Генетиканың қысқаша даму тарихы және негізгі даму кезеңдері

Генетика ғылымының негізгі мәселелері және олардың практикалық маңызы.Генетика тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің заңдылықтарын жан-жақты зерттеп, олардың жетістіктерін қоғамды дамыту үшін пайдаланудың жолдарын шешуде үлкен роль атқарады. Сондықтан да ол биология ғылымының басқа салаларының ішінде өте маңызды орын алады.

Генетика ғылымы зерттейтін төрт негізгі проблеманы ажыратуға болады:

- Генетикалық ақпараттың сақталу проблемасы. Мұнда генетикалық ақпараттың клетканың қандай құрылымдарында болатындығы және оның қалайша сақталатындығы зерттеледі.

- Генетикалық ақпараттың берілу проблемасы. Генетикалық ақпараттың бір клеткадан екінші клеткаға және ұрпақтан ұрпаққа берілу заңдылықтары мен механизмдері зерттеледі.

- Генетикалық ақпараттың жүзеге асу проблемасы. Генетикалық ақпараттың дамып келе жатқан организмнің нақты белгілерінің қалыптасуына қалай әсер ететіндігі және бұл жағдайда сыртқы қоршаған ортамен қандай қарым-қатынаста болатындығы зерттеледі.

- Генетикалық ақпараттың өзгеру проблемасы. Генетикалық құбылыстардың типтері мен өзгеру себептері зерттеледі.

Қазіргі генетиканың міндеттері тек осы аталған теориялық проблемаларды зерттеумен ғана шектелмейді. Сонымен қатар генетика ғылымының алдында көптеген практикалық мақсаттарға қол жеткізуді көздейтін мәселелер де бар. Генетиканың аса маңызды мәселелерінің бірі ауылшаруашылық жануарлары мен мәдени өсімдіктердің өнімдерін шығаратын әдістерді іздестіру. Тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің заңдылықтарына сүйене отырып селекционерлер жануарлардың жаңа тұқымдарын, өсімдіктердің сорттарын және микроорганизмдердің штаммдарын шығару үшін қажетті бастапқы материалды таңдай алады.

Содан кейін будандастырудың әртүрлі жүйесін, индукциялық мутация, гибридологиялық талдау т.б. әдістерді қолданады. Өсімдіктерде хромосом жиынтығын арттыру, яғни полиплоидизациялау әдісі де кеңінен қолданылады. Полиплоидтар әдетте, өзінің диплоидты туыстарына қарағанда мол өнімді болып келеді. Адам баласы бидайдың табиғи полиплоидты түрлерін ертеден пайдаланып келеді, сонымен қатар қарабидайдың, қант қызылшасының, жидек пен қарбыздың т.б. дақылдардың полиплоидтары қолдан жасалған. Гетерозис немесе гибридтердің мықты, қуатты болу құбылысы да жануарлар мен өсімдіктер селекциясында қолданыс тапты. Мысалы, өсімдік шаруашылығында жүгері мен қонақ жүгерінің линияаралық, сортаралық гибридтері кеңінен қолданылады.

Мендель заңдылықтарына сүйене отырып селекционерлер терілерінің түстері мен реңі әртүрлі болып келетін бағалы аңдардың жаңа тұқымдарын шығарды. Генетиканың әдістері балық және құс шаруашылықтарында да қолданылады.

Мутациялық селекция микробиологиялық өндірістің дамуында үлкен роль атқарды. Атап айтқанда ашытқы саңырауқұлақтарының белокты-витаминді концентраттарға бай штаммдары және төменгі сатыдағы саңырауқұлақтар мен бактериялардың құрамында антибиотиктері, витаминдері мен аминқышқылдары т.б. биологиялық активті заттары көп түрлері шығарылды.

Медициналық генетика мәселелері қазіргі кезде генетиканың басты проблемаларының бірі болып табылады. Адамда болатын мыңнан астам әртүрлі тұқым қуалайтын аурулар анықталған. Жер бетіндегі 5 миллиардтан астам адамның әр буын сайын кем дегенде 10 миллиондайы әртүрлі тұқым қуалайтын аурулармен ауырады. Ондай ауырулардың қатарына жүйке дерттері (эпилепсия, шизофрения), эндокриндік (кретинизм), қанда болатын анемияның кейбір түрлері (гемофилия) т.б. жатады. Сонымен қатар адамның дене құрылысында да түрлі кемістіктер кездеседі (көп саусақтылық, қоян жырық, бұлшық ет атрофиясы т.б.) олар да тұқым қуалайды.

Тұқым қуалайтын ауруларды алдын-ала анықтау және дұрыс ем қолдану адамды кеміс болудан немесе өлімнен сақтандырады. Мысалы, галактоземия (сүт қантын сіңіре алмау) немесе ароматты аминқышқылдарына өте сезімтал - фенилкетонурия ауруымен ауыратын, жаңа туған сәбилерді қауіпті жағдайлардан сақтандыру үшін олардың тамақ рационынан жағымсыз заттарды алып тастау керек.

Тұқым қуалайтын ауруларды бала туғанға дейін алдын ала болжау немесе гендік және хромосомдық ауытқулардың гетерозиготалык жағдайын анықтау от басын құрған кезде сәтсіздіктерді болдырмауға мүмкіндік туғызады. Мұндай жағдайда халыққа медицито-генетикалық кеңес берудің орны ерекше.

Соңғы кездерге дейін тұқым қуалайтын ауруларды емдеп жазу мүмкін болмай келді. Қазір ген инжәнериясының жедел дамуына байланысты медицинаның жаңа саласы - генотерапия қалыптасып отыр, соның көмегімен генетикалық материалдың бөлінген бөлігін жөндеуге немесе алмастыруға мүмкіндік тумақ.

Микроорганизмдер генетикасының дамуына және көптеген антибиотиктердін ашылуына байланысты генетика дәрі-дәрмек өндірісінде де ерекше орын алады. Мыңдаған адамдардың өмірін аман алып қалған антибиотиктердің кең қолданысқа ие болуы олардың продуценттерінде тұқым қуалайтын өзгерістердің қолдан жасалуына байланысты болды. Ондай мутациялар ультракүлгін сәулелері, химиялық агенттер және ренттен сәулелерімен әсер ету арқылы алынды.

Адам баласының шаруашылық іс әрекеті көбінесе табиғи процестермен тығыз байланысты болып келеді, соған сәйкес орман алқаптары азаяды, су баланстары өзгереді, суда, ауада және топырақта ластанған қосылыстар пайда болады. Мұндай қауіпті жағдайлардың зардаптарын жою үшін экологиялық және генетикалық білім қажет соның ішінде әсіресе организмдердің үлкен топтары ішінде табиғи жағдайда гендер алмастырып жататын популяциялық генетиканың заңдылықтарын жақсы білу керек.

Экологиялық генетиканың маңызды бір мәселесі - адам пайдаланатын әртүрлі физикалық және химиялық факторлардың мутагендік әсерлерін зерттей білу. Мутагендердің таралуы аномальды гендерді көбейтеді, соның салдарынан тұқым қуалайтын аурулардың саны артады. Сондықтан медицинада, ауылшаруашылығында және тамақ өнеркәсібінде қолдануға арналған әрбір жаңа әсер етуші зат генетикалық тұрғыдан зерттелуге тиісті. Ол үшін генетиктер арнайы тест-жүйелерін жасайды. Олар: микроорганизмдердің штаммалары, дрозофилалар, тышқандардың линиялары, жануарлар және адам клеткаларының культуралары. Қандай заттың болмасын мутаген емес екендігіне көз жеткізген соң ғана барып қолдануға рұқсат етіледі. Егер барлық мутагендердің 90% канцерогендер екенін ескеретін болсақ, мұндай генетикалық тұрғыдан сақтандыру шараларының аса қажет екендігі сөзсіз.

