабораторій АН СРСР та інших відомств.

Поруч із окремими науково-дослідними центрами виникли організації ширшого масштабу. У Західній Європі виникла Європейська організація з М. б. (ЄМБО), у якій бере участь понад 10 країн. У СРСР при інституті молекулярної біології в 1966 створено наукову раду з М. б., що є координуючим та організуючим центром у цій галузі знань. Їм випущена велика серія монографій з найважливіших розділів М. б., регулярно організуються «зимові школи» з М. б., проводяться конференції та симпозіуми з актуальних проблем М. б. Надалі наукові ради з М. б. були створені при АМН СРСР та багатьох республіканських Академіях наук. З 1966 виходить журнал "Молекулярна біологія" (6 випусків на рік).

За порівняно короткий термін у СРСР виріс значний загін дослідників у галузі М. б.; це вчені старшого покоління, які частково переключили свої інтереси з ін. областей; у головній своїй масі це численні молоді дослідники. З-поміж провідних вчених, які взяли діяльну участь у становленні та розвитку М. б. в СРСР, можна назвати таких, як А. А. Баєв, А. Н. Білозерський, А. Є. Браунштейн, Ю. А. Овчинніков, А. С. Спірін, М. М. Шемякін, В. А. Енгельгардт. Новим досягненням М. б. та молекулярної генетики сприятиме постанова ЦК КПРС та Ради Міністрів СРСР (травень 1974) «Про заходи щодо прискорення розвитку молекулярної біології та молекулярної генетики та використання їх досягнень у народному господарстві».

Літ.:Вагнер Р., Мітчелл Р., Генетика та обмін речовин, пров. з англ., М., 1958; Сент-Дьєрдь та А., Біоенергетика, пров. з англ., М., 1960; Анфінсен До., Молекулярні основи еволюції, пров. з англ., М., 1962; Стенлі У., Веленс Е., Віруси та природа життя, пров. з англ., М., 1963; Молекулярна генетика, пров. с. англ., год. 1, М., 1964; Волькенштейн М. В., Молекули та життя. Введення у молекулярну біофізику, М., 1965; Гауровіц Ф., Хімія та функції білків, пров. з англ., М., 1965; Бреслер С. Е., Введення в молекулярну біологію, 3 видавництва, М. - Л., 1973; Інгрем Ст, Біосинтез макромолекул, пров. з англ., М., 1966; Енгельгардт Ст А., Молекулярна біологія, в кн.: Розвиток біології в СРСР, М., 1967; Введення у молекулярну біологію, пров. з англ., М., 1967; Вотсон Дж., Молекулярна біологія гена, пров. з англ., М., 1967; Фінеан Дж., Біологічні ультраструктури, пров. з англ., М., 1970; Бендолл Дж., М'язи, молекули та рух, пров. з англ., М., 1970; Ічас М., Біологічний код, пров. з англ., М., 1971; Молекулярна біологія вірусів, М., 1971; Молекулярні основи біосинтезу білків, М., 1971; Бернхард С., Структура та функція ферментів, пров. з англ., М., 1971; Спірін А. С., Гаврилова Л. П., Рібосома, 2 видавництва, М., 1971; Френкель-Конрат Х., Хімія та біологія вірусів, пров. з англ., М., 1972; Сміт До., Хенеуолт Ф., Молекулярна фотобіологія. Процеси інактивації та відновлення, пров. з англ., М., 1972; Харріс Г., Основи біохімічної генетики людини, пров. з англ., М., 1973.

В. А. Енгельгардт.

Велика Радянська Енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .