Gen va genom haqida tushuncha

DNK strukturasi va funktsiyasi

Nuklein kislotalari (NK) Shveytsariyalik olim F.Misher tomonidan 1869 yilda kashf etilgan edi. Lekin bu kashfiyotning ahamiyati uzoq vaqt tushunilmadi, yetarli baholanmadi. Faqat XX asrning birinchi yarmidan boshlab dunyo biologlari organizm belgilarining irsiylanishini qanday kimyoviy modda ta’min etadi degan masalani atroflicha mu’okama qila boshladilar. 1924 yilda nemis biologi R.Felgen Misher kashf etgan nuklein kislotalari xromosomalarda joylashganligini aniqladi. SHu vaqtgacha klassik genetika sohasidagi G.Mendel (1865), T.Morgan (1911) va ularning izdoshlari amalga oshirgan tadqiqotlar natijasida irsiyat birligi genlar ekanligi va ular xromosomada joylashganligi haqidagi ta’limot yaratilgan edi. Keyinchalik hujayra yadrosi DNK va oqsillardan tashkil topganligi aniqlandi. Bayon etilgan dalillarga binoan DNK, genlar xromosomada joylashgan. Lekin bu dalillarga asoslanib o’sha davrda gen tushunchasi bilan DNK molekulasi orasida bog’liqlik borligi DNK genlarning moddiy asosi ekanligi haqida mantiqiy xulosaga kelinmadi. CHunki DNK molekulasining funktsiyasi, irsiyatdagi ahamiyati hali aniqlanmagan edi. Bundan tashqari xromosoma tarkibida DNK dan tashqari deyarlik 60% miqdorda oqsil moddalari mukammalroq tadqiq qilingan, ular polifunktsional moddalar ekanligi aniqlangan edi. SHuning uchun ham dastlab irsiyat moddasi oqsil molekulalaridan tashkil topgan degan gipoteza taklif etildi. Rus olimi N.K.Koltsov 1935 yili o’zining «Irsiy molekulalar» degan asarida irsiyatning moddiy asosi oqsil molekulalari degan gipotezani mukammal bayon etdi. Fanda to’plangan boy yangi dalillar ta’sirida bu gipotezaning o’rniga irsiyatning kimyoviy asosi DNK molekulalari ekanligi haqidagi gipoteza shakllana boshladi. DNK molekulasining strukturasi, funktsiyasi va irsiyatning molekulyar asoslari sifatidagi roli ko’p yillardan keyin, XX asrning o’rtalariga kelib kashf etildi. Endi biz bu buyuk kashfiyotning ochilishini ta’min etgan ilmiy tadqiqotlarning asosiylari, jumladan, bakteriyalardagi transformatsiya, transduktsiya hodisalarining ochilishi hamda viruslarda olib borilgan ba’zi tajribalar natijasi bilan tanishamiz.
Transformatsiya hodisasining kashf etilishi. Transformatsiya deb tashqaridan hujayra ichiga kiritilgan–begona DNK molekulasi taosirida organizmlar belgi va xususiyatlarining irsiy o’zgarishiga aytiladi. Transformatsiya hodisasi 1928 yilda ingliz olimi Griffit tomonidan kashf etilgan. U o’zining bu sohadagi tajribasi uchun biologik ob’ekt sifatida pnevmokokk bakteriyasi (Diplococcus pneumoniai) ning ikkita o’zaro keskin farq qiluvchi shtammlarini qabul qildi. Ularning birinchisi S‑shtammi virulent shtamm hisoblanadi. CHunki u odamlarda og’ir o’pka shamollashi (pnevmoniya) kasalini tug’diradi. Ularning ikkinchisi R‑shtamm deyilib, u avirulent hisoblanadi. CHunki ular pnevmoniya kasalini keltirmaydilar.
Pnevmokokkning S‑ va R‑shtammlarini biri‑biridan tashqi ko’rinishidan ham ajratish mumkin. Virulent S‑shtammga mansub pnevmokokklar hujayra qobig’i kapsula–qalin shilliq modda bilan qoplangan. Avirulent R‑shtamm bakteriyalari hujayra qobig’i yupqa, g’adir-budir bo’lib ularda kapsula bo’lmaydi. Pnevmokokk shtammlarining virulentligini o’rganish uchun biologik ob’ekt sifatida sichqonlarning bitta inbred liniyasi qabul qilindi. Tajriba to’rtta variantda rejalashtirilgani uchun sichqonlar to’rtta teng guru’ga bo’lindi.
Tajribaning birinchi variantidagi sichqonlar tanasiga virulent S‑shtamm bakteriyalari yuborildi. Sichqonlar hammasi pnevmoniya kasaliga chalinib o’lib ketdi.
Tajribaning ikkinchi variantidagi sichqonlar tanasiga avirulent R‑shtamm bakteriyalari yuborildi. Sichqonlar kutilganidek kasal bo’lmadi.
Tajribaning uchinchi variantida virulent S‑shtamm bakteriyalariga yuqori harorat ta’sir etilib, so’ngra u sichqonlar tanasiga yuborildi. Sichqonlar kasalga chalinmadi. Demak, bu tajribada virulent S‑shtamm bakteriyalar yuqori harorat ta’sirida o’lib ketganlar.
Tajribaning to’rtinchi variantida sichqonlar tanasiga tirik avirulent R‑ shtamm bakteriyalar bilan o’lik virulent S‑shtamm bakteriyalar aralashmasi yuborildi. Bu tajribaning natijasi hayron qolarlik darajada boshqacha bo’lib chiqdi. Tajribadagi hamma sichqonlar pnevmoniya bilan kasallanib o’lib ketdi Bu metodik ji’atdan yuqori darajada amalga oshirilgan tajribalar natijasini tahlil etib Griffit shunday xulosaga keldi: o’lik virulent shtamm tanasidagi qandaydir modda tirik avirulent shtamm bakteriya tanasiga kirib, uning irsiy avirulentlik xususiyatini o’zgartirib unda virulentlik xususiyatining paydo bo’lishiga olib keldi. Genetikada bu jarayon transformatsiya deb atala boshlandi. Irsiy belgini o’zgartirgan moddani esa transformatsiya etuvchi modda deb yuritila boshlandi. Bu moddaning kimyoviy tuzilishi va xossalari qanday ekanligi ancha yillargacha aniqlanmay kelindi. Lekin uni shartli ravishda Griffit moddasi deb ham ataldi. Faqat 16 yildan so’ng 1944 yilga kelib ingliz olimlari O.Eyversi, S.Mak-Leod, M.Makkarti bilan bu sirli hisoblangan modda dezoksiribonuklein kislotasi ekanligini aniqladi.
SHunday qilib, mikroorganizmlarda kashf etilgan transformatsiya ‘odisasi DNKning irsiy axborot manbai ekanligini isbotlovchi dalillardan biri bo’ldi.
Transduktsiya ‘odisasining kashf etilishi. Transduktsiya deb genetik materialning bir bakteriya hujayrasidan ikkinchisiga bakteriofaglar orqali o’tkazilishiga aytilib, bunda bakterial genlar bakteriofagning DNK siga hujayra lizisi davrida qo’shib olinadi va keyingi infektsiya davrida yangi qo’shib olingan bakterial gen boshqa bakteriyaga o’tkaziladi. Bevosita transduktsiya haqida mukammal ma’lumot berishdan oldin viruslar va bakteriofaglar hayoti bilan tanishaylik. DNK moddasining genetik ahamiyati borligini uzil‑kesil isbot etishda bakteriyalarning paraziti bo’lmish viruslar – bakteriofaglar ko’payishini tekshirib o’rganish natijasi katta ahamiyatga ega bo’ldi. Amerika olimlari A.Xershi va M.CHeyzlarning 1952 yilda amalga oshirgan tadqiqoti ayniqsa katta ahamiyat kasb etdi. Ularning tajribalari natijasining ko’rsatishicha viruslar bakteriyalarga hujum qilganda virus tarkibidagi oqsil bakteriya tashqarisida qolib, uning ichiga faqat virus DNK si kirishligi aniqlandi. Bakteriya ichiga kirib joylashgan virus DNKsi o’zining odatdagi funktsiyasini bajara boshlaydi. Virus DNK molekulasi mustaqil replikatsiyalanish orqali ko’payib, uning soni 100‑300 ga yetadi. SHuning bilan birga har qaysi DNK virusga xos oqsil sintez qilib o’ziga biriktiradi. Oqibatda bakteriya hujayrasi tarkibiy qismining yemirilishi hisobidan 100‑300 yangi virus tanachalari hosil bo’ladi. Ular bakteriya hujayrasi qobig’ini yorib chiqadi. Ular boshqa bakteriyaga hujum qilib kirgan boshlang’ich virusning barcha xususiyatlarini o’zida mujassamlashtirgan bo’ladi. Yuqorida bayon etilgan viruslar hayotini aks ettirgan jarayon hammasi bo’lib 10‑45 minut ichida sodir bo’ladi. Bu tajriba viruslarning ko’payishi va ular belgi va xususiyatlarining kelgusi avlodlarga irsiylanishini ta’min etuvchi moddiy asos DNK molekulasi ekanligini isbot etdi. 1952 yilning o’zida Dj.Loderberg va N.TSinder molekulyar genetikaning paydo bo’lishida katta ahamiyatga ega bo’lgan tadqiqotni amalga oshirib transduktsiya ‘odisasini kashf etdilar.
Transduktsiya hodisasi quyidagi maxsus tajribani amalga oshirish natijasida kashf etildi.Ular tajriba uchun sichqonlarda tif kasalining paydo bo’lishini ta’min etuvchi Salmonella typ’imurium bakteriyasining har xil xususiyatga ega bo’lgan ikkita shtammini oldi. Ularning bittasi 22A shtamm deb atalib u sichqonlarda tif kasalini paydo qildi. 22A shtamm triptofan aminokislotasini sintez qilinishini to’xtatadigan gen mutatsiyasiga ega bo’lib uni T^– belgisi bilan ifodalanadi.
SHuning uchun bu shtamm bakteriyalar triptofanni sintez qila olmaydi. Ikkinchi shtamm esa 2A shtammi deb nomlangan bo’lib u mazkur aminokislotani sintez qila oladigan xususiyatga ega. Bu belgining geni T⁺ holatida ifodalandi. Demak, bakteriyaning bu ikki shtammi tekshirilayotgan belgilarining genlari bo’yicha o’zaro keskin farq qilgan. Tajriba uchun olingan bu ikki shtamm U-simon shisha idishga joylashtirilgan. Ularning aralashib ketmasligini ta’minlash uchun U-simon idish bakteriya hujayralari o’ta olmaydigan mayda teshikchalari bo’lgan filg’trlovchi to’siq bilan ikkiga bo’lingan.

T2 bakteriofagining DNK orqali ko’payish sxemasi.