Генетиканың қысқаша даму тарихы және негізгі даму кезеңдері

Тұқым қуалаушылық туралы алғашқы түсініктерді тіпті ертедегі грек ғалымдары да берген болатын. Грек дәрігері Гиппократ (біздің эрамызға йінгі 400 жылдары) әкесінің де, шешесінің де "тұқымы" организм клеткаларының экстрактыларынан тұрады, бұл экстракт өзінің таңбасын жаңа дараға жеткізеді және оның белгілі бағытта дамуын басқарады деген болжам ұсынды. Генетиканың дамуына Ч.Дарвиннің "Түрлердің пайда болуы" деген еңбегі өте үлкен әсер етті. Өз еңбектерінде Ч.Дарвин пайдалы өзгергіштікке негізделген қолдан сұрыптаудың творчестволық мәнін ашып берді. Тұқым куалау құбылысын түсіндірмекші болып 1868 жылы өзінің пангенезис гипотезасын ұсынды. Ол гипотеза бойынша эмбриондар мен эрғанизмдердің барлық клеткаларында, тканьдерінде өте ұсақ бөлшектер геммулалар түзіледі; ол геммулалар өсімдіктер мен жануарлардың тамыр жүйкелері арқылы қозғала отырып жыныс клеткаларына жетеді. Организмнің барлық бөліктерінің құрылымы мен функциялары туралы ақпарат (хабар) осы жолмен жыныс клеткаларына түседі. Бірақ, дене шеткалары бөлшектерінің жыныс клеткаларына осылайша жеткізілуі гуралы түсінік дұрыс емес еді, кейінірек көптеген басқа зерттеушілердің жүргізген тәжірибелерінің нәтижелері бұл түсінікті жоққа шығарды. Дегенмен бұл гипотезада ұрпақ белгілерінің дамуын анықтайтын жыныс клеткаларында ерекше бөлшектер болады, деген дұрыс болжам бар еді.

Сол кезеңдегі бірқатар ғалымдар (Англияда - Т.Найт, Германияда Гертнер, Францияда - Ш.Ноден т.б.) тұқым қуалау заңдылықтарын ашуға тырысты. Бірақ, генетика үшін аса маңызды ғылыми деректер жинақталғанымен тұқым қуалаушылықтың негізгі заңдылықтары толық анықталмады.

1865 жылы чех жаратылыстану зерттеушісі Грегор Мендельдің "Өсімдік будандарымен тәжірибелер" атты еңбегі жарық көрді. Өсімдіктерді будандастыру бойынша қойылған ұқыпты тәжірибелер оған тұқым қуалаудың негізгі заңдарын ашуға мүмкіндік берді. Осы зерттеулерінің нәтижесі 1865 жылы Брно (Словакия) қаласы табиғат зерттеушілер қоғамының отырысында баяндалды. Бірақ, оның жұмысы өз замандастарының арасында толық қолдау таппады, сонымен Мендельдің ілімі 35 жыл бойы ұмыт қалды.

1900 жылы Г.Д.Фриз (Голландия), К.Корренс (Германия), Э.Чермак Австрия) бір-бірімен байланыссыз, әртүрлі объектілермен тәжірибелер жүргізіп, Мендель тапқан белгілердің тұқым қуалау заңдылықтарын қайтадан ашты, сондықтан осы 1900 жыл генетиканың дүниеге келген, яғни туған жылы деп есептелінеді. Тұқым қуалау заңдарының қайтадан ашылып жарық көруі, өсімдіктер мен жануарлардың басқа түрлерінде де осы заңдылықтардың болатындығын тексеруге арналған жұмыстардың әрі қарай жүргізіле беруіне мүмкіндік тудырды. Нәтижесінде Мендель ашқан тұқым қуалау заңдарының универсальды (әмбебап, жан-жақты) және материалдық негізі бар екендігі анықталды. Көптеген зерттеушілер организмдердің тұқым қуалау ерекшеліктері ген деп аталатын хромосома бөлшегіне тәуелді деген қорытындыға келді.

Өзінің келесі даму тарихында генетика бірқатар кезеңдерден өтті, ол кезеңдер бір-бірімен өте тығыз байланысты. Бұл ғылымның келесі кезеңге көшу мүмкіндігі ондағы ашылған жаңалықтарға байланысты. Генетиканың даму тарихын шартты түрде негізгі бес кезеңге бөлуге болады.

• Бірінші кезең 1900-1912 жылдар аралығы. Бұл жылдар Мендель ашқан тұқым қуалау заңдылықтарының беку жылдары болды. Әр түрлі елдерде, түрлі объектілермен жасалған гибридологиялық тәжірибелерден орасан көп деректер алынды, олар Мендель ашқан тұқым қуалау заңдарының универсальды сипатта екендігін толық дәлелдеді. Аз жылдар ішінде генетика өз алдына ғылым болып қалыптасты және кең көлемді ғылым ретінде танылды. 1906 жылы ағылшын ғалымы У.Бэтсон жаңа ғылымның атын - генетика деп атауды ұсынды (латынның geneo - шығу тегіне, тууға қатысты). 1909 жылы Дания ғалымы В.Иоғансен ген, генотип және фенотип деген терминдерді ұсынып, оларды биологиялық әдебиеттерге енгізді. Голландия ғалымы Г.Де Фриз 1901 жылы мутациялық өзгергіштік теориясын ұсынды, ол теория бойынша организмдердің тұқым қуалайтын қасиеттері мен белгілері кенеттен өзгереді деген ұғым қалыптасты.

• Генетиканың дамуының келесі кезеңінде (шамамен 1912 жылдан 1925 жылға дейін) тұқым қуалау факторлары хромосомалармен байланысты екені дәлелденді. Тұқым қуалаудың хромосомалық теориясын жасауда АҚШ ғалымы Т.Г.Морганның және оның шәкірттерінің (А.Стертевант, Г.Меллер, К.Бриджес) жұмыстары маңызды роль атқарды. Бұл авторлар, кейінірек генетикалық зерттеулердің негізгі объектісі болған жеміс шыбыны дрозофиламен жасаған тәжірибелерінде, гендердің хромосомаларда бірінен соң бірі тізбектеле орналасатындығын, әр геннің онда белгілі орны болатындығын және гендердің бір-бірінен белгілі бір ара қашықтықта орналастындығын анықтады. Тұқым қуалаудың хромосомалық теориясы биологияның ең ірі жетістігі болды, бұл теория тек генетикалық мәліметтерге ғана емес, сол сияқты митоз және мейоздағы хромосомалардың қозғалу сипатына, тұқым қуалаудағы ядроның ролі туралы мәліметтерге де сүйенді. Генетиканың дамуының бұл кезеңінде көптеген белгілі генетиктер құнды зерттеулер жүргізді. Генетиканың көптеген проблемалары бойынша кең көлемде жүргізілген зерттеулер нәтижесінде ол жылдары қысқа мерзім ішінде тұқым қуалауды зерттеу саласында бұрынғы Кеңес үкіметі алдыңғы мемлекеттердің қатарына шықты. Генетиканың дамуында Н.К.Кольцовтың, Ю.А.Филипченконың, З.И.Вавиловтың, Г.Д.Карпеченконың, А.С.Серебровскийдің т.б. ғалымдардың еңбектері маңызды роль атқарды.

• Генетиканың дамуының үшінші кезеңінің (шамамен 1925-1940 жылдары) ең басты ерекшелігі - мутацияларды қолдан алу мүмкіндігінің ашылуы. 1925 жылы орыс ғалымдары Г.А.Надсон мен Г.С.Филиппов саңырауқұлақтармен, ал 1927 жылы АҚШ ғалымы Г.Меллер дрозофиламен жасаған тәжірибелерінде рентген сәулелерінің тұқым қуалайтын өзгергіштіктердің пайда болуына себепкер екендігі туралы мәліметтерді. Кейінірек 30-40 жылдары химиялық қосылыстардың да мутациялар тудыратыны анықталды (В.В.Сахаров, М.ЕЛобашев, И.А.Рапопорт). Бұл кезеңде эволюцияның генетикалық негіздерін зерттеу бағытындағы жұмыстар да дамыды (С.С.Четвериков, Р.Фишер, Дж.Холдейн, С.Райт).

