Una breve historia del desarrollo de la genética molecular

En 1944, el académico estadounidense Avery y otros confirmaron por primera vez que el factor de transformación era el ácido desoxirribonucleico (ADN) en Diplococcus pneumoniae, aclarando así la base material de la herencia. En 1953, el genetista molecular estadounidense Watson y el biólogo molecular británico Crick propusieron el modelo de doble hélice de la estructura molecular del ADN. Este descubrimiento a menudo se considera el verdadero comienzo de la genética molecular.

En 1955, el biólogo molecular estadounidense Ben Ze utilizó el análisis de recombinación genética para estudiar la estructura fina de los genes del bacteriófago T4 de Escherichia coli a nivel de tres nucleótidos. Este trabajo une conceptualmente la genética molecular y la genética clásica.

En cuanto a las mutaciones genéticas, ya en 1927 Mahler y 1928 Stadler utilizaron rayos X para inducir mutaciones genéticas en moscas de la fruta y en el maíz. El progreso de la investigación fue muy lento y no se lograron resultados significativos hasta que se realizaron investigaciones exhaustivas. Se realizó un estudio sobre los mecanismos de mutación utilizando microorganismos como materiales y se propuso el modelo de doble hélice de las moléculas de ADN. Por ejemplo, la teoría de la sustitución de bases se propuso en la investigación de la mutagénesis del bacteriófago T4 y se basa en el principio de emparejamiento de bases en la replicación del ADN.

El genetista estadounidense Biddle y el bioquímico estadounidense Tatum propusieron la hipótesis de un gen, una enzima a principios de la década de 1940 basándose en sus investigaciones sobre la forma auxotrófica de Neurospora crassa, que comunicaba El estudio de la función genética en genética y el estudio de la biosíntesis de proteínas en bioquímica.

Según la hipótesis de un gen, una enzima, la cuestión central en la biosíntesis de proteínas es de qué forma se almacena la información sobre la secuencia de aminoácidos en las moléculas de proteínas en la estructura molecular del ADN y a través de ella. ¿Qué proceso se transfiere esta información del ADN al ADN? Transferencia de moléculas de proteínas. La primera pregunta es sobre el código genético, y la última pregunta es sobre la biosíntesis de proteínas, que a su vez implica el estudio de la transcripción y traducción, el ácido ribonucleico mensajero (ARNm), el ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) y la estructura y función de los ribosomas. . Estos conceptos básicos de genética molecular se formaron a finales de los años cincuenta y principios de los sesenta.

La regulación genética, otro concepto importante de la genética molecular, fue propuesta por los genetistas franceses Monod y Jacobs en 1960-1961. Propusieron un modelo de operón de lactosa basado en sus hallazgos en E. coli y bacteriófagos. Luego, en 1964, el genetista microbiano y molecular estadounidense Yanovsky y el genetista molecular británico Brenner confirmaron respectivamente que existe una relación lineal correspondiente en la disposición entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos de la molécula de proteína que codifica. confirmando plenamente la hipótesis de un gen y una enzima. Desde entonces, se han ido realizando progresivamente investigaciones sobre la genética molecular de los eucariotas.

Se pueden obtener una serie de mutantes que no pueden completar una determinada actividad vital mediante métodos genéticos, como mutantes que no pueden sintetizar un determinado aminoácido, mutantes que no pueden replicar el ADN y células que no pueden dividirse. mutantes que no pueden completar ciertos procesos de desarrollo, mutantes que no pueden expresar ciertos comportamientos quimiotácticos, etc. Sin embargo, muchos de estos mutantes suelen ser letales, por lo que los mutantes que son letales en diversas condiciones, especialmente los mutantes sensibles a la temperatura, suelen ser materiales importantes para la investigación genética molecular.

Después de obtener una serie de mutantes, se pueden analizar genéticamente para comprender cuántos genes representan estos mutantes y la posición de cada gen en el cromosoma. Esto requiere la aplicación de pruebas de complementación, incluido el análisis de estructura fina de genes. y otros medios.

La extracción, separación, purificación y determinación son métodos habituales en genética molecular. La microscopía electrónica se utiliza a menudo en el estudio de macromoléculas biológicas y la ultraestructura de las células. Las técnicas que son particularmente útiles para la investigación genética molecular son el análisis de secuencias, la hibridación molecular y las técnicas de ADN recombinante.

Los ácidos nucleicos y las proteínas son macromoléculas biológicas con estructuras específicas. Sus actividades biológicas están determinadas por el orden de sus unidades estructurales, por lo que muchas veces es necesario comprender su orden. Sin estos análisis de secuencia, no se puede confirmar la correspondencia lineal entre el ADN del gen y la proteína que codifica; sin el análisis de secuencia de los ácidos nucleicos, no se puede comprender la estructura y el significado de la secuencia de inserción o las secuencias repetidas invertidas en ambos extremos del transposón. Los genes superpuestos también son difíciles de encontrar.

La genética molecular se desarrolló a partir de la genética microbiana.

Aunque la investigación en genética molecular se ha centrado gradualmente en los eucariotas, la investigación en genética molecular que utiliza procariotas como materiales todavía representa una gran proporción. Además, debido a que los microorganismos son fáciles de cultivar, el estudio de la genética microbiana seguirá ocupando una posición importante en la genética molecular y la tecnología del ADN recombinante.

Los métodos de genética molecular también se pueden utilizar para estudiar la estructura y función de las proteínas. Por ejemplo, se pueden cribar una serie de mutantes que hacen que una determinada proteína pierda cierta actividad. Se puede utilizar el análisis de la estructura fina del gen para determinar la ubicación de estos sitios de mutación en el gen, además, se puede utilizar el análisis de secuencia para determinar las sustituciones de aminoácidos en cada mutante, determinando así qué parte de la proteína está relacionada con una función específica; , y qué sustituciones de aminoácidos afectan esta función, etc.

Los estudios sobre evolución biológica solían centrarse en la evolución de la morfología, pero posteriormente paulatinamente se prestaron atención a la evolución de las funciones metabólicas. Desde el desarrollo de la genética molecular, se ha prestado atención a la evolución del ADN, las proteínas, los códigos genéticos y las instituciones genéticas, incluidos los ribosomas y el ARNt. A través de la investigación en estos aspectos, tendremos una comprensión más esencial del proceso de evolución biológica.

La genética molecular también ha penetrado en el campo de la investigación fisiológica dirigida a los individuos, especialmente en el estudio de los mecanismos inmunitarios y de acción hormonal. Con la propuesta de la teoría de la selección clonal, se ha confirmado que cada célula productora de anticuerpos en el cuerpo animal sólo puede producir uno o unos pocos tipos de anticuerpos, y se ha comprobado que estas células tienen genotipos diferentes. La identificación y origen de estos genotipos, así como los mecanismos de selección y amplificación de clones específicos durante la respuesta inmune, son temas de investigación tanto en inmunogenética como en genética molecular.

Inyectar estrógeno en pollos machos puede promover la síntesis de proteína de la yema en las células del hígado de los pollos machos. Este hecho muestra que los pollos machos, al igual que las hembras, tienen genes estructurales para la proteína de la yema en las células del hígado, y la función de las hormonas es únicamente activar estos genes estructurales.

El estudio del mecanismo de acción hormonal también pertenece a la categoría de la genética molecular y el estudio de la regulación genética. Generalmente no se producen cambios genotípicos durante la ontogenia, por lo que los problemas son principalmente cuestiones de regulación genética, que también entran dentro del ámbito de la investigación en genética molecular.

Los métodos de investigación de genética molecular, especialmente la tecnología del ADN recombinante, se han convertido en métodos de investigación importantes en muchas ramas de la genética. La genética molecular también ha penetrado en muchas ramas de la biología, y la ingeniería genética basada en la genética molecular se está convirtiendo en un campo emergente de producción industrial.