• Төртінші кезең шамамен 40-шы жылдардан 1955 жылға дейінгі уақытты қамтиды. Бұл кезең биохимиялық және физиологиялық белгілер генетикасы бойынша ғылыми жұмыстардың дамуымен сипатталады. Әртүрлі организмдердің, соның ішінде дрозофила мен нейроспораның тұқымқуалайтын белгі-қасиеттерінің қалыптасуы негізінде биохимиялық процестердің жататындығын зерттеу геннің әрекетін түсіндіруге мүмкіндік туғызды. Дж. Бидл және Э. Тэтум қандай болмасын ген организмде бір ғана ферменттің түзілуін анықтайды деген қорытындыға келді. Содан келіп, "бір ген - бір фермент", деген ұғым қалыптасты, кейінірек бұл ұғым "бір ген -бір белок", "бір ген - бір полипептид" деген қағидаға ұласты. Микроорганизмдер гендерінің құрылымын молекулалық деңгейде талдауға мүмкіндік беретін бірсыпыра жаңа генетикалық құбылыстар ашылды. Генетиканың даму тарихындағы осы кезеңнің соңғы жылдарында бактерияларда генетикалық трансформация мен трансдукция құбылыстарының табиғаты анықталды. Вирустардың инфекциялық элементі олардың өз нуклеин қышқылдары болып табылатындығы белгілі. Ф.Крик пен Дж.Уотсонның 1953 жылы ДНҚ молекуласының құрылысын анықтауы аса зор жетістік болды. Молекулалық биология мен молекулалық генетиканың келешектегі көптеген бағыттарының дамуында ДНҚ-ның құрылысының анықталуы орасан зор роль атқарды.

Қарастырылып отырған кезеңнің басында бұрынғы Кеңес Одағында генетикалық зерттеулер біршама қарқынды дамып, дүние жүзіндегі алғашқы орындардың біріне ие болды. Бірақ, 40-шы жылдардың соңында КСРОда Мендель заңдарын, тұқым қуалаушылықтың хромосомдық теориясының негізгі қағидаларын толық жоққа шығарған Т.Д. Лысенконың көзқарасы кең етек алды.

1948 жылдың тамыз айында ВАСХНИЛ-дің (Бүкілодақтық ауылшаруашылығы академиясы) ғылыми сессиясы болып, әртүрлі ғылыми мекемелерде жүргізіліп жатқан генетикалық зерттеулер лысенкошілдер тұрғысынан қатаң сынға алынды. Соның салдарынан генетикалық ғылыми мекемелер мүлдем жабылып атақты генетик-ғалым, академик Н.И.Вавилов бастаған белгілі оқымыстылар қуғынға ұшырап, көпшілігі абақтыға жабылды. Бұл Кеңес Одағы генетикасы тарихындағы ең ауыр кезең болды.

Т.Д.Лысенкомен оның жолын ұстаған оқымысты сымақтылардың көзқарастарының уақытша қолдау табуы олардың берген ұсыныстарының негізінде ауылшаруашылық өсімдіктері мен жануарларының өнімі күрт артады деген құрғақ уәдеге байланысты болды. Өмір ол ұсыныстардың қате екендігін және Т.Д.Лысенконың жүре пайда болған белгілердің тұқым қуалау туралы антигенетикалық концепциясынық дұрыс еместігін көрсетті.

Бірақ, мұндай өзгерістер болғанға дейін бұрынғы Кеңес Одағында генетикалық зерттеулер жоғарыда айтылғандай тоқтап қалды. Жоғары оқу орындарында генетика пәні оқытылмады және генетикалық әдебиеттердің баспадан шығарылуына тыйым салынды.

КСРОда генетиканың қайта жаңғыруы кеңестік биология ғылымы Т.Д.Лысенконың теріс көзқарастарынан құтылғаннан кейін, тек 60-шы жылдардың бас кезінде ғана басталды.

• Генетиканың қазіргі даму кезеңі (1955 жылдан осы уақытқа дейін) тұқым қуалау құбылыстарын молекулалық деңгейде зерттеумен сипатталады. Генетиканың дамуының осы кезеңінде ашылған жаңалықтарды жай ғана санап айтудың өзі көп орын алар еді, дегенмен осы жетістіктердің кейбіреулерін атап өтейік олар:

· генетикалық кодтың анықталуы;

· геннің химиялық синтезі;

· кері транскрипция құбылысының табылуы;

· гендердің экзон - интрон құрылымының ашылуы;

· рекомбинанттық ДНҚ технологиясы;

· генетикалық және клеткалық инженерия бойынша жұмыстардың дамуы.

Қазіргі уақытта клеткалық және генетикалық инженерияның көптеген әдістері биотехнологияның практикалық мақсаттары үшін пайдаланыла бастады. Келтірілген генетиканың қысқаша даму тарихы және оны бес кезеңге бөлу бұл ғылымның жалпы дамуының және оның қалыптасуының негізгі сатыларымен таныстыру мақсатымен берілді. Жоғарыда аталған негізгі қағидаларға біз келешекте нақты тоқталамыз, бірақ осы жай тізімнің өзі генетиканың әлі жас ғылым болғанымен де, оның зор жетістіктерге жеткендігін көрсетеді. Генетиканың әртүрлі бағыттарының дамуына Қазақстан ғалымдары да үлкен үлестерін қосты. Қазақстанда генетика саласындағы алғашқы зерттеулер 30-40 жылдары басталды. Республикада бидай, арпа, сұлы, жүгері, қант қызылшасы және басқа ауылшаруашылық дақылдарының (К.Мынбаев, Г.З.Бияшев, А.М.Ғаббасов, Н.Л.Удольская, І.Ә.Әбуғалиев, Р.А.Уразалиев т.б.), раушан, сирень, астра гүлдерінің және ағаш, бұта, шөптесін өсімдіктердің (Е.Х.Узенбаев, М.В.Бессчетнова, А.Ж.Жангалиев т.б.) мол өнімді сорттары шығарылды. Қазақстан ғалымдарының алшақ будандастыру жөніндегі еңбектері бүкіл елімізде, сондай-ақ шетелдерде де танымал болды. Алшақ будандастыру әдісімен мол өнімді мал тұқымдары шығарылды. Мысалы, жабайы арқарды пайдаланып қойдың арқар меринос тұқымы алынды (Н.С.Бутарин, Ш.Жандеркин, Ә.Е.Есенжолов) биязы және биязылау жүнді, кроссбредой тұқымдарын алудың генетикалық-селекциялық негіздері салынды. В.А.Бальмонт, М.Ә.Ермеков, А.Е.Елеманов, Ф.М.Мүхаметқалиев, Қ.Медеубеков, М.К.Кройтер т.б.).

Республика селекционерлері тұқым таңдау, жұптастыру, аса бағалы генотиптерді іріктеп, селекцияда пайдалану тәсілдерін қолдана отырып, ақбас сиырын, алатау, әулиеата сиырларын, қазақтың биязы жүнді қойын, оңтүстік қазақтың мериносын, биязылау жүнді дегерес ойын, жүндес ешкіні, қостанай жылқыларын, жетісу шошқасын шығарды.

Қазақстанда молекулалық биология және гендік инженерия саласындағы зерттеулер 60-шы жылдар аяғында басталды. Бұл зерттеулер ҚР ҰҒА-ның құрамында молекулалық биология және биохимия институты ашылғаннан кейін (1983) үдей түсті. Өсімдік клеткасындағы хромосомалар зерттеліп, олардың бидай эмбриогенезі кезінде белок құрастыруға, бұл процесті реттеуге қатысатыны анықталды. Өсімдік гномының молекулалық құрылымы мен оның экспрессиясы, клеткалық иженерия мен биотехнология мәселелері зерттелді. Академик М.Ә.Айтхожиннің басқаруымен жүргізілген бұл жұмыстар бүкіл дүние жүзіне танымал болды. Осы еңбектері үшін М.Ә.Айтхожин бұрынғы Кеңес Одағындағы ғылым мен техника саласындағы ең жоғарғы Ленин сыйлығының лауреаты (1986) болды.

Микроорганизмдер селекциясының генетикалық негіздері кеңінен зерттелді және мутагендік факторлардың тигізетін әсерлері зерттеліп, микроорганизмдердің практикаға қажетті мутагенді формалары алынды Л.Х.Шығаева). Вирустар генетикасы және экологиялық генетика саласында да маңызды зерттеулер жүргізілді (Н.Б.Ахматуллина). Соңғы уақытта Республикада молекулалық генетика (Р.І.Берсімбаев), радиациялық генетика (К.Қ.Мүхамбетжанов, А.Т.Сейсебаев) салалары бойынша ғылыми зерттеулер жүргізілуде. 1995 жылы ҚР ҰҒA құрамында Жалпы генетика және цитология институты ашылып, генетиканың жаңа салаларында да ғылыми зерттеулер жүргізу жолға қойылуда.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: