Каталог :: Биология

Лекция: Современная генетика

Nicolae Popa

BIOLOGIE ŞI GENETICĂ MODERNĂ

Material didactic: prelegeri alese

Cuprins: Din partea autorului...........................................................8 I. DIN ISTORIA CONCEPŢIILOR DESPRE ERIDITATE.............................10 II. LEGILE EREDITĂŢII...............................................14 2.1 Descoperirea celulei......................................................14 2.2 Experienţele lui Gr. Mendel şi formularea legilor eredităţii......................................................... ....... 15 2.3 Bazele citologice ale eredităţii................................19 III. TEORIA CROMOZOMIALĂ A EREDITĂŢII..........................23 3.1 Cromozomii, genele şi caracterele....................................23 3.2 Mutaţiile ca sursă de alele noi.................................24 3.3 Mutaţiile şi mediul.............................................25 IV. BAZELE MOLECULARE ALE EREDITĂŢII................................27 4.1 Acizii nucleici...........................................................27 4.2 Mecanismul de replicare a ADN.............................................28 4.3 Codul genetic.............................................................31 4.4 Mecanismul de reparaţie a defectelor din ADN.........................36 V. DETERMINISMUL GENETIC AL SEXULUI...........................................39 5.1 De ce sunt necesare două sexe?.......................................39 5.2 Mecanismele biologice de determinare a sexului............................40 5.3 Mecanismul cromozomial de determinare a sexului...........................40 5.4 Determinarea sexului la om................................................42 5.5 Obţinerea sexului dorit..............................................45 VI. GENETICA UMANĂ.......................................................47 6.1 Variabilitatea genetică şi moştenirea caracterelor la om................................................................. 47 6.2 Ereditatea grupelor sanguine şi a factorului rezus (Rh)..............49 6.3 Metodele de studiere a eredităţii omului........................51 VII. GENETICA MEDICALĂ..................................................55 7.1 Ereditatea patologică la om..........................................55 7.2 Eugenica şi genetica................................................57 7.3 Consultaţiile medico-genetice........................................58 VIII. DETERMINISMUL EREDITAR AL LONGEVITĂŢII........................62 8.1 Gerontologia şi genetica.............................................62 8.2 Teoriile genetice ale îmbătrânirii.......................63 8.3 Perspectivele juvenologiei................................................65 IX. REALIZĂRILE ŞI PERSPECTIVELE GENETICIII.........................67 9.1 Genetica şi fitotehnia...............................................67 9.1.1 Hibridarea ca metodă de obţinere a soiurilor noi..............68 9.1.2 Rolul poliploidiei în ameliorarea plantelor.......................70 9.1.3 Mutageneza experimentală...........................................70 9.2 Genetica şi zootehnia................................................72 9.2.1 Fenomenul heterozisului la animale......................................72 9.2.2 Reânvierea speciilor dispărute...............................73 9.2.3 Banca de gene...........................................................74 9.3 Genetica şi pedagogia................................................76 9.3.1 Genotipul şi mediul social.........................................76 9.3.2 Talentul şi ereditatea.............................................77 9.3.3 Embriogenetica şi pedagogia........................................79 9.4. Genetica şi psihologia..............................................81 9.4.1 Omul ca fiinţă biiosocială...............................81 9.4.2. Factorii ereditari şi intelectul..................................82 9.4.3. Aptitudinile şi ereditatea........................................83 X. INGINERIA GENETICĂ....................................................89 10.1 Structura genomlui.......................................................89 10.2 Direcţiile principale ale ingineriei genetice...................................................................................................... 91 10.3 Separarea şi sinteza artificială a genelor.....................93 10.4 Clonarea genelor.........................................................95 XI. INGINERIA GENETICĂ LA MICROORGANISMELE INDUSTRIALE...................97 11.1 Activitatea enigmatică a microorganismelor vii......................97 11.2 Ingineria genică în natură: transformaţia, transducţia şi conjugarea la bacterii........ 99 11.3 Ameliorarea microorganismelor...........................................101 11.4 Industria ADN şi biotehnologia.....................................102 XII. INGINERIA GENETICĂ LA PLANTE.......................................105 12.1 Clonarea plantelor......................................................105 12.2 Industria celulelor vegetale............................................107 12.3 Hibridarea celulelor somatice şi obţinerea hibrizilor asexuaţi................................................... 109 12.4 Transferul interspecific al genelor.....................................113 XIII. INGINERIA GENETICĂ LA ANIMALE.....................................116 13.1 Hibrizi neobişnuiţi: obţinerea animalelor alofene........116 13.2 O turmă în retortă: transplantarea embrionilor..........118 13.3 Descendenţă copiată: clonarea animalelor.................120 13.4 Animale transgenice.....................................................122 XIV. FONDUL GENETIC AL BIOSFREREI............................................125 14.1 Rolul organismelor vii în natură şi în economia naţională............................................................. 125 14.2 Banca de gene a plantelor...............................................127 14.3 Fondul genetic al plantelor.............................................129 XVI. INGINERIA GENICĂ ŞI SISTEMATICA...............................134 15. Genele şi sistematica...............................................134 15.2 Gradul de înrudire genetică..................................135 15.3 Realizările şi perspectivele genosistematicii.................137 XVI. INGINERIA GENETICĂ ŞI MEDICINA................................139 16.1 Povara genetică în societatea umană.....................139 16.2 Medicamentele – sub controlul genelor...................................141 16.3 Genoterapia şi perspectivele ei....................................144 XVII. ASPECTELE SOCIALE ALE INGINERIEI GENETICE..............................148 17.1 Cutia Pandorei sau consecinţele imprevizibile ale ingineriei genice.............................................. 148 17.2 Clonarea oamenilor!.....................................................150 17.3 Controlul genetic la om: pro şi contra.............................152 17.4 Ereditatea patologică şi criminalitatea.......................154

Din partea autorului

Evident, pentru nimeni nu prezintă greutate să deosebească mărul de pară, grâul de secară, oaia de capră, lupul de vulpe. Este bine cunoscut şi faptul că reprezentanţii lumii vegetale şi animale, de-a lungul unui şir infinit de generaţii, dau viaţă unor descendenţi, care sunt după chipul şi asemănarea lor: leoaica naşte pui de leu, pisica - pui de pisică, câinele - pui de câine. Tot odată, din seminţe de floarea-soarelui vor răsări numai plante de floarea-soarelui, iar din ghindă - numai arbori de stejar. În mod obişnuit aceste feno­mene sunt legate de ereditate. Prin noţiunea de ereditate se înţelege capacitatea organismelor vii de a transmite caracterele şi însuşirile lor descendenţilor. Se ştie, însă, că asemănările dintre părinţi şi des­cendenţi nu sunt absolute - chiar şi în cazurile când se spune «leit taică-său» sau «leit maică-sa». Descendenţii prezintă anumite diferenţe individuale în ra­port cu caracterele definitorii ale părinţilor. Ace­ste deosebiri sau – devieri de la trăsăturile tipice ale părinţilor constituie aşa-numitul fon de variabilitate sau variabilitatea. În virtutea acesteia organismele sunt capabile de a suferi la acţiunea unor factori interni sau externi anumite modificări. Pe fundalul alb al coroanelor pomilor dintr-o livadă în floare un ochi atent va deosebi şi numeroase nuanţe cromatice diferite de coloraţia generală a petalelor; între sutele de mii de frunze de pe oricare arbore nu vom vedea două identice ca formă, dimensiuni şi colorit; printre cei cinci miliarde şi jumătate de oameni, care populează planeta noastră, nu vom găsi doi, care să aibă exact aceleaşi caractere şi trăsături. Exemple de acest fel se întâlnesc pretutindeni. În ce mod, însă, are loc transmiterea prin ereditate a caracterelor? Unde şi cum este fixată informaţia ereditară? De ce se nasc uneori monştri, adică indivizi cu anomalii grave? Pot fi oare schimbate caracterele organismelor, corectate defectele naturii? Pu­tem obţine sexul dorit, «construi» noi forme de organisme? Aceste şi numeroase alte întrebări sunt într-un fel sau altul legate de ereditate şi variabilitate, care au devenit principalul obiect de studiu al unei ştiinţe relativ tinere - genetica . În prezent genetica s-a divizat în numeroase direcţii de investigaţie, fiecare dintre acestea dispunând de metode specifice de lucru. În cartea pe care v-o propunem sunt examinate doar o parte din ele. Sarcina principală autorul şi-a văzut-o, însă, în familiarizarea unui cerc larg de cititori cu legile de bază ale geneticii, cu realizările ei cele mai importante, precum şi cu cele mai însemnate domenii de aplicare a lor. În primele trei capitole am găsit de cuviinţă să prezentăm baza teoretica a acestei ştiinţe, conducându-l pe cititor, într-o trecere sumară, dar consecventă, prin labirintul ideilor despre ereditate, începând cu antichitatea şi până în prezent; să prezentăm natura materială a acestui fenomen, precum şi modul în care se produce el la nivel molecular-genetic. Probabil, că anume aceste capitole se şi disting printr-o anumită dificultate de înţelegere, dar, după cum se ştie, a se scrie despre lucruri complicate nu este o treabă uşoară, iar simplificarea lor până la primitivizare ar însemna, după profunda noastră convingere, să facem un prost serviciu cititorului. Fiecare dintre capitolele următoare sunt consacrate prezentării sarcinilor practice ale geneticii în diferite ramuri ale economiei naţionale. În acest sene deosebit de larg sunt dezvăluite realizările ge­neticii în agricultură şi medicină. Cele din domeniul pedagogiei şi sociologiei - domenii în care genetica şi-a găsit recent aplicare, sunt mai modeste, şi ocupă respectiv, un loc mai modest. Partea a doua a cărţii e consacrată ingineriei genetice. Ce legătură poate exista între genetică, una dintre cele mai tinere ştiinţe biologice, şi inginerie - una dintre cele mai vechi ştiinţe tehnice? E adevărat că secolul XX, pe măsura avântului său tumultuos, generează în ştiinţă orientări mereu noi, neobişnuite la prima vedere, care, pentru a fi realizate, necesită antrenarea reprezentanţilor celor mai diverse specialităţi. Acest lucru nu e întâmplător. De cele mai multe ori noile descoperiri se fac mai ales în punctele de joncţiune ale ştiinţelor, acolo unde specialiştii de diverse profiluri parcă se completează reciproc prin ideile şi concepţiile lor. Tot aşa s-a întâmplat şi în cazul nostru. Biologia moleculară şi genetica, folosind pe parcursul cercetărilor lor nu numai metodele proprii, ci şi metodele fizicii, chimiei, matematicii, ciberneticii şi celorlalte ştiinţe, au dat naştere unei noi ştiinţe aplicate - ingineria genetică. În cărţile de specialitate această ştiinţă are două denumiri: ingineria genetică şi ingineria genică, care, de fapt, sunt sinonime. Sensul lor însă nu este absolut identic: cuvântul «genetic» provine de la «genetică», pe când cuvântul «genic» ţine de gene. Denumirea «ingineria ge­netică» este mai amplă, deoarece, conform spuselor academicianului A. A. Baev, cunoscut cercetător în acest domeniu, ea se ocupă de construirea structurilor genetice funcţional active, adică de crearea unor programe genetice artificiale, iar un întreg program genetic nu se mai referă doar la o simplă genă. Astfel, însăşi denumirea acestei ştiinţe reflectă conţinutul cercetărilor ei. Precum a marcat academicianul N. P. Dubinin, îmbinarea cuvintelor «genetică» şi «ingi­nerie» arată că, în sfârşit, a început a se realiza visul savanţilor, a început timpul când biologul, asemeni făuritorului de mijloace tehnice moderne, va putea construi modele biologice, pe care le va traduce apoi în viaţă, creând conştient orice organism viu cu proprietăţi programate anterior. Ingineria genetică n-a apărut, bineînţeles, spontan, pe un loc gol. Naşterea ei a fost determinată de dezvoltarea impetuoasă a biologiei moleculare şi a geneticii, care a început în a doua jumătate a secolului nostru. Apariţia acestei ştiinţe se datorează realizărilor anterioare ale biologiei şi geneticii clasice, temeliile cărora au fost puse în prima jumătate a secolului XX. În cartea noastră ne-am propus să relatăm acele evenimente care au condus treptat, dar consecvent la constituirea acestei noi ştiinţe. Vom vorbi despre realizările practice ale ingineriei genetice în fitotehnie, zootehnie şi în industria microbiologică, despre perspectivele pe care le au protecţia fondului genetic, genosistematica şi genetica medicală. Vom analiza şi fenomenele controversate, ce ţin de aceste cercetări, precum şi aspectele lor sociale. În carte se operează în temei cu adevăruri general acceptate, dar pe alocuri ne oprim atenţia şi asupra unor aspecte insuficient elaborate, a căror elaborare, însă, se va realiza în timpul cel mai apropiat. Aceasta se referă la astfel de probleme importante, ca reglarea sexului, clonarea animalelor şi a plantelor, prelungirea vârstei de tinereţe a omului, descoperirea hipertimpurie a capacităţilor deosebite la copii ş. a. Credem că parţial faptul este justificat prin interesul pe care-l nutreşte tineretul contemporan faţă de aceste probleme, la a căror rezolvare el va participa, fără îndoială, în mod nemijlocit. Vom trăi un sentiment de firească bucurie atunci, când fiecare dintre cititori va găsi pe parcursul lucrării ceva de folos şi interesant pentru el. Şi vom fi recunoscători pentru orice sugestie, care ni se va face referitor la carte. Autorul

I. DIN ISTORIA CONCEPŢIILOR DESPRE ERIDITATE

Deşi ca ştiinţă genetica a început a se constitui la răscrucea secolelor XIX-XX, fenomenele ereditare au preocupat demult minţile oamenilor. Din timpuri străvechi omul se întreba: de ce copiii seamănă sau nu cu părinţii? Care este mecanismul transmiterii materialului ereditar şi ce structuri o înfăptuiesc? Evoluţia concepţiilor cu privire la ereditate este ea însăşi extrem de interesantă, de aceea credem că pentru început este potrivit să prezentam unele dintre aceste idei în succesiunea lor cronologică. În Egiptul antic slujitorii cultului explicau toate particularităţile proprii eredităţii şi variabilităţii cu ajutorul teoriei metapsihozei (despre strămutarea sufletelor de la un organism la altul). Ei afirmau pe această bază că toate trăsăturile şi însuşirile fiinţelor vii depind de calităţile sufletului care se instalează în fiecare dintre ele în momentul concepţiei. Şi în Grecia antică mulţi filozofi au încercat să explice fenomenul eredităţii. Astfel, filozoful materialist Democrit este exponentul, unei învăţături, în multe privinţe naivă, dar consecvent materialistă despre ereditate, conform căreia în procesul formării produselor sexuale toate componentele corpului secretă particule minuscule, care se concentrează în sămânţă (spermă) şi împreună cu aceasta sunt transmise descendenţilor. Tot odată, după Democrit, la acest proces de transmitere a trăsăturilor şi însuşirilor care le sunt proprii contribuie în egală măsură tatăl, şi mama. Această doctrină a fost dezvoltată în continuare de către Hipocrat (460-375 î. e. n.), fiind denumită pangeneză. În lucrarea «Despre sămânţă şi despre natura copilului» Hipocrat scria următoarele: «Sămânţa - atât cea femeiască, cât şi cea bărbătească-provine de la corpul întreg, cea provenită din părţile slabe este slabă, cea provenită din părţile puternice-este viguroasă, şi, de regulă, în acelaşi mod se repartizează şi în copil. Şi dacă dintr-o parte a corpului în sămânţă se secretă mai multe elemente de la bărbat decât de la femeie, copilul seamănă mai mult cu tatăl; iar dacă din­tr-o parte oarecare se secretă mai multe elemente de la femei, copilul seamănă mai mult cu mama. Nici odată, însă, nu se poate întâmpla ca fătul să semene mamei cu toate părţile corpului, iar cu tatăl să nu semene deloc sau invers, ori, în general, să nu semene în nici un fel cu amândoi, fiindcă sămânţa din corpurile amândurora se transmite fătului». Aristotel (384-322 î. e. n.) s-a pronunţat împotriva ipotezelor pe care se sprijinea pangeneza. El remar­ca: «Mai întâi de toate, asemănarea nu poate servi drept dovadă a secretării seminţei din întreg corpul, deoarece asemănătoare devine şi vocea, şi unghiile, şi părul, şi chiar mişcările, iar de la toate acestea nu se se­cretă nimic» Aristotel, spre deosebire de Hipocrat, afirma totodată că fiecare dintre părinţi joacă un rol cu totul diferit la apariţia descendenţei: de la mamă provine numai o materie moartă, pasivă, incapabilă de a se dezvolta în mod independent, în timp ce tatăl furnizează forţa vitală, care însufleţeşte această materie inactivă şi dirijează dezvoltarea organismului. După Aris­totel, forţa vitală, pe care el o denumeşte enteslehie, este imaterială, indivizibilă şi reprezintă acel ideal spre care tinde organismul în procesul dezvoltării sale. Din sămânţă, conform opiniei lui, forţa vitală se revarsă prin tot organismul, determinând toate par­ticularităţile specifice ale diferitelor ţesuturi şi organe din el. La începutul erei noastre Galen (129-199 e. n.), un alt învăţat grec, afirma, că ambii părinţi participă în egală măsură la transmiterea trăsăturilor şi însuşirilor ce le sunt lor proprii copiilor. O dovadă a acestui fapt o constitui asemănarea copiilor cu ambii părinţi, asemănare ce se observă în majoritatea cazurilor. În perioada Evului Mediu cunoştinţele despre ereditate nu s-au dezvoltat. Toate publicaţiile cu acest subiect erau interzise de biserică, deoarece concepţiile despre moştenirea caracterelor şi evoluţia organismelor nu corespundeau cu principiile şi ideile ei. Abia în secolul al XVII-lea se fac primele descoperiri importante în domeniul eredităţii. Este perioada în care au fost construite primele microscoape, cu ajutorul cărora a început studierea celulelor şi ţesuturilor organismelor. Savanţii A. Levenhuc, M. Malpighi şi G. Laibniţ au descoperit şi au descris spermatozoizii (celulele sexuale masculine) la câteva specii de animale. Ei au fost primii care au lansat concepţia cu privire la faptul că spermatozoizii conţin în stare gata preformată, dar miniaturală, un întreg embrion şi, din contra, alţi biologi erau de părerea că embrionul preformat se află în ovul (celula sexuală feminină). Aşa a luat naştere teoria preformistă, conform căreia celulele sexuale, atât cele feminine, cât şi cele masculine, conţin viitoarele organisme în stare integră, în stare preformată, cu toate organele şi ţesuturile în miniatură, care mai apoi îşi măresc, pur şi simplu, dimensiunile şi capătă aspectul unui individ matur. În acest fel, preformismul admite numai modificările cantitative ale părţilor deja formate ale organismului şi le neagă pe cele calitative, ce se produc în procesul dezvoltării individuale, adică, de fapt, neagă însăşi dezvoltarea. O primă lovitură importantă asupra teoriei pre­formiste a fost dată de către S. F. Wolf, care în anul 1759 a formulat teoria epigenezei. Conform acestei teorii, embrionul nu se află în stare formată în ovul sau spermatozoid, ce rezultă din ovulul fecundat ca urmare a unei serii întregi de transformări calita­tive succesive, care conduc la formarea ţesuturilor şi organelor. Cristalizarea unor noi idei despre ereditate a devenit posibilă odată cu dezvoltarea teoriei transformiste, care a deschis calea unei fundamentări experimentale a unor fenomene biologice. În lucrarea sa «Filozofia zoologică» savantul francez J. B. Lamark a expus principiile de bază ale modificării organismelor şi ale moştenirii aşa-numitelor caractere favorabile. Conform acestor principii, organismele suferă în permanenţă schimbări ca urmare a acţiunii factorilor mediului înconjurător După opinia lui Lamark, influenţa ambianţei determină modificări adecvate în interiorul organismelor, adică în acestea se formează caractere ce corespund întocmai condiţiilor de viaţă. Aceste caractere se transmit prin ereditate, sunt moştenite şi de aceea ele se află la baza evoluţiei progresive. Iată, de exemplu, cum explică Lamark lungirea gâtului la girafă. Se cunoaşte că strămoşii girafei aveau gâtul scurt. Odată cu schimbarea condiţiilor de viaţă, ei au încetat treptat să se mai hrănească cu iarbă (dat fiind faptul că aceasta era tot mai greu de găsit) şi au înce­put să se hrănească cu frunze de copac de pe părţile inferioare ale coroanelor, apoi şi de pe cele superioare. Pentru aceasta animalele îşi întindeau gâtul şi-l exersau. Operaţia fiind repetată de nenumărate ori, încetul cu încetul lungimea gâtului crescu. Apăru astfel un nou caracter, care s-a transmis prin ereditate generaţiilor ulterioare. Exerciţiul impus de condiţiile de viaţă continuă şi în final apar girafele contemporane, animale care au cel mai lung gât. E simplu, nu? În aparenţă-da, în realitate, însă, unei astfel de explicaţii a eredităţii îi scap mecanismele propriu-zise ale procesului de moştenire a caracterelor dobândite. Să zicem, că animalele mature au dobândit un caracter nou – gâtul lung. Infor­maţia cu privire la acest caracter dobândit (nu moştenit) trebuie să se transmită într-un mod oarecare în celulele sexuale, deoarece numai prin acestea ea poate deveni un bun al următoarelor generaţii ale organismului dat. Care, însă, e modalitatea de transmitere a acestei informaţii? Nici Lamark şi nici oricare altul dintre adepţii teoriei sale n-au oferit explicaţia mecanismului real al acestei transmiteri. De menţionat că încă Jorj de Buffon (1707-1788) constata categoric în operele sale: «Câinii, cărora li se taie din generaţie în generaţie urechile şi cozile, transmit aceste defecte urmaşilor lor». Şarl Bone (1720-1793), negând această afirmaţie, spunea: «Nu este oare destul exemplul cailor englezeşti, cărora li se taie cozile timp de două secole şi care se nasc cu cozi, pentru a-l combate pe domnul de Buffon şi a pune la îndoială faptul pe care el îl prezintă drept veridic». Ideea despre moştenirea caracterelor dobândite părea atât de elocventă, încât timp îndelungat ea a fost considerată inatacabilă. Însuşi cunoscutul fiziolog I. P. Pavlov a făcut încercarea de a explica transformarea reflexelor condiţionate (dobândite, ne ereditare) şi necondiţionate (înnăscute, moştenite) la şoareci. Reflexe înnăscute, sunt de exemplu, primul ţipăt al copilului imediat după naştere, obişnuinţa cucului de a-şi depune ouăle în cuiburi străine ş. a. Ele nu se formează în cursul vieţii, ce se transmit descendenţilor de la părinţi. De categoria reflexelor condiţionate ţine obiş­nuinţa de a lua masa la anumite ore, fumatul tutunului şi altele, care nu se transmit prin ereditate, ce se formează şi dispar pe parcursul vieţii individuale. I. P. Pavlov i-a dat colaboratorului său N. P. Studenţov misiunea să studieze posibilitatea transformării reflexelor condiţionate în necondiţionate. Formarea reflexului condiţionat consta în învăţarea şoarecelui supus experienţei să alerge spre locul de hrănire la emiterea unui semnal sonor. Rezultatele experienţei au arătat că pentru formarea acestui reflex la prima generaţie de şoareci sunt necesare 300 de lecţii. La generaţia a doua - de numai 100 de lecţii, generaţia a trei s-a învăţat după 30 de lecţii, a patra după 10, iar a cincia - după 5 lecţii. Pe baza acestor date Pavlov a făcut concluzia, că peste o perioadă de timp o nouă generaţie de şoareci, la auzul semnalului sonor, va alerga spre locul de hrănire fără lecţii prealabile. În legătură cu aceasta un alt savant cu faimă - N. C. Colţov - i-a făcut o vizită lui I. P. Pavlov special pentru a-l convinge de imposibilitatea moştenirii reflexelor condiţionate, el fiind de părerea, că «se învăţau nu şoarecii, ce experimentatorul, ca­re până la momentul respectiv nu avea experienţă de lucru cu şoarecii». Nu este inutil să amintim, că artistul de circ V. Durov, ne întrecut în arta dresării animalelor, s-a mirat mult, când a auzit despre cele 300 de lecţii de învăţare a şoarecilor. El avea nevoie doar de câteva ore pentru a învăţa şoarecii să execute anumite procedee. Ca urmare, rezultatele experienţelor lui Studenţov au fost puse sub semnul îndoielii şi după câteva verificări în diferite laboratoare s-a stabilit definitiv că ele nu se confirmă. Nu s-au mai confirmat nici în laboratorul lui I. P. Pavlov. Pentru el, experimentator iscusit, această întâmplare a fost cât se poate de ne plăcută. La 13 mai 1927 Pav­lov scria în ziarul «Pravda» următoarele: «Experienţele iniţiale asupra transmiterii prin ereditate reflexelor condiţionate la şoarecii albi, folosindu-se o metodică îmbunătăţită şi aplicându-se un control mai riguros, până în prezent nu au dat rezultatele scontate, de aceea nu am motive să mă consider adept al acestei transmiteri». Să ne imaginăm pentru o clipă, că moştenirea caracterelor dobândite (ne ereditare) este posibilă. În acest caz în familiile atleţilor ar trebui să se nască numai atleţi, la muzicieni - numai muzicieni, iar copiii tuturor intelectualilor n-ar mai avea nevoie de şcoală - ar şti cu toţii să scrie şi să citească. Doar toate aceste capacităţi se obţin în cursul vieţii. Moş­tenirea lor ar fi o performanţă remarcabilă. Să presupunem, că avem de rezolvat sarcina obţinerii unui nou soi de păpuşoi, care dă roade bogate chiar şi pe soluri obişnuite, fără a se introduce îngrăşăminte. Nimic mai simplu! Am proceda în felul următor: pe parcursul câtorva generaţii am trata cu îngrăşăminte Iotul, până vom obţine roada cea mai bogată posibilă, iar în continuare acest caracter dobândit (rodnicia înaltă) se va transmite prin ereditate şi se va manifesta chiar şi pe solurile care n-au fost introduse îngrăşăminte. Dar lucrătorii din agricultură ştiu foarte bine că atunci când în sol se introduc îngrăşămintele necesare, se obţine o roadă bogată şi invers. Acelaşi adevăr este valabil şi referitor la animale. Buna întreţinere duce la indicatorii doriţi, iar întreţinere rea - la indicatorii corespunzători. Faptul şi-a găsit o bună reflectare în aceste versuri ale lui A. Busuioc: «Eu nu ştiu zootehnie, Dar cunosc un adevăr: Dacă dai la porc hârtie, Nu vezi carne măi bădie, Cum nu vezi pe broască păr» Este cunoscut că T. D. Lâsenco a experimentat timp de peste 20 de ani, pentru a putea obţine o rasă de vaci cu lapte gras. Şi totul a fost zadarnic. Deşi viţeii mai multor generaţii succesive, au fost întreţinuţi după o dietă specială (erau hrăniţi cu lapte cu un procent ridicat de grăsime), acest caracter nu s-a transmis prin ereditate. Dar să revenim la temă. În anul 1859 marele savant englez Charlz Darwin a dat publicităţii lucrarea «Originea speciilor», în care a expus bazele teoriei evoluţioniste. În acest context ereditatea a fost acceptată ca unul din facto­rii evoluţiei, deşi şi pentru Darwin mecanismul eredităţii, esenţa ei, au rămas necunoscute. În vederea explicării eredităţii Darwin a apelat, la concepţia respectivă a lui Hipocrat, a reînviat-o, aprofundând-o, şi a expus-o ca pe o «ipoteză provizorie a pangenezei». Darwin era de părerea că toate celulele organismelor pluricelulare secretă particule foarte mici (corpusculi) pe care le-a numit gemule. Deplasându-se cu uşurinţă, aceste gemule se concentrează în locurile unde are loc formarea produselor sexuale. În procesul dezvoltării noului organism gemulele diferitelor celule, formatoare de produse sexuale, condiţionează dezvoltarea unor celule similare celor care le-au generat pe ele. Tot odată, Darwin considera, că celulele modificate produc gemule modificate, care generează ulterior celule de asemenea modificate, presupunând că această particularitate a gemulelor reprezintă baza materi­ala a moştenirii modificărilor care au loc în procesul dezvoltării individuale. În acest fel, Darwin accepta ideea materialităţii şi segmentării (caracterul discret) al eredităţii şi considera că unităţile materiale ale eredităţii - gemulele se deplasează liber prin tot corpul şi într-o anumită măsură se pot transmite independent una de alta. În prezent teza lui Darwin referitoare la materialitatea şi caracterul discret al eredităţii a căpătat o recunoaştere unanimă, deşi teoria despre migrarea gemulelor prezintă doar un interes istoric. În 1892 zoologul german August Waisman a emis în calitate de antiteză a «ipotezei provizorii a pangene­zei» aşa-numita teorie a plasmei germinative (idioplasma). Waisman considera că corpul organismelor pluricelulare este compus din două componente diferite sub raport calitativ - soma (totalitatea celulelor somatice sau corporale, excepţie făcând cele sexuale) şi plasma germinativă, care condiţionează ansamblul de însuşiri ereditare ale organismelor şi care în cantitate deplină se conţine doar în celulele sexuale. Conform teoriei lui Waisman, plasma germinativă este deosebit de constantă, fapt care-i asigură păstrarea în stare neschimbată în decursul multor mii de ge­neraţii. Waisman a numit particulele materiale heterogene, din care este alcătuită plasma germinativă, determinanţi. Determinanţii au facultatea de a se multiplica şi de a forma particule de acelaşi fel cu ei. Plasma germinativă şi determinanţii se află în nucleul ovulului fecundat (zigotului). Concomitent cu prima diviziune are loc o împărţire inegală a determinanţilor în celulele-fiice. Nucleele unor celule îşi menţin întreaga plasmă germinativă fără modificări, în cadrul nucleelor altor celule ea se repartizează în aşa fel, încât, spre sfârşitul procesului de divizare a ovulului, în nucleele acestor celule rămâne un număr ne însemnat de determinanţi. Datorită repartizării inegale a plasmei germinative, în embrionul în dezvoltare se formează două tipuri de celule: pe de o parte, celulele căii germinative, din care se formea­ză celule sexuale şi care conţin întreaga garnitură de determinanţi, iar pe de alta - celulele somatice, ale căror nucleu conţine un număr variabil de determi­nanţi, de aceea ele pun începutul diferitelor ţesuturi din organism. Conform acestei teorii, plasma germinativă este un tot şi se transmite integral de la o generaţie la alta. Mai târziu, însă, s-a constatat că informaţia ereditară este localizată nu numai în celulele sexuale, dar şi în cele somatice. Astfel, se cunosc cazuri de dezvoltare a plantelor numai din celule somatice (ne sexuale). În prezent împărţirea organismului în două părţi - somă şi plasmă germinativă - propusă de Waisman, care considera că ele ar fi diferite prin ereditate, a fost categoric respinsă de genetică. În acest fel, ideile despre ereditate, începând cu cele mai vechi timpuri şi până în secolul XIX, s-au dovedit a fi în bună parte naive şi bazate pe intuiţie. Dezvoltarea în continuare a teoriei despre ereditate putea fi fructuoasă doar bazându-se pe numeroasele experienţe privind încrucişarea între ele a diferitelor specii de plante şi animale.

II. LEGILE EREDITĂŢII

2.1 Descoperirea celulei

Analizând opiniile marilor savanţi a două epoci îndepărtate, a antichităţii şi a Renaşterii, înţelegem că concepţiile lor asupra esenţei eredităţii conţin aceleaşi noţiuni intuitive. Ei încercau să înţeleagă şi să descrie fenomenele pe care le observau, dar pe care nu le puteau dovedi în mod experimental. Pentru ca aceste fenomene să fie dovedite în mod experimental, a fost nevoie de mult timp, pe parcursul căruia savanţii au acumulat cunoştinţe noi, pătrunzând treptat în microuniversul proceselor şi fenomenelor biologice. Cu peste trei secole în urmă olandezul Antoni van Levenhuc (1632-1723) în timpul liber a învăţat să şlefuiască sticla şi a obţinut în acest sens mari succese. El a izbutit să observe, privind prin aceste sticle, nişte obiecte foarte mici, care erau mărite de 200 şi chiar de mai multe ori. Aparatul său Levenhuc l-a numit microscop. În comparaţie cu realizările tehnice moderne microscopul lui Levenhuc era destul de primitiv, dar la sfârşitul secolului XVII el a reuşit să observe cu ajutorul lui lucruri pe care nu le văzuse până la el nici un om din lume. Cu aju­torul microscopului său el a descoperit, că o picătură de apă conţine o cantitate enormă de animale neobişnuite, foarte mici, de diferite forme. El a numit aceste fiinţe bizare «animalcula», ceea ce înseamnă în traducere din limba latină «animal». Astfel, un naturalist amator necunoscut a descoperit o lume necunoscută până la el. Savanţii englezi au acordat atenţie scrisorilor şi desenelor microuniversului văzut de Levenhuc, pe care acesta le-a trimis Societăţii regale din Londra, lucru foarte important pentru ştiinţă. În anul 1680 el a fost alese membru-corespondent al acestei societăţi. Robert Huc (1635-1703), naturalist englez, contemporan lui A. Levenhuc, făcea şi el parte din numărul celor însetaţi de cunoştinţe. Odată i-a atras atenţia un dop de sticlă. El a tăiat o secţiune foarte subţire din dop şi a cercetat-o la microscop, rămânând uluit de descoperirea făcută: pe secţiunea dopului a observat o structură ce se asemăna mult cu fagurii de miere. Huc a numit elementele observate ale secţiunii subţiri a dopului «celula» - celulă. Mai târziu, savanţii s-au convins cu ajutorul unor microscoape mai perfecte că nu numai lemnul stejarului, dar că şi celelalte plante sunt compuse din diferite celule. Cercetătorii au observat în multe celule câte o «insuliţă». În anul 1831 botanistul englez Robert Brown (1773-1858) a numit această «insuliţă» «nucleus», adică «nucleu» în tradu­cere din latină. Savantul german Matias Şchleiden (1804-1881), aflând despre descoperirea nucleielor în celulele vegetale, făcu­tă de R. Brown, a emis teoria despre originea ţesuturilor celulare. Această teorie a produs o deosebită impresie asupra lui Teodor Schwan, tânăr biolog, contemporan lui. Studiind embrionii şi ţesuturile animalelor, Schwan a descoperit în ele nişte formaţiuni care aminteau celulele vegetale. El a comunicat acest lucru compatriotului său Şcleiden. Discutând problema structurii celulare a ţesuturilor ani­male, , Schwan şi Şchleiden se convingeau de adevărul presupunerilor lor: în celule sunt concentrate temeliile vieţii. Această teză cunoscută sub denumirea de teorie celulară Schleiden-Schwan o conţin majoritatea manualelor de biologie. Vom vedea în continuare, însă, că lucrurile nu-s chiar aşa. Structura ţesuturilor organismelor vii a fost studiată şi de alţi savanţi, care au contribuit la formarea teoriei celulare. Unul dintre aceştia a fost naturalistul ceh Ian Purchine (1787-1869). În anul 1837 Purchine a prezentat la congresul naturaliştilor şi medicilor germani un ra­port, în care a enunţat teoria (argumentele în susţinerea ei, el le-a prezentat încă în anul 1825), conform căreia toate ^ celulele animale şi vegetale au nuclee. Astfel cu doi ani : până la apariţia operei fundamentale a lui Schwan «Cercetări microscopice» (1839), în care se descria structura celulară a ţesuturilor plantelor şi animalelor, Purchine a expus aceiaşi idee. Pe baza cercetărilor efectuate mai târziu s-a aflat că nucleul este cea mai importantă parte componentă a celulei, centrul ei de comandă. În nucleu sunt concentrate toate dispoziţiile, aici se iau, de fapt, toate deciziile ce ţin de activitatea vitală a celulei. Este important şi faptul că celulele se deosebesc foarte puţin între ele, iar sistemele lor de reproducţie şi de conducere s-au dovedit a fi absolut identice. Toate aceste realizări au fost cu adevărat epocale, deoarece ele nu au descoperit numai un microunivers necunoscut ochiului ne înarmat, ce au determinat şi direcţia unor noi cercetări ştiinţifice, care ne-au apropiat de tainele eredităţii.

2.2 Experienţele lui Gr. Mendel şi formularea legilor eredităţii

Primele lucrări importante de hibridizare a plantelor au fost efectuate în a doua jumătate a secolu-lui XVIII de I. G. KØlreuter, membru al Academiei din Sanct-Peterburg. KØlreuter a demonstrat definitiv existenţa la plante a caracterelor de sex, fecundaţia, precum şi posibilitatea obţinerii hibrizilor interspecifici. Tot KØlreuter a descoperit fenomenul numit heterozis, care se produce la încrucişarea unor soiuri diferite: hibrizii din prima generaţie sunt mai productivi ca formele parentale. Cultivatorii de plante şi selecţionatorii au dat aprecierea cuvenită acestor descoperiri remarcabile, aplicându-le pe larg în practica lor. O atenţie însemnată au acordat metodelor de hibridizare T. Nait, mulţi ani preşedinte al societăţii pomicultorilor din Londra, M. Sageret, naturalist şi agronom-savant, membru al societăţii agricole pariziene şi alţi savanţi din Europa. Însă eroarea de bază, în care au căzut, consta în faptul că ei studiau transmiterea prin ereditate a unui grup întreg de caractere formate prin hibridizare şi ignorau evidenţa cantitativă a fiecărui caracter în parte la descendenţii dintr-un şir consecutiv de generaţii. Anume din această cauză ei n-au reuşit să formuleze legile eredităţii şi să explice mecanismul acestui fenomen biologic. Onoarea acestor descoperiri aparţine lui Iohan Gregor Mendel, strălucit cercetător ceh. Fiu de ţăran, I. Mendel n-a putut să-şi termine studiile universitare şi din cauza greutăţilor de ordin material a fost nevoit să se călugărească (căpătând cu acest prilej un nume nou – Gregor). Concomitent cu predarea fizici, matematici, ştiinţelor naturii la şcoala reală, el efectua experienţe privind încruci­şarea unor soiuri diferite de mazăre (comanda la di­ferite firme, producătoare de seminţe, 34 de soiuri de mazăre). Timp de doi ani Mendel a examinat soiurile obţinute sub aspectul purităţii şi, numai după ce s-a convins că fiecare soi dă naştere unei descendenţe absolut uniforme, a început să efectueze experienţe pentru cercetarea unor caractere clar exprimate. Mendel şi-a ales mazărea pentru experienţe, deoarece la această plantă nu are loc polenizarea încrucişată: florile de mazăre sunt bisexuate, adică dispun şi de sta-mine, şi de pistil, al cărui stigmat se acoperă de polen încă înainte de înflorire. În acest fel se pro­duce autopolenizarea plantelor. Pentru obţinerea hib­rizilor de la diferite soiuri, însă, este necesară pole­nizarea artificială. În acest scop Mendel alegea momentul când butonul era gata de fecundare, îl deschidea, înlătura una după alta toate staminele şi presăra pe stigmatul pistilului polen de pe alte plante. Mendel aplica această operaţie la mii de flori. Erau supuse încrucişării artificiale plante prezentând carac­tere diferite: cu seminţe galbene şi verzi, netede şi rugoase, cu flori roşii şi albe. Şi în toate experienţele se obţineau rezultate identice - un caracter era de fiecare dată mai exprimat decât celălalt (domina). De exemplu, culoarea galbenă a seminţelor do­mina asupra culorii lor verzi, culoarea roşie a florii – asupra celei albe, suprafaţa netedă a seminţelor – asupra celei rugoase. Astfel, ca urmare a încrucişării plantelor cu seminţe galbene şi verzi, întreaga descendenţă avea seminţele galbene. Se iscă întrebarea: unde a dispărut culoarea verde? Dar Mendel nu se grăbea să tragă concluzii. Primăvara următoare el introduce seminţele în sol şi nu mai intervine; plantele ce urmau să crească au fost lăsate să se autopolenizeze. Spre sfârşitul verii strânge roada şi o supune analizelor. El a observat ceva interesant. Şi anume: dacă la prima generaţie toate seminţele erau la fel şi moşteneau doar caracterul dominant (culoarea galbenă), la cele din generaţia a doua, pe lângă caracterul dominant, apăru un altul (culoarea verde), pe care l-a numit caracter recesiv. Faptul l-a condus pe Mendel la concluzia că culoarea verde a seminţelor primei generaţii nu dispăruse cu totul, ce într-o formă atenuată, ascunsă, s-a păstrat. Şi aceea ce era deosebit de interesant, între caracterul dominant şi cel recesiv se constata o corelaţie cât se poate de riguroasă. Astfel, dintr-un număr de 8023 de seminţe 6022 erau dominantele galbene, iar 2001 – recesivele verzi. Acest raport s-a dovedit a fi egal cu 3,01:1. Între cele 7324 seminţe din generaţia a doua 5474 erau ne­tede şi 1850 rugoase. În acest caz raportul s-a dovedit a fi egal cu 2,96:1. Acelaşi lucru s-a constatat şi în cazul celorlalte perechi de caractere contrastante. În generaţia a doua are loc segregarea caracterelor în aşa fel, încât un caracter recesiv revine la trei caractere dominante. Este descoperită, deci, o foarte importantă legitate! Dar pe Mendel îl interesează modul în care se vor manifesta aceste caractere la următoarea, cea de-a treia generaţie. Şi din nou obţine rezultate neaşteptate: în cazul autopolenizării plantelor cu caractere recesive fenomenul segregării lipseşte, întreaga descendenţă este omogenă. În schimb, plantele cu caractere dominante se manifestă în mod diferit: o treime din ele nu segregă în continuare; la celelalte două se produce segregarea caracterelor dominante şi recesive într-un raport de 3 la 1! Plantele care in generaţiile următoare îşi păstrează neschimbate caracterele au fost numite homozigote (omogene), iar plantele la care avea loc segregarea ca­racterelor au fost numite heterozigote (heterogene) sau hibride. Reieşind din experienţele efectuate, Mendel a formulat două reguli: regula dominării, denumită ulterior prima lege a lui Mendel, sau legea uniformităţii hibrizilor din prima generaţie; şi cea de-a doua – regula segregării sau a doua lege a lui Mendel. Ea se bazează pe faptul că într-o descendenţă de plante hibride, pe lângă caractere dominante, apar şi caractere recesive, reprimate în prima generaţie. Este cunoscută şi legea a treia a lui Mendel – legea purităţii gameţilor sau legea repartiţiei independente a factorilor ereditari. Această lege se manifestă în cazurile în care formele parentale alese pentru încrucişare se deosebesc între ele după câteva perechi de caractere contrastante. În acest fel Mendel a fost primul care a reuşit să stabilească raporturile cantitative şi legile de manifestare a eredităţii. Cu ajutorul acestor legi el a putut să demonstreze de ce caracterele ereditare se comportă anume într-un fel şi nu în altul. Mendel a făcut presupunerea, că factorii ereditari (genele) formează perechi şi constau din două subunităţi, cunoscute în prezent sub numele de alele. În procesul formării celulelor sexuale (proces, numit gametogeneză) genele alele nimeresc în gameţi diferiţi, iar în procesul fecundaţiei se unesc iarăşi în perechi. Folosind diferite semne convenţionale, Mendel a prezentat în felul următor procesul de combinare a alelelor şi, prin urmare, a caracterelor. Formele parentale el le-a însemnat prin P (de la latinescul parenta părinţi), forma maternă – prin semnul , care la grecii antici simboliza oglinda Venerei, iar forma paternă prin semnul , care semnifica scutul şi suliţa zeului Marte. Alelele domi­nante au fost însemnate cu majuscule, iar cele recesi­ve - cu litere mic. Semnul X urma să simbolizeze procesul încrucişării formelor parentale, F1 şi F2 – prima şi a doua generaţie (F – de la latinescul filii – copii). Să examinăm cazul, când pentru încrucişare, în calitate de forma maternă a fost folosită mazăre cu flori roşii, iar în calitate de forma paternă-mază­re cu flori albe. Dat fiind faptul că formele parentale sunt uniforme (homozigote), ele se înseamnă prin următoarele perechi de alele: AA – pentru forma maternă (culoarea roşie a florilor) şi aa pentru forma pa­ternă (culoarea albă a florilor). În procesul formării gameţilor (celulelor sexuale) fiecare dintre aceste alele se integrează lor. În timpul fecundării gameţii masculi (spermatozoizii) se unesc cu gameţii femeli (ovulele) şi produc zigoţi (ovule fecundate), ce conţin o alelă dominantă provenită de la forma maternă şi una recesivă, provenită de la forma paternă. În acest fel, formula lor genetică va fi Aa. Dar în virtutea faptului că alela A reprimă com­plect acţiunea alelei a, în descendenţă se manifestă caracterul unuia dintre părinţi şi anume culoarea roşie a florilor, care o domină pe cea albă. Anume prin aceasta se explică uniformitatea hibrizilor din pri­ma generaţie. Iar acum să urmărim în ce mod se combină alelele şi caracterele la plantele hibride din a doua generaţie. În procesul gametogenezei la hibrizi genele ale­le se localizează iarăşi în gameţi. La rândul lor, diferiţi gameţi în timpul fecundării se combină cu o probabilitate egală şi formează patru tipuri de zigoţi. 'Trei din ei conţii alele dominante, dezvoltându-se în plante cu flori roşii, cel de-al patrulea conţine numai alele recesive şi se. dezvoltă în planta cu flori albe. Iată şi explicaţia segregării în raport de 3 la plantelor cu flori după fenotipul-culoare. Este de asemenea limpede că unul dintre zigoţi con­ţine ambele alele dominante (AA), doi-câte una dominantă şi câte una recesivă (Aa), iar ultimul – am­bele recesive (aa). De aici reiese că segregarea după genotip este egală cu 1:2:1. Ce se are în vedere prin noţiunea de fenotip şi genotip? Prin fenotip se înţelege totalitatea caracterelor şi însuşirilor vizibile ale unui organism, iar prin genotip - totalitatea însuşirilor sale ereditare, a genelor care determină modul de dezvoltare a acestor caractere şi însuşiri. Cu alte cuvinte, genotipul reprezintă identitatea (localizată în gene) a organismului. După un princpiu analogic are loc combinarea alelelor şi în cazul când formele parentale se deosebesc prin mai multe perechi de caractere. Să analizăm cazul când Mendel a luat pentru încrucişare mazărea cu culoarea galbenă şi suprafaţa netedă a seminţelor (AABB) şi mazărea cu culoarea verde şi suprafaţa rugoasă a lor (aabb). În procesul gametogenezei la ambele forme parentale în gameţi se instalează câte o alelă de la fiecare pereche de gene. În rezultatul fecundării se formează plante hib­ride cu genotipul heterozigotat după ambele perechi de alele (AaBb) şi fenotipul de culoare galbenă şi suprafaţa netedă a boabelor. Deci, şi de data aceasta se observă aceeaşi uniformitate a hibrizilor ca şi în cazul monohibridării. Plantele hibride din prima generaţie prin combinarea liberă şi independentă a alelelor formează câte patru tipuri de gameţi, care, contopindu-se între ei, dau naştere la 16 tipuri de zigoţi diferiţi. 9 dintre ei conţin în genotipul lor alelele dominante ale ambelor perechi de gene (A‑B‑). De aceea după fenotip boabele vor fi galbene şi netede. Trei zigoţi conţin alele dominante de la prima pereche de gene şi alele recesive de la a doua pereche (A-bb).După fenotip aceste boabe vor fi galbene şi rugoase. Alţi trei zigoţi, din contra, conţin în genotip alelele recesive ale primei perechi de gene şi pe cele dominante de la a doua pereche (aa B-). Fenotipul seminţelor va fi verde şi neted. În sfârşit, unul din 16 zigoţi conţine în genotipul său numai alelele recesive ale ambelor perechi de gene (aabb). Aceste boabe sunt verzi şi ru­goase. Aşa dar, în cazul încrucişării plantelor ce se deosebesc după două perechi de caractere segregarea lor în generaţia a doua are loc în raport de 9:3:3:1. Anume acest rezultat al segregării i-a permis lui Mendel să conchidă că factorii ereditari nu se contopesc şi nu dispar, ce îşi păstrează caracterul discret şi se combină liber cu o probabilitate egală, iar fiecare-pereche de caractere se transmite independent una de alta de la o generaţie la alta. În acest fel Mendel nu numai că a fost primul ca­re a descoperit principalele legităţi după care are loc moştenirea caracterelor, dar a reuşit intuitiv, fără să dispună de nici un fel de date despre natura factorilor ereditari, să le dea o explicaţie. În aceasta şi constat genialitatea sa. Aceste descoperiri au acoperit de glorie numele lui Mendel, dar faptul s-a produs abia după moartea sa. Rezultatele experienţelor sale, verificate şi iarăşi verificate, Mendel le-a prezentat în martie 1865 la şedinţa societăţii naturaliştilor la Briunn (denumirea germană a oraşului Brno). Şi-a întitulat expunerea simplu: «Experienţe asupra hibrizilor ve­getali», dar n-a fost înţeles de audienţă – nu i s-a pus nici o întrebare. Această lipsă de înţelegere nu avea nimic surprinzător: el vorbea despre fenomenele ereditare în cu totul alţi termini decât se obişnuia să se facă la acel moment. În afară de aceasta, el a apelat pe larg la serviciile matematici, lucru de asemenea fără precedent. În 1866 expunerea lui Mendel a fost publicată în «Buletinul societăţii naturaliştilor din Briunn», care s-a expediat la 120 de biblioteci din diferite ţări ale Europei. Dar pesta tot lucrarea a întâmpinat lipsa de înţelegere a contemporanilor. Vestitul Carl fon N¬geli, profesor de botanică la Universitatea din Miunhen, a apreciat lucrarea ca fiind «un fel de vinegretă - un amestec de botanică cu algebră», considerând, însă, că-şi poate permite să-l sfătuiască pe Mendel să verifice concluziile sale pe alţi subiecţi, de exemplu, pe vulturici. Acesta s-a dovedit a fi un prost serviciu, care a avut urmări nefaste. Florile vulturicilor sunt mici şi (ca şi alte compozite) formează adesea seminţe fără a avea nevoie de polenizare. De aceea experienţele efectuate pe vulturici, pentru care perseverentul Mendel a cheltuit câţiva ani, au dat rezultate atenuate şi l-au făcut chiar să se îndoiască de justeţa descoperirii sale. Aşa a şi murit, fără ca meritele să-i fie recunoscute. În anul 1900 în «Anale ale societăţii germane de botanică» au fost publicate lucrări, aparţinând lui Hugo de Vries din Olanda, Carl Correns din Germania şi Eric Tschermak din Austria şi care conţineau rezul­tate uimitor de asemănătoare cu cele din lucrarea lui Mendel scrisă cu 35 de ani mai înainte. Fiecare dintre aceşti autori remarca cu regret faptul că luase cunoştinţă de lucrarea lui Mendel abia după ce şi-a încheiat experienţele. Anul 1900, anul redescoperirii legilor lui Mendel, a devenit şi anul de naştere a unei noi ştiinţe – a geneticii. Din acest moment văd încontinuu lumina tiparului numeroase lucrări ale multor savanţi din diferite ţări, care vin să confirme ideile lui Mendel despre factorii ereditari materiali. Mendelismul a devenit fundamentul geneticii contemporane. Iată cum apreciază munca lui Mendel cunoscutul geneticiian T. G. Morgan: «În cei zece ani cât a lucrat cu plantele sale în grădina mănăstirească G. Mendel a fă­cut cea mai mare descoperire dintre toate câte au fost făcute în biologie în ultimii cinci sute de ani».

2.3 Bazele citologice ale eredităţii

Cine nu a fost surprins de diversitatea organismelor vii din natură! Şi într-adevăr, reprezentanţii lumii microorganismelor, ai plantelor şi ai animalelor par la prima vedere lipsiţi de vre-o asemănare între ei. Studiindu-se, însă, structura internă a organismelor, se descoperă dovezi concludente ale similitudinilor existente între acele elemente vitale mi­nuscule din care se compun organele şi ţesuturile lor. Astfel de particule vitale elementare sunt celulele. Numărul de celule, care constituie corpul plan­telor şi animalelor superioare, este enorm. Astfel, spre exemplu, în corpul uman se conţin aproximativ 5-1014 celule. Şi ele toate provin din divizarea consecutivă a unei singure celule – a ovulului fecundat. Deşi numărul de celule rezultate este mare, numărul de divizări necesare formării lor este relativ mic – aceasta în virtutea faptului că în urma fiecăreia dintre divizările ulterioare numărul general de ce­lule din organismul în creştere se măreşte de două ori în raport cu numărul existent la divizarea precedentă. Să explicăm, apelând la tabla de şah. Conform unei legende, împăratul indian ne nume Sheram, care a trăit cu o mie cinci sute de ani în urmă, şi care nu prea manifesta pricepere în cârmuirea ţării, a dus-o repede la ruină. Atunci înţeleptul Sessa a compus jocul de şah, în care regele – figura cea mai importantă – nu putea să realizeze nimic fără ajutorul acordat de alte figuri. Lecţia jocului de şah a produs o mare impresie asupra regelui şi i-a promis lui Sessa să-l răsplătească cu tot ce numai va dori. Sessa a cerut să-i fie pusă pe primul pătrat al tablei de şah un grăunte, iar pe fiecare din cele 64 – de două ori mai mult decât pe cel precedent. Regele a căzut repede de acord, bucurându-se de faptul că s-a achitat , atât de ieftin cu înţeleptul. Din hambare a început să se aducă grâu. Dar foarte curând a devenit limpede că condiţia lui Sessa este irealizabilă: pentru strângerea unei astfel de cantităţi de grâu ar fi necesar să se semene şi să se recolteze de opt ori întreaga suprafaţă a globului pământesc. Indiferent de faptul dacă fac parte dintr-un organism multicelular sau reprezintă nişte vieţuitoare unicelulare de tipul protozoarelor, toate celulele vii – au o structură similară şi destul de complicată. Ele sunt compuse din membrană, citoplasmă, nucleu şi din alte componente structurale (fig. 3-4), care îndeplinesc diferite funcţii. În viaţa celulelor un rol excepţional de mare îl joacă nucleul. Celulele lipsite de nucleu nu se pot divide şi mor. Fig. 3. Schema structurii celulei după datele microscopiei electronice Fig. 4. Schema combinată a structurii celuleeucariotice ccăzută la microscoppul electronic (secţiune transversală) a) selula animală; b) celula vagetală 1– nucleu cu cromatină şi nucleoli; 2 – mimbrană plasmatică; 3 – membrană celulară; 4 – plasmodesmă; 5 – reticul endoplasmatic granulat; 6 – reticul neted; 7 – vacuolă pinocitotică; 8 – apartul Golgi; 9 – lizozomi; 10 – incluziunni de grăsimi în reticulul neted; 11 – centriolă cu microtuburile centrosferei; 12 – mitocondrii; 13 – poliribozomi ai hialoplasmei; 14 – vacuuuolă centrală; 15 – cloroplast. Principalele elemente ale nucleului celular sunt formaţiile, de obicei filiforme, de dimensiuni microscopice, care pentru capacitatea lor de a se colora intens au fost denumite cromozomi (corpuri ce se pot colora). La organismele de diferite specii numărul de cromozomi variază în limite mari: la mazăre există 14, la păpuşoi – 20, la şoareci – 40, la om – 46, la cimpanzeu – 48 ş. a. m. d. În schimb, la reprezentanţii uneia şi aceleiaşi specii numărul de cromozomi rămâne constant. Celulele noi iau întotdeauna fiinţă din cele existente pe calea divizării acestora din urmă. Un mo­ment deosebit de important în procesul divizării ce­lulelor îl reprezintă dublarea numărului de cromo­zomi, care precede migrării lor în celulele-fiice. Înainte de divizarea celulei, fiecare cromozom se dublează, formând cromozomi identici cu el. În momentul în care celula maternă se divide în două celule-fiice cromozomii pari se îndepărtează unul de altul şi migrează în celule diferite. În consecinţă, celulele fiice primesc cromozomi de acelaşi fel ca şi cromozomii din celula maternă. După distribuirea cromozomilor în celulele fiice are loc şi procesul de repartizare a citoplasmei din celula maternă. Acest tip de diviziune a celulei a fost numit mitoză. Celu­lele formate cu ajutorul mitozei au aceeaşi garnitură cromosomală. Înmulţirea celulelor cu ajutorul mito­zei asigură creşterea organismului. Pe lângă mitoză, este cunoscut şi un alt tip de diviziune a celulelor numită diviziune reducţională sau meioză. Ea se produce în ţesuturile generative ale plantelor şi animalelor şi se află la baza formării celulelor sexuale. Spre deosebire de mitoză, meioza este însoţită de două diviziuni succesive ale celulelor, prima dintre ele se numeşte diviziune reducţională, iar cea de-a doua diviziune ecuaţională sau de echilibrare. - Şi prima, şi cea de-a doua diviziune sunt compuse din patru faze: profază, metafază, anafază şi telofază. Înainte de a întra în proces de diviziune re­ducţională cromozomii, ca în mitoză, se dublează şi ca urmare fiecare cromozom este compus din două jumătăţi egale – cromatide - surori. Fig. 5. Schema fazelor mitozei în celula animală (după M. Lobaşev); 1 – interfaza; 2 – profaza; 3 – prometefaza; 4 – metafaza; 5 – anafaza; 6 – fusul nuclear; 7 – telofaza; 8 – şanţul de plasmodiereză. În faza iniţială (profază) a diviziuni reducţionale cromozomii omologi (materni şi paterni) încep, să se apropie şi formează perechi, ceva mai târziu, în anafază, ei se deplasează câte unul spre cele două poluri ale celulei. În acest fel celula-fiică conţine câte un cromozom de la fiecare pereche şi de aceea numărul total de cromozomi în sa este de două ori mai mic decât în celula maternă. A doua etapă de diviziune prin meioză (diviziunea de echilibrare) se produce după principiul mitozei obişnuite. Singura diferenţă constă în faptul că în anafaza acestei diviziuni spre polurile celulei migrează nu cromozomi întregi (constând din câte două cromatide) de la fiecare pereche ca în anafaza diviziunii reducţionale, ce numai câte o jumătate (câte o cromatidă-soră) de la fiecare cromozom. Celulele care conţin un număr redus (pe jumătate) de cromozomi se numesc celule haploide, iar cele care conţin o garnitură întreagă (sau dublă) de cromozomi se numesc diploide. Celulele organismului, cu excepţia, celor sexuale sunt diploide, celulele sexuale sau gameţii conţin un număr redus de cromozomi. În urma unirii în procesul fecundaţiei gameţii formează zigoţi, în care se restabileşte garnitura cromozomală diploidă: una este adusă de spermatozoizi, iar alta de ovul. Dezvoltându-se, zigotul dă naştere embrionului, iar din acesta se dezvoltă organismul matur. Când într-un astfel de organism diploid se formează gameţii, ei obţin din nou o garnitură haploidă de cromozomi. Prin unirea ulterioară a celulelor sexuale se constituie iarăşi organisme diploide. Aşa, din generaţie în generaţie, fiecare organism diploid, care apare din gameţii haploizi, după atingerea perioadei de maturitate, formează la rândul său gameţi, prin care îşi transmite caracterele generaţiei următoare. Prin urmare, ereditatea asigură continuitatea materială şi funcţională între un şir de generaţii. Ea este legată nemijlocit de procesul înmulţirii, înmulţirea, la rândul ei, fiind legată de procesul diviziunii ce­lulelor şi de cel al reproducerii elementelor lor structurale. Ovulul şi spermatozoidul constituie puntea de legătură care uneşte două generaţii succesive, iar baza materiala a eredităţii o constituie acele elemente structurale ale celulelor care în procesul di­viziunii lor sunt capabile să se autodubleze şi să se repartizeze în mod egal între celulele-fiice. Fig. 6. Schema meiozei Numeroase cercetări au permis să se poată stabili, că cromozomii nucleului celular sunt capabili să satisfacă aceste condiţii. Treptat s-a format opinia că unităţile materiale, denumite de Mendel factori ereditari, sunt localizate în cromozomi. Primele confirmări experimentale în acest sens au fost obţinute în anul 1902 de către V. Sutton în SUA şi de către T. Boveri în Germania. Studiind procesul de gametogeneză la lăcustă şi la alte specii de animale, Seton a reuşit să urmărească modul de repartizare a cromozomilor în gameţi, reunirea lor în zigoţi şi principiul de transmitere a caracterelor urmaşilor. Concomitent s-a constatat că comportamentul specific al caracterelor, stabilit de Mendel, este condiţionat de acelaşi mecanism ca şi comportamentul cromozomilor omologi în procesul gametogenezei şi fecundaţiei. A devenit cunoscut faptul că genele alele sunt localizate pe perechile de cromozomi omologi: câte una în fiecare cromozom. Prin urmare, combinarea cromozomilor duce în mod automat şi la combinarea genelor alele localizate în ei. În acest fel comportamentul cromozomilor omologi serveşte în calitate de mecanism citologic al combinării genelor şi, corespunzător, al caracterelor într-un şir consecutiv de generaţii. Prin acest mecanism legile eredităţii, descoperite de Mendel, capătă o bună explicaţie. Concluziile făcute de V. Sutton şi T. Boveri au pus o bază solidă teoriei cromozomale a eredităţii, numită morganism, în cinstea vestitului geneticiian american T. Morgan, care a adus o mare contribuţie la demonstrarea experimentală a rolului cromozomilor în transmiterea ereditară.

III. TEORIA CROMOZOMIALĂ A EREDITĂŢII

3.1 Cromozomii, genele şi caracterele

După cum am menţionat deja în urma cercetărilor citologice şi a primelor cercetări genetice la începutul secolului nostru au devenit absolut evidente următoarele: 1. Toate celulele au un număr determinat de cromozomi, localizaţi în nucleu. 2. În celulele somatice cromozomii formează perechi. 3. La reproducerea celulelor cromozomii se divizează şi sunt distribuiţi în părţi egale între cele două celule-fiice. Datorită acestui fapt fiecare celulă obţine două copii de cromozomi de fiecare tip. 4. La formarea celulelor sexuale (gameţilor) se produce o diviziune reducţională (meioză), care asigură micşorarea de două ori a numărului de cromozomi. Gameţii au numai câte o copie de cromozom de fiecare tip. 5. Ovulele fecundate conduc la formarea zigotului (ovulului fecundat), în nucleul căruia se restabileşte garnitura dublă de cromozomi. Zigotul este celula iniţială a noului organism, care începe a se dezvolta. Aceste principii se află la baza teoriei cromozomice a eredităţii, numită morganism, în cinstea cunoscutului savant american T. Morgan, care prin cercetările sale a dovedit pe cale experimentală rolul cromozomilor în transmiterea ereditară a caracterelor. Conform acestei teorii, unităţile materiale ale eredităţii (genele) formează ele­mentele structurale ale cromozomilor şi se localizează în ele în ordine liniară. În aceeaşi perioadă, datorită alianţei dintre genetică şi citologie, a luat naştere citogenetica, o ramură independentă a biologiei, care a explicat şi a dovedit aptitudinile ereditare abstracte, descoperite de Mendel. Pe baza a numeroase observaţii şi experienţe cu musculiţa oţetului (Drozophila melanogaster) Morgan a stabilit modul în care sunt moştenite caracterele cele mai manifeste. Luând în consideraţie, că drozofila are caractere multe, iar cromozomi doar 8, el a făcut concluzia că între cromozomi şi gene nu poate fi pus semnul egalităţii, ele nu sunt identice: genele reprezintă componentele structurale ale cromozomilor şi sunt localizate în număr mare în ei în ordine liniară. A fost confirmat faptul că genele sunt elementele prin care se transmite informaţia ereditară. Genele joacă un rol dintre cele mai însemnate în toate procesele vitale. Puţin probabil că există vre-un caracter care să nu se găsească într-o măsură oarecare sub controlul genelor. Genele controlează culoarea şi forma animalelor şi a plantelor, dimensiunile şi ritmul lor de creştere, capacitatea de a vedea, auzi, mirosi şi chiar măsura în care copilul este receptiv la educaţie. Pentru a ne da sama de importanţa genelor, să comparăm organismul cu o fabrică sau uzină, unde se desfăşoară un număr enorm de procese. Grupe de muncitori specializaţi execută operaţii conform unor indica­ţii precise date de cineva. În «fabrica» organismu-lui aceste indicaţii sunt date de gene. Genele îşi exercită acţiunea la orice stadiu de dezvoltare a organismului de-a lungul întregii lui vieţi. Cu toate acestea nu înseamnă deloc că genele constituie unicul factor ce condiţionează dezvoltarea. Asemenea proceselor de producţie de la întreprinderi industriale, procesele vitale depind, bunăoară, de aprovizionarea cu materialele necesare, precum şi de alte aspecte. De exemplu, genele care condiţionează creşterea normală nu-şi pot manifesta pe deplin potenţele la plantele cultivate pe un sol sărac sau la animalele prost alimentate. Remarcabile capacităţi intelectuale, determinate de gene, pot rămâne fără manifestare-la copiii care nu au căpătat instruirea necesară. Dezvoltarea în cadrul fiecărei etape este controlată prin interacţiunea genelor şi a factorilor din mediul extern. Ce sunt, totuşi, genele? În istoria cercetării structurii Genei momentul principal l-a constituit dezvăluirea naturii alelismului. T. Morgan, autorul teoriei cromozomiale a eredităţii, considera că genele reprezintă structuri elementare, fără diviziuni ulterioare, care ocupă un loc strict determinat în cromozom şi care în timpul mutaţiilor (modificărilor ereditare) se schimbă inte­gral. Bază pentru o asemenea concluzie au servit experienţele în domeniul alelizmului. Alele se numesc diferitele stări (mutaţii) ale uneia şi aceleaşi gene. În anii 1928-1930 renumitul geneticiian N. P. Dubinin a descoperit la drozofilă un şir de mu­taţii de tipul «scut», care priveau dezvoltarea perişorilor. Desenul amplasării pe corpul acestei musculiţe a perilor mari are un caracter cât se poate de precis. În schimb diferitele mutaţii «scut» conduceau la faptul că în diferite părţi ale corpului drozofilei perişorii nu se dezvoltau. Aceste noi fenomene nu puteau fi nici într-un fel explicate, reieşind din concepţia indivizibilităţii genelor. N. P. Dubinin a fost pri­mul care a emis ideea că genele mutează pe părţi şi nu integral. În acest context urma să se accepte ipoteza că genele se divid, adică sunt compuse din forma­ţii şi mai mici. Prin lucrările lui N. P. Dubinin, I. I. Agol, A. O. Gaisinovici, A. S. Serebrovschii, S. G. Levit, N. I. Şapiro şi ale altor savanţi a fost creată teoria centrică a genei conform căreia în gene există numeroase centre, dispuse în ordine liniară şi capabile să se modifice (să muteze) unul independent de altul.

3.2 Mutaţiile ca sursă de alele noi

Mutaţia reprezintă o modificare structurală şi funcţională a genelor, care se transmite prin ereditate şi din care rezultă gene alele. În urma unui şir de mutaţii ale unei gene care ocupă un loc constant (locus) în cromozom, se formează o serie de gene alele. Alela normală sau alela «de tip sălbatic», cum i se mai spune, se consideră dominantă, iar alela care apare în urma modificării acestea se numeşte alelă mutanta sau recesivă. La musculiţa oţetului culoarea ochilor este determinată de o serie dintr-un număr do 12 alele, care şi condiţionează apariţia tuturor variaţiilor coloristice de la roşu-aprins până la alb. La iepuri s-a descoperit o serie din patru alele care condiţionează culoarea neagră, cenuşie, himalaiană şi albă a blănii. Culoarea neagră reprezintă culoarea dominantă, iar cea albă, în raport cu celelalte culori, este recesivă. La rândul ei, culoarea cenuşie este recesivă în raport cu cea neagră şi dominantă în raport cu alte culori. Culoarea himalaiană este dominantă în raport cu cea albă şi recesivă în raport cu celelalte. Cunoştinţele teoretice despre modul în care sunt moştenite caracterele date sunt folosite pe larg în practică în vederea obţinerii culorii dorite a blă­nii la iepuri. De exemplu, prin încrucişarea a doi iepuri de culoare neagră în generaţiile care rezultă se pot obţine nu numai iepuri negri, ci şi suri, himalaeni şi chiar albi. În toate cazurile rezultatele încrucişării depind de genotipul perechilor parentale. Dacă sunt încrucişaţi doi iepuri negri heterozigoţi după culoarea neagră şi cenuşie, în descendenţă se vor obţi­ne 75 % de iepuri de culoare neagră şi 25% de culoare cenuşie. Dacă, însă, părinţii sunt heterozigoţi după culoarea himalaiană şi albă, 75% de descendenţi vor fi himalaeni, iar 25%-albi. La iepurii himalaeni coloraţia blănii este albă, iar pe vârful urechilor, pe coadă, bot şi pe labe - neagră. Dat fiind faptul că şi cromozomii, şi genele sunt destul de statornice şi în virtutea acestei împrejurări, mutaţiile se produc relativ rar apariţia de noi gene are loc la fel de rar. Dacă ar fi altfel, în natură ar domina, în schimbul legilor după care se desfăşoară transmiterea de caractere, un haos general. Să prezentăm câteva exemple de mutaţie. În anul 1791 în statul Masacusets (SUA) într-o turmă de oi a apărut un miel-mutant cu picioare foarte scurte. Crescătorii de oi l-au remarcat şi au găsit că este raţional ca prin selecţie acest caracter (picioarele scurte) să fie fixat în ereditate. Explicaţia? Nu mai era nevoie de a se construi ocoale înalte. Aşa a apărut vestita rasă anconă de oi cu picioare scurte. După cum se ştie, vaci fără coarne se întâlnesc rar. Mutaţia în urma căreia au apărut aceste soiuri de vaci s-a produs în 1889 în statul Canzas (SUA). Tot pe calea selecţiei ea a fost fixată şi astfel s-a pus începutul vitelor de rasa Herford fără coarne. Vacile fără coarne, deşi din neobişnuinţă ele ne par nu tocmai arătoase, în schimb au mai puţine şanse de a se răni în timpul «disputelor». Este general cunoscută comparaţia cu o cioară albă. Dar a văzut oare cineva dintre dumneavoastră o cioară albă? În muzeul Darwin din Moscova sunt expuse sub forma împăiată păsări şi animale de culoare albă, aşa-numiţii albinoşi: exemplare de cioară, stăncuţă, vulturi, samur ş. a. De curând în Primorie nişte vânători au capturat un lup alb. În grădina zoologică din Deli există un tigru alb, iar la Tochio se află o girafă de culoare albă - singurul exemplar din lume. În octombrie 1967 în junglele Rio-Muni (Guineea Ecuatorială) a fost descoperită o gorilă complet albă, fapt care a produs o adevărată senzaţie printre zoologi. Ei i s-a dat numele de «Fulguşorul» şi a fost dusă într-una din grădinile zoologice ale acestei ţări. Se întâlnesc de asemenea mutanţi de alt tip, când funcţiile genelor nu sunt reprimate, ci, din contra, se intensifică. În urma anumitor modificări se poate forma o genă care să condiţioneze formarea unui pigment ne întâlnit la indivizii de specia dată. Există, de exemplu, lupi negri, roşii. În sovhozul «Cabadian» din Republica Tadjică s-a născut un miel cu blană albastră.

3.3 Mutaţiile şi mediul

Mutaţiile pot fi utile, neutre sau dăunătoare pen­tru organismul dat. Mutaţiile utile (adaptive) stau la baza dezvoltării evolutive a organismelor prin intermediul selecţiei naturale. Astfel, gâtul lung al girafei, apărut ca urmare a unei mutaţii, prezenta avantaje în lupta pentru existenţă faţă de gâtul scurt. Microbii mutanţi, care sunt mai rezistenţi la antibiotice, continuă să existe, în timp ce microbii sensibili la acestea per. De regulă, mutaţiile dăunătoare duc la moartea organismelor sau le determină sterilitatea, şi, deoarece nu pot lăsa descendenţi, aceste organisme sunt treptat eliminate de pe arena evoluţiei. În cel mai bun caz, în urma mutaţiilor dăunătoare organismele rămân vii, dar caracterele le sunt schimbate într-o aşa măsură, încât nu mai sunt capabile să ţină piept concurenţei cu alte organisme şi sunt nevoite să cedeze locul unor indivizi mai adaptaţi. Mutaţiile neutre sau indiferente nu afectează caractere şi însuşiri de importanţă vitală ale organismului, care să determine o modificare a potenţialului său biotic. Astfel de organisme se înmulţesc în mod normal, mutaţiile neutre acumulându-se treptat în populaţii. O buclă de păr alb pe un fundal de păr negru la bărbaţi nu influenţează asupra creşterii, dez­voltării, căsătoriei şi asupra capacităţii reproductive a acestuia. Din această cauză o astfel de mutaţie nu are sub raportul capacităţii vitale a subiectului nici o urmare, îi este indiferentă. Şi totuşi i, majoritatea absolută a mutaţiilor sunt dăunătoare pentru organism. De ce? Să încercăm să găsim explicaţia. Se ştie că speciile există în' condiţii naturale timp de milioane de ani. Într-un timp atât de îndelungat indivizii care le compun sunt confruntaţi cu cele mai variate condiţii de mediu. Supravieţuiau doar cei care se puteau adapta uşor, acomodându-se la noile condiţii. Toţi ceilalţi periau. Indivizii supravieţuitori erau adaptaţi nu numai la un singur factor al ambianţei, ci la întreg complexul de factori, prezenţi în ea. Din această cauză la ei toate caracterele şi însuşirile sunt bine coordonate, dezvoltate şi exprimate fenotipic în chipul cel mai fericit toa­te genele din sistemul genotipurilor acestor organisme se condiţionează reciproc, acţiunea uneia dintre ele se combină armonios cu acţiunile altora exact în felul în care se îmbină armonios acţiunile tuturor interpreţilor dintr-o orchestră simfonică bine dirijată. Dar intervine momentul producerii mutaţiei, care determină modificarea uneia dintre însuşirile organismului. Organismul mutant încă nu s-a acomodat de­finitiv la condiţiile reale de viaţă, gena care a suferit o modificare încă nu s-a înscris în constelaţia altor gene din sistemul genetic, acţiunea ei întră în contradicţie cu direcţia generală de acţiune a întregului genotip. Dacă o asemenea mutaţie are un caracter dominant, adică se manifestă imediat în fenotip, atunci purtătorul acestei mutaţii are puţine şanse să-şi continue existenţa. Bunăoară, plantele de grâu cu tulpină lungă şi subţire au puţine şanse să se menţină în poziţie verticală în timpul irigării, comparativ cu exemplarele cu tulpina groasă şi scurtă. Dacă, însă, muta­ţia are un caracter recesiv, un timp ea se menţine în stare recesivă fără să producă vre-o daună purtătorului ei. Dar, începând cu cea de-a doua generaţie, această mutaţie începe să treacă treptat în stare homozigotă şi acţiunea ei se va răsfrânge asupra organismului. De regulă, prin selecţia naturală aceste organisme sunt eliminate din populaţie-tot aşa cum, să zicem, conducătorul unui ansamblu de dansuri înlocuieşte dansatorul, având un picior luxat, pentru ca acesta să nu încurce celorlalţi. Cu alte cuvinte, probabilitatea ca mutaţia numai ce produsă să prezinte imediat valoare adaptivă pentru organism este extrem de mică. Această probabilitate poate fi asemănată cu felul în care un meşter-ceasornicar scoate pe achipuite din cutia cu piese de schimb anume piesa care este necesară pentru marca de ceasornic adus la reparaţie. Se poate mai degrabă aştepta să-i nimerească o piesă asemănătoare de la o altă marcă de ceasornic, fapt care n-ar îmbunătăţi, ci, din contra, ar conduce la o mai proastă funcţionare a întregului mecanism. Aşa stând lucrurile, în sistemul genotipului dat sunt «achiziţionate» doar acele mutaţii care sunt aprobate prin selecţie naturală. De remarcat faptul că noţiunile de nocivitate sau utilitate a mutaţiilor, de caractere dominante şi recesive sunt cât se poate de relative. In dependenţă de condiţiile concrete în care trăieşte organismul dat, aceste noţiuni pot să treacă dintr-o categorie în alta. Astfel, la nord blana albă a ursului alb reprezintă un caracter util, iar în regiunile centrale ale planetei el va deveni dăunător, îl va împiedica să se poată ascunde de duşmani, inclusiv de vânători. Mai sus am menţionat că prin interacţiunea eredităţii cu mediul se formează fenotipul organismelor. Dar în ce măsură caracterele organismului depind de ereditate şi în ce măsură de mediul ambiant? Iată rezultatele unei experienţe. Dacă sunt crescuţi în in­cubator, iepurii himalaeni rămân absolut albi, lipsindu-le porţiunile negre de pe anumite părţi ale corpului. iar dacă unui epure himalaeani se vor smulge de pe o porţiune perii de culoare albă şi locul gol apărut se va menţine la o temperatură joasă, perii cres­cuţi din nou vor fi negri. Aceasta înseamnă că gena culorii la epurele himalaean nu determină în mod nemijlocit apariţia perilor negri sau albi. Ea condiţionează numai reacţia specfică a perilor la acţiunea termică: la o temperatură scăzută a corpului (ca şi în cazul răcirii artificiale a unor porţiuni ale pieii) cresc peri de culoare neagră, iar la o temperatură ridicată perii rămân albi. Majoritatea caracterelor cantitative depind în mare măsură de mediul ambiant. Genotipul determină cadrul în care va decurge dezvoltarea organismului, iar factorii externi determină dezvoltarea în limitele stabilite de genotip. Câinele care a fost bine hrănit este mai mare decât cel ţinut flămând. Dar un ţânc de rasă vînătorească silit să îndure foame va creşte, totuşi, un câine mai mare decât ţâncul bine hrănit al unui câine de cameră. Diferitele rase de vite cornute mari şi unii indivizi luaţi aparte din cadrul aceleiaşi rase se deosebesc prin genotipuri, care determină cantitatea de lap­te format. Atunci, însă, când o vacă cu un genotip bun este prost hrănită, ea poate să dea chiar mai puţin lapte decât una având un genotip mai inferior, dar care este întreţinută în condiţii mai bune. În aceste cazuri este important să se stabilească în ce măsură pot influenţa condiţiile de mediu asupra potenţelor ereditare ale organismului. Cu alte cuvinte, este necesar să se creeze astfel de condiţii în care posibilităţile potenţiale conţinute în genotip să se manifeste plenar în fenotip, adică în organismul matur. Protejarea acţiunii genotipului de influenţele dăunătoare ale mediului în timpul formării caracte­relor cantitative reprezintă una dintre cele mai importante (dar şi dintre cele mai dificile) sarcini, ce stau în faţa geneticiienilor şi a selecţionatorilor.

IV. BAZELE MOLECULARE ALE EREDITĂŢII

4.1 Acizii nucleici

Cromozomii, în care sunt localizate genele, sunt nişte structuri cu caracter molecular, alcătuite dintr-un mare număr de elemente de natură chimică diferită. Aproximativ 90% din masa totală a cromozomilor o constituie aşa-numitul complex nucleo-histonic, format din acid dezoxiribonucleic (ADN) şi proteine histonice. În afară de aceasta, în componenţa cromozomilor mai intră şi mici cantităţi de proteine bazice, de lipide, acizi ribonucleici (ARN) şi cationi ai unor metale (calciu, magniu ş. a.). Să vedem, ce funcţii îndeplinesc fiecare dintre aceste componente şi care molecule sunt înzestrate cu proprietăţi ereditare. La dezvoltarea cunoştinţelor despre moleculele ereditare o mare contribuţie a adus remarcabilul savant N. CE- Colţov. Încă în anul 1927 el a emis o serie de ipoteze şi presupuneri în legătură cu natu­ra chimică a substanţei responsabile de păstrarea, transmiterea şi realizarea capacităţilor ereditare (genetice) ale organismelor. Colţov a exprimat aceste idei privind mecanismul care asigură continuitatea materialului ereditar prin formula: «Omnis molecula ex molecula»: «Fiecare moleculă provine din altă moleculă». Către acest timp, datorită lucrărilor lui Morgan, şi-a câştigat încredere unanimă ideea că genele sunt aranjate într-o ordine strict determinată în cadrul structurilor liniare cromozomale. Dar structura moleculară a cromozomilor rămânea complet necunoscută. Pornind de la raţionamente pur logice, Colţov a ajuns la concluzia că fiecare cromozom conţine două molecule gigantice absolut identice. El a făcut presupunerea, că aceste molecule ereditare sunt nişte pro­teine. Mai mult, el a propus şi explicaţia mecanismului de autodublare a moleculelor ereditare, mecanism care a fost demonstrat pe cale experimentală abia peste 30 de ani. Conform opiniei lui Colţov, la diviziunea celulelor trebuie să aibă loc procesul de formare pe baza moleculei deja existente a unei a doua molecule identice cu prima. În această privinţă Colţov s-a dovedit a fi un adevărat profet, deşi ideea despre natura proteică a materialului ereditar era greşită. Mult timp mai târziu a devenit cunoscut faptul că informaţia ereditară se conţine în moleculele acizilor nucleici. Ce reprezintă acizii nucleic? Primele cercetări asupra acizilor nucleic au fost întreprinse în anul 1868 de către tânărul savant elveţian F. Miescher. În laboratorul lui E. Hoppe-Zeiller - cunoscut biochimist german - el s-a ocupat de studierea compoziţiei nucleelor leucocitelor. Miescher a reuşit să extragă din acestea o substanţă bogată în fosfor, pe care a numit-o nucleină (de la latinescul «nucleus» - «nucleu»). Cercetările întreprinse ulterior au arătat, că nucleina nu este o substanţă simplă, ce un compus comp­lex, alcătuit din proteină şi acid nucleic. Dat fiind faptul că la acel timp proteinele erau cunoscute, chimiştii şi-au propus să extragă din nuc­leină celălalt component al ei - acidul nucleic - în vederea studierii compoziţiei acestuia. În 1871 au fost publicate rezultatele cercetărilor iniţiale asu­pra nucleinei, de aceea, în mod formal, acest an este considerat drept anul descoperirii unei noi clase de compuşi organici - acizii nucleici. În anul 1889 chimistul Altmann a obţinut pentru prima oară acid nucleic în stare pură din drojdie, fapt ce l-a determinat să-l numească acid nucleic de drojdie. Peste trei ani alt chimist, pe nume Lilienfeld, din timusul unui viţel a extras un alt acid nucleic, care avea o compoziţie întrucâtva diferită şi pe care l-a numit acid timonucleic. Cercetări în­treprinse în continuare au arătat că acidul nucleic de drojdie este prezent în diferite organe şi ţesuturi ale plantelor, animalelor şi omului, în special în citoplasma celulelor. Din această cauză i s-a dat numele de acid nucleic citoplasmatic. Cel de-al doilea acid nucleic, însă, s-a putut extrage numai din nucleele celulelor şi a fost numit acid nucleic nuclear. Aceste denumiri ale acizilor nucleici s-au păstrat până ce ei au fost supuşi unei analize mai minuţioase. După cum s-a putut constata, ambii acizi, în ce priveşte compoziţia chimică, seamănă unul cu altul, deşi există şi anumite deosebiri. Structura primară a ambilor acizi nucleic este compusă dintr-un număr mare de monomeri - aşa-numitele nucleotide - care, la rândul lor, constau din trei componente diferite: un hidrat de carbon (zahăr), acid fosforic şi o bază azotată. Nucleotidele se disting după compoziţia hidratului de carbon şi a bazelor azotate. Astfel, nucleotidele acidului nucleic citoplasmatic conţin riboză, iar cele ale acidului nucleic nuclear conţin un alt glucid - dezoxiriboză. În legătură cu aceasta savanţii au început să denumească acizii nucleici nu în dependenţă de localizarea lor în celulă (nucleică, citoplasmatică), că după glucidul, care intra în componenţa lor şi anume acidul dezoxiribonucleic (prescurtat ADN) şi respectiv acidul ribonucleic (prescurtat ARN). Din componenţa ADN fac parte următoarele patru baze azotate: adenina (A), guanina (G), ctozina (CE) şi timina (T), iar ARN conţine adenină, guanină, citozină şi uracil (U). În ce constă rolul genetic al acizilor nucleic? Funcţia genetică a acizilor nucleic a fost relevată experimental pentru prima oară în anul 1944 de către O. Avery, C. Mac-Leod şi M. Mac-Carty. Introducând într-o cultură de pneumococi încapsulaţi ADN, ei au reuşit să le inducă un nou caracter - apariţia capsulei. În esenţă, avea loc transformarea unei forme de pneumococi în alta. După stabilirea rolului pe care îl joacă ADN în procesul transformării pneumococilor experienţe similare au fost înfăptuite şi cu alte bacterii. S-a putut constata că, cu ajutorul ADN-ului extras din unele bacterii se pot determina la altele nu numai modificări în caracterele externe (de exemplu, formarea de capsule sau cili), ci şi în proprietăţile lor biologice, bunăoară, rezistenţa la antibiotice (penicilină, streptomicină), la diferite substanţe medicamentoase (sulfatizol, sulfonamid), precum şi capacitatea de a sintetiza aminoacizi (lizină) şi vi­tamine (B12). Moleculele de ADN ating dimensiuni gigantice şi, de regulă, sunt formate din două catene, în timp ce moleculele de ARN au o masă moleculară mult mai mică şi sunt formate dintr-o singură catenă. În anul 1953 pe baza a numeroase date, obţinute prin diferite metode J. Watson şi F. Crick au creat pentru prima oară un model al structurii moleculei de ADN, conform căruia ea este formată din două cate­ne de polinucleotide unite între ele şi răsucite, având aspectul unei spirale duble. Pe lângă aceasta, molecula de ADN este capabilă să formeze şi o superspirală, adică poate căpăta o astfel de configuraţie care permite acestei molecule gigantice să ocupe un loc ne însemnat în nucleele celulelor. De exemplu, în colibacil, una din bacteriile cele mai răspândite, întreaga moleculă de ADN este «împachetată» într-o' structură, amintind un nucleu minuscul. Dacă, însă, enorma moleculă de acid nucleic, strânsă ghem, ar fi desfăşurată şi întinsă într-o linie dreaptă, lungimea ei ar constitui un milimetru. Aceasta este de o sută de mii de ori mai mult decât diametrul nucleului în care s-a aflat instalată molecula! Cu ce este mai prejos decât un autentic fir al vieţii?!

4.2 Mecanismul de replicare a ADN

Molecula de ADN este elementul activ, care transmite de la părinţi la urmaşi, din generaţie în generaţie, întreaga informaţie ereditară şi această capacitate poate fi considerată cea mai uimitoare dintre toate capacităţile cu care este înzestrată. Modelul structurii moleculei de ADN, propus de Watson şi Crick, a permis să fie explicate şi înţelese un şir de procese biologice importante ca: mecanismul de reproducere (replicaţie) a însăşi moleculei de ADN, transmiterea caracterelor prin ereditate, codul genetic al sintezei proteinelor, cauzele variabilităţii organismelor ş. a. m. d. Despre toate acestea vom vorbi în continuare. T. Watson (n. 1928) Fr. Crick (n. 1916) Probabil, că puţini sunt cei care n-au auzit despre unicelulara amibă. Ea se înmulţeşte prin diviziune formând în consecinţă două celule-fiice. Fiecare dintre amibele-fiice, la rândul său, se divid iarăşi în câte două celule. S-a calculat că în celulele-fiice, rezultate din cea de-a 500-a diviziune, nu se mai păstrează nici o moleculă din substanţele care întrau în com­poziţia celulei materne primare. Dar de fiecare dată, după aspectul exterior şi însuşiri, celulele-fiice au trăsături comune cu celula maternă primară: dispun de aceeaşi compoziţie chimică şi au acelaşi tip de meta­bolism. În virtutea acestui fapt, la fiecare diviziune a celulei, concomitent cu dublarea, are loc şi reproducerea unei substanţe care conţine informaţia ce determină toate caracterele şi însuşirile ereditare ale amibei şi asigură transmiterea acestora la descendenţă. Această substanţă urma să posede capacitatea de a se dubla. Iată în ce mod prezentau Watson şi Crick mecanismul autoreproducerii moleculei de ADN. În corespundere cu schema propusă de ei, molecula răsucită sub formă de spirală dublă trebuia la început să se desfacă de-a lungul axei sale. În timpul acestui proces are loc ruperea legăturilor hidrogenice dintre două filamente care, odată ajunse în stare liberă, se separă. După aceasta de-a lungul fiecărui filament din nucleotidele libere cu ajutorul fermentului ADN - polimerază se sintetizează cel de-al doilea filament. Aici intră în vigoare legea complimentarităţii în conformitate cu care la adenină, într-un filament comun, se alipeşte timina, iar la filamentul cu guanină se alipeşte citozina. Ca urmare, se formează două molecule-fiice, care după structură şi proprietăţi fizice sunt identice cu molecula maternă. Aceasta-i totul. E simplu, nu-i aşa? La o examinare mai atentă a acestui proces, însă, cercetătorii au avut de întâmpinat o dificultate. Fapt este că moleculele de ADN sunt foarte lungi, fiind de aceea numite adesea molecule centimetrice. În celulele organismelor superioare, să zicem, la om, lungimea unor filamente din cromozomi atinge câţiva centimetri. Fireşte, aceasta nu înseamnă deloc că molecula de ADN poate fi văzută cu ochiul liber: grosimea acestor filamente este infimă-de 20-25 angstromi (1 angstrom – 10-8 cm). Tocmai de aceea în munca cu acizii nucleici şi este nevoie de utilizarea celor mai perfec­te microscoape. Dar dacă lungimea acestor molecule este atât de mare, cum de reuşesc ele, totuşi , să se dezrăsucească în celulă, fără a se încălca şi în intervale foarte mici de timp? Să examinăm procesul de dezrăsucire a ADN-ului în celulele celor mai mici organisme - a bacteriilor. Lungimea ADN-ului bacterial constituie câţiva milimetri. Jirul (bucla) unei spirale este egal cu 34 angstromi iar intervalul de timp care se scurge între două diviziuni consecutive ale celulelor bacteriene este de 20-45 minute Pentru replicarea (autoreproducerea) ADN-ului se consumă mai puţin de o treime din acest timp Dacă, pornind de la aceste consideraţii, se va calcula viteza de rotaţie a capetelor moleculelor de ADN la dezrăsucire, se va obţine o mărime fantastică: 15000 rotaţii pe minută! Se înţelege de la sine că acest lucru este puţin probabil. Aceasta făceau necesar elaborarea de noi modalităţi pentru explicarea modului în care ADN reuşeşte să se dubleze în intervalele de timp atât de scurte. Numeroasele date confirmă că în procesul diviziunii în celule se produce o repartizare exactă în părţi egale a ADN-ului între celulele-fiice. Cum se produce acest fenomen? În principiu în celulele-fiice sunt posibile trei căi diferite de diviziune a ADN-ului: calea conservativă, calea semiconservatică şi calea dispersă. În caz de replicaţie conservativă a ADN-ului pe o moleculă integrală cu două filamente, se construieşte din nou, ca pe o matriţă, o moleculă identică de ADN, iar celula iniţială rămâne neschimbată. La metoda semiconservativă molecula primară se descompune în două filamente şi pe fiecare din ele se construieşte câte o moleculă integrală de ADN. Metoda de dispersie prevede ca materialul ADN-ului iniţial să fie repartizat uniform la celulele-fiice, iar celelalte sectoare ale ADN-ului să fie construite din nou. Care din aceste metode de replicaţie a ADN-ului se aplică în realitate? La această întrebare au răspuns Meselson şi Stahl, elaborând o metoda specială de centrifugare echilibrată a moleculelor de ADN. Esenţa acestei metode constă în următoarele: dacă la o centrifugare obişnuită moleculele polimere se divizau conform greutăţii moleculare, apoi la centrifugarea echilibrată macromoleculele se divizau conform densităţii specifice. În acest scop centrifugarea se făcea într-o soluţie de săruri cu mare densitate. Deoarece întotdeauna se poate alege o concentraţie a soluţiei care ar corespunde densităţii polimerului studiat, moleculele substanţei studiate se concentrează în acel loc îngust al epruvetei, unde densitatea substanţei este egală cu densitatea mediului, adică a soluţiei. Ajungând aici, substanţa nu se va mai disloca. Dacă preparatul studiat conţine câteva tipuri de mole­cule cu diferită densitate, ele se vor concentra în diferite sectoare ale epruvetei. Efectuând o serie de experienţe fine, Meselson şi Stahl au reuşit să determine mecanismul semiconservativ al replicaţiei ADN-ului (des. 8). Dar mai rămânea ne soluţionată încă o problemă, cea a dinamici procesului de replicaţie: a fost descoperit un ferment special, care realiza replicaţia. Fermentul a fost numit ADN-polimerază. A. Cornberg, biochimist american, a Clarificat că ADN-polimeraza se deplasează din direcţia polului 5' spre polul 3' al filamentului ADN. Pentru că filamentele ADN-ului nu sunt paralele în orice pol al lor, un filament purta liber un 3' -atom de hidrat de carbon, iar celălalt filament - un 5' -atom. Aceasta înseamnă că fermentul ADN-polimeraza se putea alipi numai la un pol al ADN (la polul 5') şi târî de-a lungul acestui filament, iar al doilea trebuia să rămână liber. Dar experienţele arătau, că se întâmplă invers - ambele filamente de ADN erau supuse replicaţiei. În anul 1968 savanţii japonezi, în frunte cu R. Ocazachi, au contribuit la soluţionarea acestei controverse. S-a dovedit că Cornberg a avut dreptate şi că ambele filamente de ADN au fost supuse la dublare, numai că sinteza noilor filamente se efectua pe segmente scurte - «frag­mente Ocazachi», căci aşa au fost numite ele mai târziu. Conform concluziei lui Ocazachi, moleculele fermentului ADN-polimeraza se alipesc de ambele filamente de ADN, dar ele trebuie să-şi încapă munca în direcţii opuse. Acest lucru e explicat schematic în figura 9: a, b, c. La început ADN-ul se desface de la un pol, formând o furcă de replicaţie de care se alipesc moleculele de ADN-polimerază. În timp ce ele muncesc, sintetizând copii ale polilor eliberaţi, ADN-ul continuă să se desfacă şi pentru ADN-polimeraza devine accesibil un nou sector al ambelor filamente. Prima moleculă a fermentului îşi poate continua mişcarea de-a lungul filamentului 5' eliberat, iar de sectorul elibera al filamentului 3' se alipeşte o nouă moleculă de ADN-polimerază. Cu cât se desfăşoară mai mult procesul de desfacere a ADN-ului, cu atât va apare o cantitate mai mare de fragmente. Este interesant că în experienţele lui Ocazachi pe filamentele 5' copiile noi se sintetizau şi ele în fragmente. Ce se întâmplă cu punţile dintre fragmente? Doar ADN-ul din celulele în care s-a terminat diviziunea nu este fragmentar. Cu un an până a descoperi Ocazachi acest lucru, savanţii Riciardson şi Veis din SUA au găsit un nou ferment. Funcţia lui consta în a uni, a alipi polii liberi zaharo-fosfatici ai moleculei de ADN. Şi deoarece verbul «a alipi» în engleză sună «ligaze» fermentul a fost numit «ligază». Tocmai ligaza e responsabilă de «cusutul» într-un tot unic al fragmentelor Ocazachi, noi sintetizate, şi transformă catena fragmentară de ADN într-o catenă întreagă. Replicaţia ADN este, însă, numai unul din numeroasele procese care asigură păstrarea şi continuarea informaţiei genetice. Pentru transmiterea acestei informaţii şi traducerea ei în caractere concrete ale organizmelor, există alte procese, la fel de complicate, şi alte «personaje». Despre unele din ele vom vorbi în continuare.

4.3 Codul genetic

Informaţia genetică este codificată în molecula de ADN prin intermediul a 4 tipuri de nucleotide, care fac parte din componenţa ei. Se cunoaşte de asemenea că informaţia genetică, codificată în ADN, se realizează în procesul sintezei biologice a proteinelor în celulă. Ca şi acizii nucleici, proteinele sunt compuşi polimerici, dar în calitate de monomeri ele conţin nu nucleotide, ci diferiţi aminoacizi. În structura proteinelor au fost descoperiţi 20-21 de tipuri de aminoacizi. În ce priveşte proprietăţile moleculei de proteină, ele depind nu numai de componenţa lor generală, dar şi de aranjarea reciprocă a aminoacizilor, exact aşa precum sensul cuvântului depinde nu numai de literele din care este compus, ci şi de ordinea lor. N. C. Colţov a calculat câte molecule diferite (izomeri) se pot obţine printr-o simplă schimbare a locului aminoacizilor dintr-un lanţ de 17. Mărimea obţinută era de circa un trilion' Dacă am dori să tipărim un trilion de izomeri, însemnând fiecare aminoacid printr-o literă, iar toate tipografiile de pe glob ar tipări anual câte 50000 de volume a câte 100 coli fiecare, până la încheierea acestei munci vor trece tot atâţia ani câţi s-au scurs din perioada arhaică şi până în prezent Dar majoritatea proteinelor sunt compuse nu din 17, ci din câteva sute de aminoacizi. În acest sens sunt impresionante calculele efectuate de savantul Senger Greutatea moleculară medie a proteinei este egală cu aproximativ 34000 S-a dovedit că din 12 ti­puri de aminoacizi prin varierea succesiunii lor se poate obţine un număr de 10300 de diferite proteine, greutatea lor totală constituind 10280 grame. E mult sau puţin? Evident, e o greutate enormă. Este suficient să comparăm această greutate cu greutatea pământului nostru, egală cu doar 1027 grame. În acest fel, odată ce fiecare dintre aceşti izo­meri are proprietăţi specifice, rezultă că încărcătura semantică în structura primară a materiei este datorată secvenţei (de fiecare dată alta) a aminoacizi­lor de-a lungul lanţului polipeptidic. Dacă este aşa, atunci prin analogie, o astfel de încărcătură seman­tică (informaţie) trebuie căutată şi în succesiunea nucleotidelor în moleculele de ADN. Se iscă întrebarea: în ce mod succesiunea a patru nucleotide diferite din molecula de ADN determină secvenţa a 20 de aminoacizi în molecula de proteină. E cam acelaşi lucru ca şi cum prin combinarea în diferite feluri a patru litere ale alfabetului se pot for­ma 20 de cuvinte diferite după conţinut şi structură. S-a dovedit că prin intermediul a patru baze azotate (nucleotide) se poate transmite o cantitate nelimitată de informaţie. Calculele demonstrează că o singură bază este capabilă să codifice nu mai mult de un aminoacid, iar toate cele patru baze (nucleotide) care întră în componenţa acizilor nucleici, respectiv nu mai mult de patru aminoacizi. De aici reiese că aminoacizii sunt codificaţi (specificaţi) de către grupe de baze. Combinaţiile din două baze pot codifica numai 16 aminoacizi (42 ), ne fiind capabile să-i specifice pe toţi 20. În schimb, combinaţiile de trei baze (nucleotide) sunt capabile să-i specifice pe toţi cei 20 de aminoacizi şi chiar pe mai mulţi (43 =64). Asemenea trei baze, situate una lângă alta (triplete), se numesc codoni şi fiecare poate codifica un aminoacid anumit. Urmau de asemenea să fie rezolvate încă un şir de alte sarcini complicate. În primul rând, era necesară relevarea modului în care în celulă are loc «citirea» informaţiei genetice. În al doilea rând, care sunt tripletele ce codifică, anumiţi aminoacizi. Prin eforturile mai multor savanţi din diferite ţări au fost elaborate câteva variante ale codului genetic, dar dintre acestea nu toate au rezistat la verificări minuţioase. Primul care a emis (încă în anul 1954) ipoteza că codul genetic are un caracter tripletic a fost fizicianul american de origine rusă G. Gamov. După cum s-a menţionat, în moleculele de acizi nucleici bazele sunt amplasate unele după altele în şir liniar şi citirea informaţiei localizate în ele se poate realiza în chip diferit. Mai jos prezentăm două variante de citire a tripletelor care conţin 12 baze: A-T-G-CE -A-T-T-A-G-CE-T-A 1 AA 2 AA 3AA 4 AA 2 AA 3 AA Citirea tripletelor din acest rând (de la stânga) se poate efectua, de exemplu, în felul în care a pro-pus Gamov, respectiv: A-T-G-primul aminoacid (1 AA) T-G-CE-al doilea aminoacid (2 AA). G-CE-A-al treilea aminoacid (3 AA) ş. a. m. d. Un astfel de cod se numeşte suprapus, dat fiind faptul că unele baze întră în componenţa a mai multor triplete vecine. Dar prin cercetări ulterioare s-a demonstrat că un asemenea cod este imposibil, deci, ipo­teza lui Gamov nu şi a aflat confirmarea. Un alt mod de citire a tripletelor, propus în anul 1961 de F. Cric, este prezentat în continuare: A-T-G - 1 AA; CE-A-T - 2 AA; T-A-G - 3 AA; CE-T-A - 4 AA. Un astfel de cod se numeşte ne suprapus. Informa­ţia pe care o conţine se citeşte succesiv după triple­te, fără omiterea bazelor şi fără suprapunerea lor. În acest fel, textul informaţiei genetice urmează să fie contopit. După opinia lui Cric, citirea informaţiei se va începe de la un anumit punct din molecula de acid nucleic, în mod contrar textul pe care îl con­ţine s-ar denatura tot aşa cum sensul cuvântului, dacă ar fi să-l citim de la o literă întâmplătoare. Experienţele ulterioare, efectuate de Cric şi colaboratorii săi în anul 1963, au confirmat justeţa ipotezei emise de el. Determinarea principiului de citire corectă a informaţiei după triplete nu constituia însă rezolvarea definitivă a problemei codului genetic, deoarece ordinea de alternare a bazelor în triplete (cuvintele de cod) poate fi variabilă, respectiv: A-G-CE, G-CE-A, CE-G-A, G-A-CE, A-CE-G, CE-A-G ş. a. m. d. Se pune întrebarea: pe care aminoacid îl codifică fiecare dintre tripletele enumerate? Primele date privind componenţa cuvintelor de cod au fost prezentate în anul 1961 în cadrul Congresului internaţional de biochimie de la Moscova de că­tre savanţii americani M. Nirenberg şi J. Mattei. Utilizând sistemul de sinteză artificială (acelulară) a proteinei, savanţii au început să depună eforturi în vederea descifrării «sensului» cuvintelor de cod, adică a modului de alternare în triplete a baze­lor. La început ei au sintetizat un polinucleotid artificial, aşa-numitul poli-U (U-U-U-U-U-U...), care conţinea sub formă de bază numai uracil. Introducând într-un sistem acelular toate componentele necesare .(suc celular, ribozomi, complexul de fermenţi necesari, o sursă de energie sub formă de acid adenozintrifosforic (ATF), o garnitura complecta compusă din 20 de aminoacizi şi molecule de poli-U), au constatat că în acest caz are loc sinteza proteinei compuse din rămăşiţele unui singur aminoacid - fenilalanină (fen-fen-fen-fen-fen...). În felul acesta identitatea primului codon a fost descfrată: tripleta U-U-U corespunde fenilalaninei. Apoi cercetătorii au realizat sinteza altor polinucleotide şi au stabilit care sunt codonii prolinei (CE-CE-CE) şi ai lizinei (A-A-A). În continuare s-a re­alizat sintetizarea garniturilor de trinucleotide (tripletele) cu diferite îmbinări ale bazelor şi s-a stabilit ce fel de aminoacizi se leagă cu ribozomii. Treptat au fost descifraţi toţi cei 64 de codoni şi a fost alcătuit «dicţionarul» complect al codului genetic. Codul genetic (ARN) Dar la ce folosesc tocmai 64 de codoni, dacă în proteină intră doar 20 aminoacizi? Înseamnă că ceilalţi sunt de prisos? La început această întrebare i-a pus în încurcătură pe savanţi, dar mai târziu a devenit clar că nu există nici un fel de «surplus» de codoni. Experienţele întreprinse de Nirenberg şi Leder au demonstrat că numeroşi aminoacizi pot fi codificaţi nu de una, ci de câteva triplete-sinonime. Bunăoară, aminoacidul numit cisteină poate fi codificat de două triplete (UGU, UGC), alanina - de patru (GCC, GCA, GCG, GCU), iar leucina de şase, (UUA, UUG, CUU, CUC, CUA şi CUG). Codul în care unul şi acelaşi aminoacid este codificat de câteva triplete se numeşte cod degenerativ. S-a constatat că din punct de vedere biologic caracterul degenerativ al codului este avantajos. Este ca un. fel de «măsură de siguranţă» a naturii, elaborată în procesul evoluţiei, când, prin înlocuirea unor codoni prin alţii, se realizează posibilitatea păstrării structurii şi a însuşirilor specifice ale proteinelor. Datorită caracterului degenerativ al codului, diferite organisme pot să introducă în proteinele de care dispun unii şi aceeaşi aminoacizi, folosind în acest scop diferiţi codoni.
Prima nucleotidă a codului 5A doua nucleotidă a codonuluiA treia nucleotidă a codonului
U CAG
U

} fenilalanină

} leucină

}serină

}tirozină,

UAA ocru

UAG ambră

}cisteină

UGA azur

UGG triptofan

U

C

A

G

C

} leucină

}prolină

}histidină

}glutamină

}arginină

U

C

A

G

A

} izoleucină

AUG metionină

}treonină

}asparagină

}lizină

}serină

}argină

U

C

A

G

G

} valină

GUG valină sau formilmet.

}alanină

}acid asparatic

}acid glutamic

}glicocol

U

C

A

G

Şi într-adevăr, să ne imaginăm pentru o clipă că moleculele de ADN (şi corespunzător cele de ARN) ale fiecărei celule conţin numai câte un singur co­don pentru fiecare aminoacid. În rezultatul unor mu­taţii aceşti codoni se pot modifica şi dacă ei nu au schimb, aminoacizii care le corespund nu vor fi cuprinşi în proteine, fapt care va duce la schimbarea structurii şi funcţiilor lor iar aceasta poate conduce, în consecinţă, la urmări negative pentru activitatea vitală a întregii celule. Dacă, însă, în urma mutaţiei se va forma un codon-sinonim, atunci totul va rămâne fără schimbări. Ceva asemănător ne putem imagina şi în cazurile când într-o şcoală sau instituţie de învăţământ superior pentru predarea unui obiect oarecare există numai un singur cadru didactic. Dacă, de exemplu, acesta se îmbolnăveşte şi nu are cine să-l înlocuiască pentru un timp predarea disciplinei respective se întrerupe. Probabil, că ar fi fost mai chibzuit dacă ar fi existat un învăţător (lector) care, intervenind la timp, să continue predarea acestei discipline. Cel puţin pentru ca elevii să nu dovedească să uite materialul studiat sau pentru ca predarea obiectului dat să nu fie reprogramată pentru alt trimestru. Cum s-a remarcat deja, moleculele acizilor nucleici sunt catene polinucleotidice, alcătuite din şiruri lungi de triplete. De-a lungul moleculelor de ADN numeroase triplete – codonii - formează sectoare aparte, numite cistrone sau gene. Fiecare genă conţine informaţia necesară pentru realizarea sintezei unei anumite proteine. Dar deoarece genele sunt am-plasate în moleculele de ADN în ordine liniară, una după alta, se întreabă: unde începe şi unde se termină citirea şi transmiterea informaţiei genetice privind fiecare proteină în parte şi ce semne convenţionale sunt folosite în acest scop? Doar codul genetic este, după cum ştim, compact, fără nici un fel de virgule în «textul» său. S-a dovedit că între cei 64 de codoni există astfel de triplete a căror funcţie constă în marcarea începutului şi sfârşitului citirii (transcripţiei) şi transmiterii (translaţiei) informaţiei genetice, conţinută în gene. Începutul translării genelor (sau, aceea ce e acelaşi lucru, începutul sintezei proteinei date) se marchează prin tripleta AUG. denumită respectiv de iniţiere. Tripletele UAG şi UAA marchează sfârşitul translării genelor (încheierea procesului de sinteză a proteinelor) şi sunt corespunzător denumite finale . În ce constă esenţa procesului de descifrare a codului genetic şi a biosintezei proteinelor? Toate caracterele şi însuşirile organismelor sunt determinate de proteine. Prin urmare, transmiterea in­formaţiei genetice în procesul sintezei proteice se desfăşoară strict conform unui anumit plan (program), schiţat din timp. Rolul de bază în biosinteza proteinelor îl joacă acizii nucleici: ADN şi câteva tipuri diferite de ARN, care se deosebesc după structură, masă moleculară şi funcţii biologice. Dintre aceştia face parte aşa-numitul ARN informaţional sau de informaţie (ARN-i), ARN de transport sau de transfer (ARN-t) şi ARN ribozomal (ARN-r). Ei sunt sintetizaţi de pe matriţele de ADN ale celulelor, cu participarea fermenţilor corespunzători - ARN-polimeraze, iar apoi încep să îndeplinească funcţiile ce le au în procesul biosintezei proteinelor. Astfel ARN-r, unindu-se în complexe cu proteine speciale, formează ribozomii, în care are loc sinteza tuturor tipurilor de proteină (proteinosinteza). Ribozomii constau din două subunităţi. În celulă numărul de ribozomi se ridică la circa 100 mii şi de aceea cantitatea generală de ARN-r din ei constituie circa 80% din totalul de ARN al celulei. Care sunt, deci, funcţiile biologice ale ADN-ului, ARN-i şi ARN-t? Care este contribuţia lor nemijlocită în procesul de biosinteză a proteinelor? Vom remarca de la bun început că ADN nu participă nemijlocit la sinteza proteinelor. Funcţia lui se limitează la păstrarea informaţiei genetice şi la replicarea nemijlocită a moleculei, adică la formarea de copii necesare pentru transmiterea informaţiei urmaşilor. Prima etapă a biosintezei proteinelor o constituie recepţionarea informaţiei genetice de la ADN şi înscrierea ei pe o moleculă ARN-i, proces care se realizează în felul următor: pe unul din firele moleculei de ADN cu ajutorul fermentului ARN-polimerază din nucleotidele libere se sintetizează firul ARN-i, în care locul timinei (T), conţinute în ADN, îl ia uracilul (U). Molecula ARN-i sintetizată, care a preluat informaţia conţinută în ADN, se instalează apoi în ribozomi, unde va servi în calitate de matriţă pentru sintetizarea proteinelor. Aceasta înseamnă că succesiunea aminoacizilor din molecula de proteină este determinată de succesiunea nucleotidelor în ARN-i. Schematic acest proces poate fi exprimat astfel: ADN®ARN-i®proteină. Pe lângă ARN-i citoplasma celulelor mai conţine nu mai puţin de 20 de tipuri de ARN-t - aceasta fiindcă fiecărui aminoacid îi corespunde cel puţin o moleculă «a sa», specifică, de ARN-t. Funcţia lui ARN-t constă în transportarea aminoacizilor spre ribozomi şi aşezarea lor pe matriţa de ARN-i în cadrul lanţului peptidic, în conformitate cu codul sintezei proteice. Pentru aceasta fiecare ARN-t trebuie «să înhaţe» aminoacidul corespunzător şi împreună cu acesta să treacă în ribozom. La realizarea acestei opera­ţii ei sunt ajutaţi de omniprezenţii fermenţi, care fac aminoacizii mai activi. La propunerea academicanului V. A. Enghelgard aceşti fermenţi, dat fiind faptul că ei participă la descifrarea codului genetic, au fost numiţi codaze . De remarcat că fiecărui aminoacid îi corespunde o codază specifică. În acest fel, pentru toţi cei 20 de aminoacizi există tot atâtea tipuri de ARN-t şi respectiv de codaze. La unul din capete moleculele de ARN-t au un sec­tor acceptor cu ajutorul căruia ele ataşă aminoacizii, în timp ce la celălalt capăt se află un anticodon-tripletă cu funcţie complementară faţă de codonul cores­punzător din ARN-i. «Încărcate» cu aminoacizi, mo­leculele de ARN-t se apropie de ribozom şi se unesc cu codonii corespunzători de ARN-i, pentru a-i complini. Procesul de translare a informaţiei genetice înseamnă transferarea succesiunii nucleotidelor ARN-i în succesiunea aminoacizilor în lanţul polipeptidic al proteinei. Sinteza proteinei începe în momentul în care în ribozomi pătrund două molecule de ARN-t; prima corespunde tripletei iniţiale, iar a doua - unei alte triplete de ARN-i, care urmează nemijlocit după prima. Când aceste molecule ajung să se afle alături, aminoacidul de pe prima moleculă de ARN-t trece pe cea de-a doua moleculă de ARN-t, unindu-se cu amino­acidul acesteia. În acest fel prima moleculă de ARN-t se pomeneşte lipsită de aminoacid şi iese în citoplasmă, în timp ce cea de-a doua moleculă de ARN-t conţine doi aminoacizi, uniţi prin legătură peptidică. În continuare, ribozomul se deplasează cu o tripletă de-a lungul moleculei de ARN-i şi în el întră o nouă mo­leculă de ARN-t, a cărei anticodon este complementar faţă de cea de-a treia tripletă (codon) a ARN-i din ribozom. Dipeptida (sau primii doi aminoacizi) se desprinde de cea de-a doua moleculă de ARN-t şi trece pe cea de-a treia moleculă de ARN-t numai ce întrată în ribozom. În acest fel se pomenesc unul lângă altul trei aminoacizi legaţi între ei şi procesul se repetă, până când este translat ultimul codon al ARN-i. În mod obişnuit fenomenul transmiterii informa­ţiei genetice este comparat cu modul de funcţionare al unei maşini de scris, unde după fiecare apăsare a clapelor careta se deplasează cu o literă, făcând loc pentru imprimarea următoarelor, până nu este dactilografiat tot textul. Încheind transmiterea informaţiei, ribozomul părăseşte firul de ARN-i şi se localizează iarăşi în citoplasmă. Moleculele de ARN-i pot avea, în dependenţă de numărul de gene (cistroane) pe care le conţin, diferite mărimi. Este limpede faptul că dacă ctirea de pe o mo­leculă lungă de ARN-i ar fi efectuată de un singur ribozom, sinteza proteinei s-ar desfăşura încet: iată de ce la translarea unor astfel de molecule de ARN-i ribozomii lucrează prin «Metoda de brigadă», câteva zeci de ribozomi unindu-se şi formând aşa-numiţii poliribozomi, sau, mai simplu, polizomi. Dar cum, totuşi , află ribozomii din care capăt al moleculei de ARN-i trebuie să încapă translarea infor­maţiei genetice? S-a stabilit că ambele capete ale moleculei de ARN-i sunt marcate distinct de anumite grupe. La unul din capete există grupuri fosfatice (însemnate convenţional prin ppp-uri latineşti), iar la altul-grupa hidroxilă (ON). Prescurtat ele sunt însemnate respectiv prin 5' şi 3'. Ribozomii se deplasează întotdeauna de la capătul 5' spre capătul 3', aşa cum e arătat pe schema ce urmează: 5' PPP-uri AUG-GCU-UCU-AAC-UUU-CGA-AAC-CUG ON... 3'. S-a mai constatat şi faptul că în moleculele acizilor nucleici nu toate tripletele sunt citite. Asemenea triplete ca UAG, UAA şi UGA sunt repartizate în locuri diferite: la începutul, la sfârşitul sau în sectoarele medii ale lanţului între anumite gene. Datorită faptului că nu sunt translate, aceste triple­te servesc ca un fel de zone de frontieră între genele pe care sinteza lanţurilor polipeptidice se întrerupe. Cu ce ar putea fi comparată activitatea codului genetic? Vom aduce aici un exemplu interesant din cartea lui X. Raubah «Enigmele moleculelor». Catena polipeptidă ne-o putem imagina ca pe un tren de marfă, iar compunerea catenei peptide poate fi comparată cu formarea acestui tren. La centrul de comanda (în nucleul celulei) este pregătită o listă în care se indică succesiunea vagoanelor (o catenă de ADN). Această informaţie urmează să fie transmisă la staţiunea de sortare (ribozomele din citoplasmă). Translarea este efectuată de un teleimprimator de construcţie specială. Pentru ca teleimprimatorul să poată funcţiona, lista iniţială trebuie să fie transcrisă pe una complementară (ARNi). În procesul acestei transcrieri se produce transformarea lui CE în G, lui G în CE, lui T în A. Teleimprimatorul mai are o particularitate: de fiecare dată, când la transformarea lui A trebuie să apară semnul T, teleimprimatorul scrie U, după cum se indică mai jos. Lista iniţială (catena ADN) TAC GAT CCC AGG CGT CAA AAG ATA ATT Transcrierea AUG CUA GGG UCC GCA GUU UUC UAU UAA Lista complementară (ARNi) Acum această informaţie transmisă prin teleimprimator este tradusă cu ajutorul tabelelor codului (translarea). Traducerea îi indică şefului de manevră succesiunea în care trebuie cuplate vagoanele. Mii de vagoane aşteaptă să fie aduse la trenul care se formează. O mică locomotivă electrică de manevrare (este a treia varietate de ARN - ARN de trans­port) trage vagoane aparte la cocoaşa de tiraj. Şeful de manevră formează acum trenul în conformitate cu traducerea pe care a primit-o. Se obţine următoarea succesiune a vagoanelor (aminoaczilor); Met-Leu-Gli--Ser-Ala-Val-Fen-Tir - sfârşit. AUG este semnalul de start din ARNi: dă ordinul să se înceapă sintetizarea catenei peptidice; ARNt- aduce la locul de sintetizare aminoacidul metionina (Met.). Met- este locomotiva electrică. Apoi tripleta CUA trebuie să aducă şi să cupleze celălalt vagon - aminoacidul leucina (Leu), apoi tripleta GGG - glicina (Gli) ş. a. m. d. Astfel, conform «planului de construcţie» pus în ADN, catena polipeptidă (trenul) creşte, datorită aminoacizilor (va­goanelor) aduse şi cuplate la locurile lor. Terminarea formării trenului este indicată în lista complementară de tripleta UAA. Tot despre aceasta semnalizează şi ceilalţi codoni finali - UAG şi UGA. La sfârşitul acestor referinţe despre moleculele ereditare poate să se nască în mod firesc următoarea întrebări: codul genetic este unul şi acelaşi pentru toate organismele sau, de exemplu, între cel al plantelor şi animalelor există anumite diferenţe? Răspunsul la această întrebare este pozitiv. Mecanismul general de sinteză a proteinelor este universal pentru toate organismele vii. Pentru majoritatea aminoacizilor s-a constatat o coincidenţă deplină a codonilor din organisme, făcând parte din regnuri diferite, la unele organisme, însă, codonii prezintă anumite devieri care se explică prin caracterul degenerativ al codului. În acest fel, «limbajul» genetic al naturii este unitar, dar în el există anumite «dialecte», ca, de altfel, în toate limbile lumii.

4.4 Mecanismul de reparaţie a defectelor din ADN

Acizii nucleic ca oricare alte molecule organice, oricât ar fi apărate de celule, sunt supuşi permanent acţiunii celor mai diferiţi factori ai mediului. De aceea aceştia modifică structura armonioasă a acizilor şi, respectiv, funcţiile, pe care le realizează. Din modificările principale ce se produc în ADN fac parte: substituirea, excluderea şi amplasarea bazelor. Aceste transformări din ADN au fost numite mutaţii genice. Ele toate conduc la denaturări în structura primară, precum şi în cele secundară, terţiară şi cvarternară a proteinelor. Aceste modificări sunt succedate de proprietăţi-le lor funcţionale, fapt ce influenţează direct asupra funcţionării celulelor şi a întregului organism. Mutaţiile genice se mai numesc şi boli moleculare, deoarece acestea provoacă adesea modificarea tipului de meta­bolism. La om au loc peste o mie de aceste boli moleculare, printre care cităm galactozemia, alcaptonuria, fenilcetonuria, drepanochitoza ş. a. Celulele sangvine roşii (eritrocitele normale) au o formă rotundă sau elipsoidă. Dacă în timpul sintezei părţii proteice a hemoglobinei acidul glutamic (Glu) în poziţia 6 este substituit cu valina (Val), va apare în loc de hemoglobină normală (HbA) o hemoglobină anormală (HbS). Eritrocitele cu hemoglobină anormală au o formă de seceră şi nu sunt în stare să îndeplinească funcţia lor de bază - să aducă oxigenul la toate ţesuturile organismului. De aceea pruncii care suferă de aceste boli moleculare ca regulă trăiesc aproximativ doi ani şi mor de anemie - insuficienţă de oxigen. Acestea sunt fenomenele apărute în urma denaturării codului genetic. Factorii mediului înconjurător, care exercită o acţiune directă asupra moleculelor acizilor nucleici, provocându-le mutaţii de diferite tipuri, sunt, în primul rând, diferitele radiaţii ionizante-şi numeroşii agenţi chimici. Numărul lor total este atât de mare, încât, dacă ce­lulele n-ar fi ocrotite de ei, ar fi imposibilă apariţia unei descendenţe sănătoase. Natura, însă, a avut grijă să înarmeze la timp celulele cu un sistem puternic de apărare contra acţiunii factorilor mutageni. Savanţilor le-a revenit sarcina să descopere taina sistemului de protecţie a celulelor. În deceniul al şaselea s-a început studierea sistematică a acţiunii radiaţiei asupra celulelor, şi, în primul rând, asupra genelor lor, precum şi cercetările metodelor de protecţie a organismelor contra iradierii. În aceste cazuri experienţele încep prin utilizarea organismelor monocelulare, care, de regulă, se aseamănă între ele. Suspensiile de celule sunt expuse la raze în doze crescânde şi savanţii caută să determine rezistenţa lor biologică după expunere. Odată A. Chelner a schimbat condiţiile experienţei: jumătate din suspensia iradiată a celulelor a lăsat-o să crească la întuneric, cealaltă jumătate - să crească la lumină. Rezultatul a fost neobişnuit. Celulele care au fost supuse la raze în întuneric şi apoi transferate pentru a creşte la lumină au supravieţuit mult mai bine, decât ce­lulele care creşteau la întuneric. La sfatul magistrului său M. Delbruc a numit acest fenomen fotoreactivare, adică restabilire luminoasă. Imediat s-a pus întrebarea - ce se produce cu ADN-ul în timpul supunerii la raze. Sa stabilit că în timpul supunerii la raze două timine, care se află alături, se contopesc într-o singură structură (TT), formând o moleculă dublă, numită dimer al timinelor. Sa constatat o corespundere exactă între numărul dimerilor din ADN şi nivelul mortalităţii, Legătura s-a dovedit a fi directă: cu cât erau mai mulţi dimeri, cu atât era mai înaltă mortalitatea. A fost clarificată şi cauza acestui fenomen. Dimerul denaturează molecula de ADN. ADN-ul se desface în locurile dimere şi, natural, cu cât sunt mai multe sectoarele tulburate, cu atât el este mai puţin activ. A devenit limpede că după fotoreactivare numărul dime­rilor din ADN, supus la radiaţie, trebuie să se reducă. La sfârşitul deceniului al şaselea geneticiianul american C. Rupert a dovedit că procesul fotoreactivării se realizează cu ajutorul unui ferment special, numit fer­ment fotoreactivator. Rupert a dovedit că fermentul se uneşte cu ADN-ul supus la raze şi restabileşte integritatea lui. S-a clarificat şi rolul luminii vizibile. Tocmai cvanţii luminii vizibile excitau moleculele fermentului şi le permiteau să-şi manifeste activitatea reparatoare. La întuneric fermentul rămânea inactiv şi nu putea tămădui ADN-ul. Setlou, un alt savant american, a demonstrat mai târziu că fermentul fotoreactivator desface pur şi simplu legăturile ce s-au format între moleculele vecine de timină, şi, ca urmare, structura ADN capătă forma lui anterioară şi se restabileşte complect activitatea lui biologică. Fermenţii reactivanţi au fost descoperiţi nu numai la bacterii, dar şi în celulele plantelor şi animalelor. Însă posibilităţile celulelor vii de a trata moleculele lor ereditare nu se limitează la reacţia fotoreactivării. Sa constatat că celulele pot să se tămăduiască şi la întuneric. Dar în aceste condiţii funcţionează cu totul alte sisteme de fermenţi. Un alt sistem de protecţie a celulelor - reparaţia la întuneric - s-a dovedit a fi mult mai complicat decât fotoreactivarea. Dacă fotoreactivarea este efectuată numai de un singur ferment, apoi în reparaţia la întuneric particpă cel puţin 5 fermenţi. Dacă în procesul foto­reactivării sunt înlăturate numai leziunile prin expunerea la raze ultraviolete (UV) -dimerii timinei, apoi în timpul reparaţiei la întuneric se vindecă şi celelalte leziuni, inclusiv cele provocate de numeroşii agenţi chimic, care vatămă ADN-ul. Procesul reparaţiei la întuneric se deosebeşte radical de procesul fotoreactivării. Sectoarele lezate sunt, pur şi simplu, extirpate din ADN. Această extirpare se realizează în câteva etape, precum vedem în fig. 11. La început un ferment special taie unul din filamentele ADN-ului în apropiere de punctul lezat. Apoi un alt ferment taie sectorul lezat. Al treilea ferment lărgeşte breşa formată: el taie unul după altul nucleotidele în catena lezată a ADN-ului. Al patrulea ferment începe a astupa breşa. În conformitate cu ordinea nucleotidelor rămase în al doilea filament al ADN-ului, ce se află în faţa filamentului extirpat, fermentul ADN-polimeraza începe procesul de astupare a breşei. Fermentul al cincilea - ligaza, despre care s-a mai menţionat, uneşte polii filamentului vechi cu cei ai fragmentului nou construit, terminând astfel restabilirea ADN-ului. Aşa dar, dacă în cazul de fotoreactivare tratamentul constituie un amestec «terapeutic» delicat, apoi în timpul reparaţiei la întuneric se efectuează o adevărată operaţie «chirurgicală». Fragmentul lezat este, pur şi simplu, extirpat din ADN şi dat afară. Celula se autooperează. Părea stranie tendinţa celulei de a lărgi breşa până la mărimi gigantice după extirparea leziunii. Un lucru asemănător face şi chirurgul, care, extirpând ţesutul bolnav, taie şi o parte din ţesutul sănătos pentru a lichida urmele bolii. Posibil că această lărgire a breşei este determinată de faptul că pentru funcţionarea corectă a fermentului el trebuie să-şi înceapă munca de la un anumit punct. Acest punct de «start» pentru începutul muncii ADN-polimerazei poate fi hotarul genei. În timpul unor experienţe autorii au notat că breşa era lărgită în unele celule până la 1000 de nucleotide, în altele - doar cu câteva zeci de nucleotide, după care lărgirea breşei se oprea. Să vedem din ce motiv se întâmplă acest lucru, V. Soifer încă în anul 1969 a presupus că pentru a se evita greşeli în cursul operaţiilor posterioare de vindecare a leziunii, este necesar ca filamentul lezat să fie distrus complect până la capătul genei în care a apărut iniţial leziunea. În cazurile când leziunea se afla în apropiere de hotarul genei, nu e nevoie a se extirpa atât de multe nucleotide. În toate celelalte cazuri e necesară extirparea unor porţiuni mult mai mari. Am vorbit numai despre două sisteme de reparaţie a celulelor care îşi protejează materialul genetic de acţiunile dăunătoare ale razelor UV şi ale radiaţiei ionizate. Deoarece partea covârşitoare a energiei radiante o formează aceste feluri de radiaţie, este limpede ce proprietate de valoare constituie capacitatea celulelor de a-şi repara structurile genetice după acţiunea acestor raze. Asupra structurilor genetice exercită, însă, influenţă şi alţi factori cu diverse mecanisme de acţiune. De aceea celulele au elaborat diferite mecanisme de autoprotecţie, dintre care multe au fost studiate doar parţial, majoritatea lor rămânând încă necunoscute şi este puţin probabil ca în viitorul apropiat să fie clarificate defi­nitiv. Natura a înzestrat fiinţele vii cu multe enigme şi procesul de descoperire a tainelor vieţii de bună samă nu se va sfârşi niciodată.

V. DETERMINISMUL GENETIC AL SEXULUI

5.1 De ce sunt necesare două sexe?

Indivizii diferitelor specii se deosebesc printr-un şir de trăsături, care în ansamblu formează aşa-numitul dimorfizm sexual. La animalele superioare şi la om aceste diferenţe sunt atât de accentuate, încât au fost puse la baza clasificării în două sexe - masculin şi feminin. Sexul constituie unul dintre cele mai complicate caractere ale organismului, având o determinare genetică. În sens larg prin sex se înţelege ansamblul de caractere şi însuşiri ale organismului, care asigură reproducerea şi transmiterea informaţiei genetice. La majoritatea speciilor el se diferenţiază încă în stadiul embrionar de dezvoltare a organismului. Când se vorbeşte de diferenţierea sexului, se are în vedere procesul dezvoltării în cursul căruia se formează deosebirile sexuale la masculi şi femele. Sexul şi caracterele sexuale joacă un rol esenţial la înmulţire. Există două modalităţi fundamentale de înmulţi­re a organismelor: asexuată şi sexuată. La realizarea înmulţirii asexuate participă numai un singur in­divid, care produce o generaţie identică lui. La înmulţirea sexuată iau parte doi părinţi. Din punct de vedere genetic această deosebire în modul de realizare a înmulţirii are o mare importanţă, deoarece în urma înmulţirii asexuate urmaşii nu prezintă nici un caracter nou, în timp ce prin înmulţirea sexuată de fie-care dată apar indivizi care prezintă anumite dife­renţe în raport cu părinţii. Înmulţirea asexuată se întâlneşte în temei la organismele unicelulare, iar cea sexuată este caracteristică pentru majoritatea speciilor de plante şi animale superioare. Sub raport evolutiv înmulţirea sexuată este superioară celei asexuate. Superioritatea acestei căi de înmulţire constă în faptul că prin ea are loc combinarea caracterelor ereditare, aceea ce determină apariţia unor diferenţe genetice la descendenţă. Înmulţirea sexuată este realizată prin încrucişarea unor indivizi de sexe diferite. Aşa stând lucrurile, este limpede că încrucişarea este necesară pentru formarea varietăţii genetice. Dar întotdeauna oare, pentru realizarea înmulţirii, sunt necesari indivizi de două sexe? Unele specii de şopârle sunt compuse numai din indivizi de genul feminin. Ele depun ouă ne fecundate din care apar de asemenea numai femele. Reiese, deci, că pentru perpetuarea speciei masculii nu întotdeauna sunt absolut necesari. O altă formă curioasă de reproducere o prezintă caraşii argintii. Şi ei sunt reprezentaţi numai prin femele, dar care apelează în schimb... la serviciile masculilor de altă specie. Produsele sexuale ale acestor masculi le activizează icrele, stimulându-le dezvoltarea. Adevărata contopire, însă, a nucleelor celulei masculine şi a celei feminine - adică fecundarea - nu se produce. Din punct de vedere genetic masculii nu participă în acest caz la formarea descendenţei şi de aceea nu pot să pretindă dreptul de paternitate. La unele specii de animale se întâlnesc cazuri de tratare cât se poate de nedreaptă a masculilor. Astfel, la o serie de specii de păianjen femelele caută să-şi consume după împerechere masculii. Pentru a evita acest destin, masculul aduce înainte de împerechere femelei ceva de mâncare. Într-un fel asemănător procedează şi femelele călugăriţei, care în timpul împerecherii consumă capul masculului. Şi acesta ajunge să-şi îndeplinească misiunea, fiind deja fără cap. Dar la majoritatea speciilor de animale femelele manifestă destulă toleranţă faţă de masculi. Este expresia faptului că masculii sunt, totuşi, necesari. Pentru ce? Iată ce gândeşte în legătură cu acest aspect V. Gheodachean, specialist în domeniul geneticii populaţiilor. Să presupunem, că într-o rezervaţie naturală urmează să fie aduşi 100 de zimbri. Înainte de toate se ridică problema alegerii raportului dintre sexe, adi­că a numărului de vaci şi de tauri care urmează să fie aleşi, pentru a li se da drumul împreună. În acest caz totul depinde de scopul care se urmăreşte. Dacă se va sconta obţinerea unui număr maximal de viţei pentru producerea de carne, este raţional să se aleagă 99 de vaci şi un bou. În acest caz în fiecare generaţie nouă ar putea să se nască 99 de viţei, care vor semăna cu tatăl, prezentând diferenţe numai în raport cu mama. În acest caz numărul maxim de combinaţii posibile dintre părinţi va fi egal cu 99. Dacă se urmăreş­te obţinerea unei variaţii maxim posibile, se va alege un număr egal de vaci şi de tauri. În acest caz nu­mărul de variaţii posibile va fi egal cu 2500 (50´50), aceea ce este incomparabil mai mult decât în primul caz. În schimb, în acest caz numărul urmaşilor va fi mai mic: într-o singură generaţie se vor naşte nu­mai 50 de viţei. Ei vor prezenta diferite combinaţii ereditare, realizate de amândoi părinţii, iar o astfel de populaţie va avea un grad mai mare de adaptabilitate la mediu şi, prin urmare, va avea o evoluţie mai avantajoasă în comparaţie cu prima. De aici reiese că diferenţierea populaţiilor de organisme in două sexe are un important rol biologic.

5.2 Mecanismele biologice de determinare a sexului

Orice populaţie în forma sa tipică este constituită din indivizi de sex şi vârste diferite. Noţiunea de sex provine de la latinescul «seco» ceea ce înseamnă «despart». Sexul prezintă o comunitate de caractere şi însuşiri ale organismului ce asigură reproducerea descendenţei şi transmiterea informaţiei genetice următoarei generaţii prin intermediul gameţilor. De obicei caracterele ce determină dimorfismul sexual se împart în primare şi secundare. Către caracterele primare aparţin toate particularităţile morfologice şi fiziologice ale organismului care condiţionează formare a gameţilor şi contopirea lor în procesul fecundaţiei. Către cele secundare aparţin aşa particularităţi ale organismului care nemijlocit nu participă în procesele de gametogeneză şi fecundaţie insa in mod indirect condiţionează împerecherea indivizilor de diferite sexe şi înmulţirea lor. Acestea pot fi aripioarele înotătoare la peşti, coloraţia penajului la păsări, glandele mamare la mamifere etc. La unele specii de animale se deosebesc şi caractere limitate de sex, informaţia genetică despre care o poseda ambele sexe, însă manifestarea lor se produce numai la unul dintre acestea, de exemplu productivitatea de lapte la taurine sau de ouă la găini. Există şi aşa numitele caractere cuplate cu sexul, care se transmit specific «cruce în cruce», de la mamă la fiu şi de la tată la fiică, dat fiind faptul că genele ce le determină sânt localizate în cromozomul X şi care nu au analogul lor în cromozomul Y. Către acestea aparţin culoarea roşie a ochilor şi galbenă a corpului la drosofilă daltonismul şi hemofilia la om etc. Având în vedere că caracterele cuplate cu sexul se transmit altfel decât cele autosomale, că frecvenţele lor în populaţii se determină după alt principiu şi, în general, că dimorfismul sexual joacă un rol important în multe procese ce controlează structura genetică a populaţiilor, ar fi necesar să facem o privire retrospectivă asupra celor mai răspândite mecanisme de determinare a sexului. În primul rând trebuie de menţionat că existenţa a două sexe asigură sporirea variabilităţii genetice din contul recombinaţiilor, iar indivizii apăruţi prin înmulţirea sexuată au mai multe avantaje în lupta pentru existentă. Sporirea fondului variabilităţii ereditare intensifică selecţia naturală , o face mai efectivă. Totodată existenţa a două sexe condiţionează izolarea reproductivă ce favorizează apariţia speciilor noi, deci înlesneşte şi progresul evolutiv. În dependenţă de momentul determinarii sexului în ontogeneză se deosebesc 3 grupe de organisme: 1 - cu determinare progamică; determinarea se produce până la fecundaţie. Către această grupă aparţin formele heterogametice, femelele cărora formează două tipuri de ovule: mai mari, din care după fecundaţie apar femele, şi cu dimensiuni mai mici din care apar masculi. Acest tip de determinare a sexului e caracteristic, de exemplu, pentru Phyloxera. 2 – singamică; sexul se determină în procesul fecundaţiei. Către acest tip aparţin majoritatea organismelor: peştii, păsările, mamiferele ş. a. 3 – epigamică (metagamică); determinarea are loc după fecundaţie, în timpul diferenţierii embrionare. E tipică pentru viermele de mare Bonellia viridis, la care femelele sunt de dimensiuni mari, iar masculii - foarte mici parazitează în ele şi le fecundează. Larvele care apar şi plutesc liber în apă se transformă în femele, iar cele care se agaţă de trompa femelei - în masculi. în cazul când o astfel de larvă este înlăturată de la femela-mamâ si se dezvoltă separat, ea devine intersex. Din punct de vedere evolutiv acest tip, probabil, este cel mai primitiv şi depinde mai mult de condiţiile mediului. Nu este exclus că în aceste cazuri femela secretă anumiţi «mediatori» care activează preponderent genele ce controlează diferenţierea sexului mascul, şi astfel ea reglează proporţia indivizilor de ambele sexe în populaţia locală.

5.3 Mecanismul cromozomial de determinare a sexului

În celelalte cazuri de singamie sex-raţio e determinat de mecanismul cromozomial şi este egal cu 1:1. Acest raport ne aminteşte segregarea la încrucişarea. monohibridă de analiză, când unul dintre părinţi este heterozigotat, iar celălalt homozigotat după alelele recesive: C Aa x aa ¯ 2 Aa : 2 aa 1 1 Deci, dacă raportul dintre cele două sexe este de 1:1, înseamnă că unul dintre părinţi după conţinutul cromozomilor sexuali trebuie să fie homogametic (să formeze numai un tip de gameţi), iar celă­lalt - heterogametic (să producă două tipuri de gameţi). Cercetările citologice au demonstrat, că la genul de ploşniţe Protenor o jumătate dintre spermatocite conţine 7 cromosomi, iar alta numai 6. Cromozomul în plus a fost numit X. La alt gen de ploşniţe Lygaeus toate spermatocitele conţineau câte 7 cromozomi, însă unul dintre ei se deosebea atât după formă, cât şi după dimensiuni, de acea el a fost numit y - cromozom. Ovulele la ambele genuri tot conţineau câte 7 cromozomi, inclusiv cromozomi - X. Perechea de cromozomi după care se deosebeau între ei masculul şi femela şi care determină sexul au fost numiţi de către E. Wilson în 1908 cromozomi sexuali. Deci în ambele cazuri un sex va fi homogametic (XX), iar altul - heterogametic (XO sau XY) şi în ambele cazuri segregarea după sex va fi în raport de 1:1 după cum urmează: C XX x XO C XX x XY ¯ ¯ 2 XX : 2 XO 2 XX : 2 XY 1 1 1 1 Cercetările ulterioare au demonstrat că sexul heterogametic poate fi nu numai cel mascul, ci şi cel femel. Astfel, prin analiza genetică s-a constatat că la păsări (găini) sexul femel este heterogametic. Însă morfologia cromozomilor nu era încă studiată de aceea sa propus ca ei să fie însemnaţi prin Z (în loc de X) şi W (în loc de Y). Actualmente, când s-a constatat că Z şi W- cromozomii prin nimic funcţional nu se deosebesc de cromozomii X şi Y, această semnificaţie a lor nu se mai e în seamă. Generalizând datele cunoscute în literatură se pot evidenţia patru tipuri în determinismul sexului: 1 - tip Drosophyla: CXX ; ♂XY E caracteristic pentru majoritatea speciilor: mamifere, inclusiv omul; diptere (Drosophyla), unele specii de peşti s. a. 2 - tip Protenor: CXX; ♂XO ortoptere (greierii de câmp), libelule, unele mamifere (cangur) ş. a. 3 tip - Abraxas : CXY; ♂XX păsări (găini), târâtoare (şarpi), peşti, fluturi (vierme de mătase) ş. a. 4 - tip Lygaeus: CXO; ♂XX târâtoare (şopârle), amfibieni (broaşte), fluturi (molii) etc. În cazuri de partenogeneză determinismul sexual diferă de aceste tipuri de bază. Astfel, la albine regina poate depune atât ouă fecundate, cât şi ne fecundate. Din primele se dezvoltă albinele lucrătoare – C2n = 32, iar din celelalte - trântori: ♂n=16. Mecanismele determinismului sexual la plante sunt mai puţin cu­noscute şi cu mult mai dificilă este studierea lor. Aceasta se datoreşte în primul rând faptului că multiplele gene ce determină sexul sunt localizate preponderent în autozomi. Diversitatea modurilor de înmulţire a plantelor fac încă mai dificilă analiza genetică a acestor mecanisme. Devierea în raportul segregării după sex e obişnuită pentru toate speciile cu determinare fenotipică a acestuia. Astfel, la Arisaema japonica din bulbi mari se dezvoltă plante cu flori feminine, iar din cei mici - plante cu flori masculine. Problema. despre sex-raţio la plante poate fi pusă în aceeaşi formă ca la animale numai în două cazuri: la plantele dioice şi la cele monoice unisexuate. După datele lui Westergaard (1958) mecanismul cromozomic e bine cunoscut la puţine genuri de plante, printre care: Canabis - CXX; ♂XY Fragaria - CXY; ♂XX Valisneria - CXX; ♂XO ş.a. În încheierea acestui capitol trebuie de menţionat, că tot mai mult se acumulează date ce mărturisesc despre natura bisexuată a indivizilor unor specii, ceea ce contravin teoriei despre rolul absolut al cromosomilor X şi Y în determinarea sexului. Încă în anul 1921 K. Bridges, studiind amănunţit dimorfismul sexual la Drosophyla a observat diferite forme de trecere de la un sex la altul, numindu-le intersexe. El a descris şi multe cazuri de supersexe - super-femele şi supermasculi, la care organele reproductive erau hipertrofiate, însă indivizii ca atare sterili. Studiul citologic al indivizilor intersexuali a demonstrat o variaţie vastă în coraportul dintre numărul cromozomilor - X şi a garniturilor de autozomi. S-a constatat următoarea legitate: cu cât indicele sexual X/A este mai mare, cu atât mai mult sunt exprimate caracterele femelei, şi invers. De aici reiese, că sexul la Drosophyla este determinat de bilanţul între cromozomii - X şi autozomi. Deci sexul prezintă un caracter poligenic, plurifactorial. Genele, ce determina sexul femel sunt localizate în cromozomul X, iar cele ce controlează sexul mascul – în autozomi.

5.4 Determinarea sexului la om

Determinarea sexului la om are loc în corespundere deplină cu mecanismul cromozomal. Reieşind din formula mecanismului cromozomal, sexul copilului va depinde înainte de toate de tată, dat fiind faptul că unirea diferiţilor lui gameţi (X şi Y) cu gameţii X ai mamei va pune începutul dezvoltării fie a unei fetiţe (XX), fie a unui băieţel (XY). Teoretic, reieşind din această formula, ar trebuie să se nască un număr egal de fetiţe şi băieţi. Statistica demonstrează, însă, că mai des se nasc, totuşi , băieţi. Iată câteva exemple. În momentul concepţiei se formează aproximativ de o dată şi jumătate ori mai mulţi embrioni-băieţi decât embrioni-fetiţe. Dar în primele luni de sarcină mor de 2-3 ori mai mulţi embrioni-băieţi, raportul dintre numărul de băieţi şi fetiţe născuţi morţi este egal cu 125: 100, iar mortalitatea infantilă este şi ea mai ridicată la băieţi. În momentul naşterii raportul dintre numărul de fetiţe şi băieţi e de 100 la 106. Spre vârsta de 18 ani numărul de fete şi băieţi se echilibrează (începutul alegerii miresei şi a mirelui!). Spre vârsta de 50 de ani la 100 de femei revin 85 de bărbaţi, iar la 85 do ani la 100 de bătrânele revin numai 50de bătrâni. Aşa stând lucrurile, mai rămâne de văzut care este, totuşi , sexul tare: sexul feminin este astfel nu numai frumos, ci şi tare! Şi, totuşi , de ce se nasc mai mulţi băieţi? Cromozomul Y este întrucâtva mai mic decât cromozomul X. Mult timp, însă, nu s-a ştiut dacă această deosebire între spermatozoizii «masculini» şi «feminini» se răsfrânge asupra aspectului lor. Abia relativ recent, prin aplicarea unor metode perfecţionate de microscopie, s-a putut stabili că există într-adevăr două varietăţi de spermatozoizi: unii au capul mic şi rotund, iar la alţii el este mai mare şi uşor alungit. Biologul american L. Şettlz a făcut presupunerea că cromozomii Y sunt localizaţi în sper­matozoizii cu capul mai mic. Ei au o mai mare viteză de deplasare, de aceea ajung mai repede în ovuli, şi se concep mai mulţi băieţi. Trebuie remarcat faptul că raportul de sex la nou-născuţi depinde şi de vârsta mamei. Astfel, mamele în vârstă de 18-22 de ani nasc 100 de fete la 125 de băieţi, iar mamele între 38 şi 42 de ani-100 de fete la 90 de băieţi. După toate probabilităţile această legitate este condiţionată de modificarea, în legătură cu vâr­sta, a mediului fiziologic şi biochimic al organismului feminin. Cele mai mic devieri în direcţia creşterii sau micşorării acidităţii, a alcalinităţii ş. a. m. d. pot duce la crearea de condiţii care să avantajele spermatozoizii de un tip şi să-i dezavantajeze pe cei de alt tip. Referitor, însă, la mortalitatea ridicată în rândul indivizilor de sex masculin, fenomen propriu nu numai speciei umane, dar şi majorităţii reprezentanţilor lumii animale, putem construi doar ipoteze. Dar ne îndoielnic este că precumpănirea în momentul concepţiei şi în cel al naşterii a numărului de indivizi masculini are o importantă valoare adaptivă, care vi­ne să compenseze viabilitatea lor mai mică şi să asigure o egalitate numerică între sexe anume către momentul atingerii maturării sexuale. La mamifere sexul masculin reprezintă partea activă a speciilor şi, în consecinţă, mortalitatea în rândul masculilor, ca urmare a luptelor pentru supravieţuire dintre aceştia, este mai ridicată ca la femele. La om sexele masculin şi cel feminin sunt clar diferenţiate atât în ce priveşte caracterele primare, cât şi cele secundare. Dar uneori se întâlnesc indivizi, care posedă caractere sexuale proprii ambelor sexe (bisexuali). Grecii, care vedeau în astfel de fiinţe o îmbinare a bărbăţiei lui Hermes şi a feminităţii Afroditei, i-au numit hermafrodiţi. Adevăratul hermafrodit ar trebui să posede organele necesare pentru a se autofecunda şi, deci, să fie în acelaşi timp şi mamă, şi tată. Dar organisme cu astfel de trăsături anormale nu sunt cunoscute. Ceva mai des se întâlnesc indivizi numiţi pseudohermafrodiţi: la 1000 de persoane revine 1 pseudohermafrodit. Aceştia-nişte intersecşi - sunt înzestraţi cu caractere sexuale secundare proprii ambelor sexe, caracterele sexuale primare fiind distincte. Iată câteva exemple. În 1935, în timpul Jocurilor Olimpice, mare a fost surpriza pe care au trăit-o arbitrii, când au aflat că învingătoarei în proba de 800 m prţntr'o intervenţie chirurgicală i-a fost redată natura masculină. Un an mai târziu o atletă de frunte din Anglia, recordmană la aruncarea discului, în rezultatul opera­ţiei a fost trecută de asemenea în categoria bărbaţilor. Într-un alt caz un sergent al armatei poloneze s-a dovedit a fi femeie şi apoi a născut un copil. În celulele hermafrodiţilor, de regulă, există doi cromozomi X, iar pe unul din ei este fixat un fragment de cromozom Y. După opinia savantului american S. Voctel, aceasta nu este singura cauză a hermafroditismului. Nu este exclus că în anumite condiţii factorii de mediu pot acţiona în aşa fel asupra genelor cromozomului X, încât ele încep să determine unele dintre caracterele proprii sexului masculin. Drept exemplu poate servi boala de natură cromozomală numită «feminizare testiculară» şi manifestată prin fenomenul când individul este femeie după aspectul exterior şi bărbat după structura internă. De această boală suferă fiecare a 2000-ea femeie cu genotipul XY. O astfel de femeie se poate căsători fără ca soţul să-şi poată da sama de adevărata ei identitate. Singurul simptom evident al stării sale anormale o constituie sterilitatea. O astfel de femeie a fost regina engleză Elizabet I, care, deşi n-a manifestat indiferenţă faţă de bărbaţi, totuşi, n-a avut copii. Dar se poate prezice sexul viitorului copil? S-a dovedit că se poate. Astfel, savantul polonez F. Benendo a observat că există o anumită legătură între sexul viitorului copil şi momentul concepţiei. Drept bază pentru această constatare au servit datele pe care Benendo le-a obţinut în urma anchetării a circa 40 mii de femei gravide şi perechi conjugale. A ieşit la iveală o legitate curioasă. Astfel, dacă mo­mentul concepţiei coincidea cu ziua ovulaţiei, când ovulul matur este eliminat de ovar (de regulă, aceasta se întâmplă în a 12-14-ea zi de la începutul ciclului menstrual) în 86,6% se năştea băiat. Dacă, însă, actul sexual se produce cu 4 zile mai devreme în 84,7% de cazuri se năşteau fete. Pe baza acestei legităţi Benendo a prezis la 11 perechi conjugale sexul viitorului copil şi a greşit numai într-un singur caz, iar la alte 11 perechi, care urmau indicaţiile savantului, s-au născut copii anume de sexul de care au dorit. Dar cercetările savantului polonez nu s-au bucurat de apreciere. Ele nu aveau o bază riguros ştiinţifică, iar la întrebarea prin ce se explică legitatea remarcată Benendo n-a putut răspunde. Între timp experienţele lui Şettlz (despre care am pomenit) au demonstrat că spermatozoizii «feminini» sunt mai activi în mediu acid, iar cei «masculini» - în mediu alcalin. Ginecologilor le este cunoscut faptul că de-a lungul ciclului de ovulaţie com­poziţia secreţiilor uterine suferă schimbări considerabile: pe măsura ce se apropie momentul ovulaţiei aceste secreţii capătă un caracter tot mai pronunţat alcalin mai favorabil pentru spermatozoizii «masculini». Cum vedem, aceste date conduc la aceeaşi concluzie cu a statisticii lui Benendo: dacă concepţia se produce în momentul ovulaţiei, şansele naşterii unui băiat prevalează. Dar iată cu ce rezultate s-au încheiat cercetările profesorului de la Universitatea din Paris J. Stolcovschi. Ancheta pe care a întreprins-o la 134 de ferme din Normandia şi care a cuprins 25653 de naşteri a de­monstrat că surplusul de caliu în alimentaţie face să sporească probabilitatea naşterii de viţei, iar sur­plusul de magneziu şi calciu de viţele. La 82 de ferme la o parte de vaci, timp de o lună până la fecundaţie şi o lună după, li s-a dat hrană cu diferite adausuri. Şi iată ce rezultate s-au obţinut: la vacile care au primit hrană cu surplus de caliu s-au născut 7 viţei şi 1 viţică, controlul - de 2 şi 2; la cele la care în hrană li s-a adăugat surplus de calciu şi magneziu -1 şi 9, controlul -2 şi 3. Profesorul Stolcovschi consideră că aceste rezul­tate nu contravin datelor obţinute de Şettlz. Totul constă în faptul că la ridicarea gradului de aciditate celulele pierd caliul, iar la micşorarea lui, din contra, îl acumulează. Prin aceasta şi se poate explica naşterea cu precădere a băieţilor în cazurile când concep­ţia se produce în momentul ovulaţiei, proces, care coincide cu cea mai scăzută aciditate a secreţilor uterine. Ei, dar să zicem, că embrionul e deja în stadiu de făt şi părinţii vor să ştie ce vor avea. Poate că apare nevoia luării unei decizii oportune. Şi pentru asemenea situaţie există metode de determinare a sexului viitorului copil. Ele constau în determinarea schimbărilor din compoziţia sângelui matern, în studierea celulelor frotiurilor vaginale sau a cromozomilor celulelor din lichidul amniotic. Ce-i drept, aceste metode sunt destul de complicate, insuficient de exacte şi pot fi aplicate abia spre sfârşitul sarcinii, când, practic, nu mai prezintă nici o valoare. În schimb, metoda elaborată de C. V. Ciaciava, directorul ICŞ în domeniul obstetrici şi ginecologiei al Ministerului ocrotirii sănătăţii din Georgia, asigură o precizie de ordinul a 94-97% şi este aplicabilă în orice perioadă a sarcinii. În ce constă această metodă? Pentru început se va prinde o broască-mascul matură din punct de vedere sexual şi i se vor injecta 2- 3 picături de urină luată de la femeia gravidă. Peste o oră-două din cloaca broaştei, cu o pipetă, se va extrage puţin lichid şi se va depune pe o lamă în aşa fel încât să vină în contact cu doi electrozi metalici plaţi, uniţi cu un aparat generator de curent. Sub acţiunea substanţelor din urina femeilor gravide broasca elimină spermatozoizi care pot fi examinaţi sub microscop. În cazul când urina va aparţine unei femei care nu este gravidă, broasca nu elimină spermatozoizi. Să ne imaginăm că fixăm microscopul şi cuplăm curentul. Vom vedea una din două: sau spermatozoizii se vor deplasa şovăitor şi spre electrodul pozitiv, şi spre cel negativ, sau cu o viteză crescândă se vor îndrepta cu toţii într-o parte şi în curând vor dispare din câmpul nostru de vedere. În primul caz este vorba de o probă de spermatozoizi încărcaţi diferit, iar fenomenul celălalt se produce atunci, când se examinează o probă de spermatozoizi cu încărcătură de un singur sens. Primul caz sugerează naşterea unui băiat, iar celălalt - a unei fete. În cursul mai multor ani profesorul Ciaciava şi colaboratorii săi şi-au verificat cu toată exigenţa metoda elaborată. Au fost examinate peste 1000 de femei cu sarcini între a 8-a şi a 40-ea săptămână. În 95% din cazuri prezicerile examinatorilor s-au adeverit fără greş. De remarcat că fiecare femeie a fost supusă numai la o singură probă de examinare. Probabil, că prin dublarea probelor procentul previziunilor juste se poate ridica până la 100. Într-un cuvânt, datorită acestei inovaţii omenirii i s-a pus pentru prima oară la dispoziţie o metodă simplă şi sigură de rezolvare a străvechii dileme «băiat sau fată». Dar nu va conduce acest lucru la încălcarea echilibrului dintre sexe? Specialiştii consideră că acest lucru ar avea consecinţe tragice asupra destinului umanităţii. Iată ce scrie în legătură cu aceasta renumitul demograf, profesorul D. Valentei: «Înainte de toate urmează să se stabilească dacă părinţii vor da preferinţă vre-unui sex. Spre deosebire de «obiectiva» natură, părinţilor nu le este indiferent cine li se va naşte-majoritatea dau preferinţă băieţilor... Dar a devenit de pe acum limpede că pentru biologia speciei umane raportul dintre sexe prezintă importanţă. După toate probabilităţile este important ca între sexe să domine un echilibru numeric sau o mică superioritate numerică a femeilor. Încălcarea arbitrară a acestui raport în favoarea sexului feminin poate duce la cel mai rău lucru ­- la degradarea lui Homo sapiens. S-ar întâmpla că femeia în calitate de membru al societăţii ar suferi o involuţie enormă...» Iată, însă, că publicarea în «Literaturnaia gazeta» (19 iunie, 1974) a rezultatelor unor cercetări sociologice a adus o limpezire a situaţiei. S-a dovedit că umanitatea nu este ameninţată de nici un fel de deplasare spre un sex sau altul. Aceasta fiindcă, deşi bărbaţii preferă să aibă un fiu, femeile doresc mai mult să aibă o fiică. Dacă mai înainte, în timpuri patriarhale, naşterea unui copil de sex masculin promitea familiei anumite avantaje economice sau sociale, astăzi se pot pune mai multe speranţe pe fiice: ele sunt mai ataşate de părinţi şi la bătrâneţe le acordă un mai mare sprijin. Există şi alte considerente, de ordin psihologic, etic şi medical în favoarea băieţilor sau a fetelor, dar toate au o trăsătură comună: simpatiile părinţilor se repartizează absolut egal. Dar, în general, are rost să se recurgă la tot felul de metode de diagnosticare şi de dirijare a sexului uman? Suntem convinşi că îi majoritatea cazurilor nu există nici o nevoie de ele. Doar pentru orice femeie primul copil, indiferent de sexul pe care îl va avea, este mult aşteptat. Iar necunoaşterea faptului cine se va naşte este o sursă de emoţii plăcute. Cu atât mai mult dacă în familie există doi-trei copii, de regulă, printre ei sunt reprezentanţi ai ambelor sexe. Şi numai în cazuri deosebite, când într-o familie se nasc numai copii de un singur sex, iar părinţii îşi doresc şi de celălalt, poate să apară nevoia diagnosticării timpurii a sexului pentru a se putea lua o decizie oportună.

5.5 Obţinerea sexului dorit

Fireşte, nu se poate considera că un astfel de proces ca formarea sexului să fie controlat de o sin­gură pereche de cromozomi sexuali. Sexul este contro­lat de întregul sistem al genotipului, căci dezvoltarea lui presupune elaborarea hormonilor corespunzători şi diferenţierea a diferitor ţesuturi. A fost emisă ipoteza că potenţial fiecare zigot este bisexual, adică dispune de două variante de formare a sexului, dar anumite mecanisme realizează dez­voltarea unui singur sex. Principalul factor al diferenţierii sexuale sunt genele, care au sub control nivelul secreţiei hormonale de natură masculină şi feminină. Predominarea în cursul dezvoltării individuale când a sec­reţiei hormonale masculine, când a celei feminine duce la dezvoltarea de forme intersexuale. În acest context hormonii sexuali masculini (androgeni) de­termină masculinizarea ovarelor, adică apariţia în ele a unor celule sexuale masculine, iar hormonii sexuali feminini (hormoni estrogeni şi progesteronă) feminizarea testiculelor, adică formarea în ele a unor celule sexuale feminine. În principiu potenţa bisexuală a organismului oferă posibilitatea schimbării direcţiei de dezvoltare a acestuia. Procesul propriu-zis al diferenţierii sexului se află sub controlul hormonilor secretaţi de glandele endocrine, de către stratul cortical şi cel medular al primordiului sexual, apoi şi de către glandele sexuale. La rândul ei, însă, secreţia hormo­nilor masculini şi feminini este strâns legată de activitatea genelor specifice. Despre rolul hormonilor în determinarea şi redeterminarea sexului vorbesc următoarele date. Dacă unui animal i se vor extirpa ne cale operativă glan­dele sexuale, el nu numai că devine steril, ci îşi pierde şi aşa-numitele caractere sexuale secundare, după care reprezentanţii unui sex se deosebesc de reprezentanţii altuia. Un cucoş castrat îşi pierde facultatea de a cânta, aspectul caracteristic şi creasta, atracţia sexuală, nu mai are obişnuita fire de bătăuş. Armăsarul iute se transformă într-un jugan, iar taurul îndărătnic — într-un bou impasibil la toate ş. a. m. d. Experienţele lui V. B. Savvateev au demonstrat că la tratarea înainte de incubare a ouălor fecundate cu hormon sexual feminin se constată o transformare a sexului masculin în feminin. Dar această schimbare are loc numai în stadiul embrionar, căci în continuare genotipul este atotputernic şi la pui se manifestă o revenire deplină la sexul masculin. Unul din remarcabilele exemple de redeterminare totală a sexului în ontogeneză a fost stabilit de T. Iamamoto în experienţele efectuate asupra peştilor de acvariu. Ca rezultat al adăugării de hormon sexual femi­nin (extrogen) în raţia lor alimentară, toţi peştii determinaţi genotipic ca masculi (X¡), după fenotip s-au dovedit a fi femele cu ovare normale şi prezentând caractere sexuale secundare proprii femelelor. Ei erau capabili să se încrucişeze cu peşti normali. Acest exemplu sugerează una din căile de reglare artificială a raportului dintre sexe. La om şi la diferite mamifere redeterminarea hormonală a sexului se complică din cauză că diferenţierea sexului se produce înainte de începutul secre­ţiei hormonilor. De regulă, la vârsta de 12 săptămâni sexul embrionului uman este clar exprimat. Veţi întreba: nu se poate oare regula, după un plan dinainte stabilit, obţinerea sexului necesar în zootehnie? Doar este absolut evident că la fermele avicole este preferabilă obţinerea unui număr mai mare de găini-ouătoare, la rasele de carne de vite cornute mari - a taurilor, iar la rasele de lapte - a viţelelor. Da, se poate. În ultimul timp au fost elaborate meto­de de separare a spermei în gameţii componenţi X şi ¡. Aplicându-se tot odată şi larg cunoscuta metodă de însămânţare artificială, se poate astfel realiza pe scară industrială obţinerea unor animale de sex dorit. Fireşte, în asemenea cazuri au o importanţă deosebită calităţile animalului reproducător. Acesta este supus unui examen de stabilire a constituţiei sale genetice şi, abia după ce se constată că el corespunde, se foloseşte în calitate de donator de spermă. Ea poate fi conservată şi păstrată timp îndelungat la temperaturi joase şi folosită când este nevoie. Putem vorbi de un exemplu clasic de obţinere a sexului dorit la fluturele-de-mătase. Cu ajutorul razelor Rentghen şi a temperaturii înalte academicanul B. L. Astaurov a acţionat asupra ouălor viermelui-de-mătase, nimicind nucleele din ele, citoplasma rămânând, însă, funcţională. Aceste ouă erau fecundate cu spermatozoizi normali şi din ele creşteau numai indivizi masculini. Faptul prezintă o mare importanţă practică, deoarece gogoaşele indivizilor masculini conţin cu aproape 30% mai multă mătase decât ale celor feminini. Dar pentru scara largă a industriei creşterii viermilor-de- mătase această metodă complicată este nepotrivită. Şi atunci geneticenii şi-au adus aminte de ideea profesorului A. S. Serebrovschii de a marca ouăle cu un anumit caracter ereditar, legat de sex. Ouăle viermelui-de-mătase (numite şi grenă) sunt de diferite nuanţe-mai deschise şi mai întunecate. Dar culoarea nu le depinde în nici un fel de sex. Cu alte cuvinte, din ouăle de culoare deschisă se pot naşte şi omizi-femele şi omizi-masculi. Este oare posibil ca culoarea să obţină calitatea de atribuit sexual? Ideea era cu perspectivă. De acest lucru s-a apucat un alt savant - profesorul V. A. Strunicov. El a reuşit pe calea restructurării cromozomilor, adică a mutaţiilor, determinate de iradierea ouălor de viermi-de-mătase, să realizeze o «operaţie» unică. În cromozomii din nucleul celular se conţine o genă responsabilă de culoarea ouălor de viermi-de-mătase. Există un cromozom care determină sexul viitoarei insecte. Dar ce se va întâmpla dacă gena care determină, să zicem, culoarea închisă a ouălor de viermi-de-mătase va fi «plantată» pe un cromozom ca­re determină sexul femel al insectei? În acest caz din ouă de vermi-de-mătase de culoare neagră vor apare numai omizi-femele. Aşa judeca savantul. El a supus radiaţiei mii de ouă, le-a sortat după culoare şi era atent să vadă ce-o să iasă din ele. Aştepta să se producă mutaţia necesară: genele ambelor caractere ereditare (culoarea închisă şi sexul fe­mel) - să se stabilească într-un singur cromozom. Şi aceasta s-a produs. În prezent crescătoriilor de viermi-de-mătase le este suficient să vadă culoarea ouălor, pentru a putea spune ce o să iasă din ele. Dacă ouăle sunt închise, vor apare omizi de sex femel, dacă ele sunt deschise, se vor naşte omizi de sex mascul. Rămâne doar să fie alese cele de culoare deschisă şi se pot creşte numai omizi-mas­culi, care produc multă mătase. În acest scop inginerii au construit maşini automate speciale de sortare a ouălor de viermi-de-mătase după culoare cu o productivitate până la 140 de bucăţi pe secundă.

VI. GENETICA UMANĂ

6.1 Variabilitatea genetică şi moştenirea caracterelor la om

Spre deosebire de alte etnităţi biologice, omul este o fiinţă biosocială: formarea lui s-a produs în urma unui îndelungat proces de evoluţie biologică, pe de o parte, şi de dezvoltare socială, pe de alta. Părăsind lumea animală, omul a rămas parte a naturii. Ca şi la alte fiinţe vii, la om caracterele şi însuşirile sunt determinate de structuri genetice, iar transmiterea lor de la o generaţie la alta are loc conform legilor eredităţii, descoperite de G. Mendel. De asemenea, la om ca şi la alte organisme, materialul genetic îl reprezintă ADN-ul localizat în cromozomi. Numărul de cromozomi din celulele somatice es­te egal cu 46, pe când celulele sexuale conţin doar 23. În cromozomii fiecărei celule se conţine infor­maţia genetică care asigură deosebirea fiecărei fiin­ţe umane de bacterii, alge, melc, broaşte, vrăbii, şoareci ş. a. m. d. Tot odată, în ele se mai conţine in­formaţia cu privire la faptul cum va fi nuanţa pieii individului dat, culoarea şi structura părului, culoarea şi tăietura ochilor, forma nasului, grupa de sânge şi o mulţime de alte particularităţi morfologice, fiziologice şi biochimice, care deosebesc un om de altul şi-l fac unic pe fiecare dintre noi. Să încercăm să exprimăm prin cifre volumul acestei informaţii. Lungimea tuturor filamentelor moleculelor de ADN din nucleul unei celule umane este egală cu circa patru metri. Dacă ar fi să întindem într-o linie dreaptă toate moleculele de ADN din totalitatea celulelor unui om, lungimea lor generală ar acoperi distanţa de la pământ până la soare. Conform unor calcule aproximative, cromozomii fiecărei celule umane conţin câteva milioane de ge­ne. De aceea la om posibilităţile variabilităţii combinative a caracterelor şi însuşirilor sunt cu mult mai mari decât la alte specii biologice. Numai operându-se cu cele 23 de perechi de cromo­zomi fiecare părinte poate da teoretic aproximativ 10 miliarde de combinaţii ereditare. F. Dobjanschii, eminent geneticiian american, a calculat că chiar dacă fiecare cromozom uman ar con­ţine doar câte o mie de gene, fiecare genă ar avea doar două varietăţi (alele dominante şi recesive) şi atunci ar fi posibilă existenţa unui număr de indivizi cu combinaţii ereditare diferite, care ar depăşi cu mult cantitatea tuturor electronilor din Univers. Dună cum vedem, segregarea şi redistribuirea liberă a genelor (recombinarea), care însoţeşte formarea celulelor sexuale, precum şi caracterul întâmplător al fecundaţiei ovulului, constituie cauza colosalei varietăţi a oamenilor. În natură nu există doi indivizi cu constituţie genetică identică. Fiecare om are în sine o garnitură specifică de gene, fapt care şi face ca fiecare din noi să se prezinte ca o etnitate individuală şi irepetabilă. Chiar şi într-o familie cu mulţi copii părinţii remarcă întotdeauna că ei prezintă deosebiri - adesea foarte exprimate - în înclinaţii şi gusturi, în trăsături de caracter, în particularităţi de comportament şi în atitudinea lor faţă de cei din jur - deşi aceşti copii trăiesc în condiţii de viaţă similare şi sunt trataţi cu aceiaşi afecţiune de către părinţi. Unul este zvăpăiat, altul încet, unul e sociabil, altul timid, unul e excesiv de pedant în ceea ce priveşte curăţenia, altul e un neângrijit, unul stă ore întregi pentru a monta un aparat de radio, iar altul nu are nici cel mai mic inte­res pentru aparatele de radio şi meştereşte diferi­te bibelouri artistice, unul s-a înscris la facultatea de fizică, iar altul - la arte şi această enumerare poate continua la infinit! În acelaşi timp, chiar şi din observaţii dintre cele mai superficiale şi întâmplătoare, absolut cotidiene, descoperim la cutare persoană anumite similitudini cu cineva din reprezentanţii generaţiilor genetice precedente şi în aceste cazuri spunem: «leit taică-său», «copia bunicii». Şi, de remarcat, această asemănare pe care o surprindem, ţine nu numai de aspectul exterior, ci şi de trăsăturile de caracter moştenite. Este tot atât de iute din fire şi de ne înduplecat sau moale şi nehotărât, un fantezist şi un visător sau este închis şi irascibil, ca, să zicem, tatăl sau bunicul. Să examinăm acum principiul după care se desfăşoară la om moştenirea unora dintre caracterele cele mai bine studiate. Mai jos prezentăm câteva exemple de caractere dominante şi de caractere recesive, ce le corespund.

Caractere dominante:

Caractere recesive:

Nas coroiat

Nas lat

Nas lung

Ochi drepţi

Ochi mari

Ochi întunecaţi

Gene lungi

Păr întunecat

Păr creţ

Păr ondulat

Piele smolită

Statură joasă

Dreptaci

- nas drept

- nas îngust

- nas scurt

- ochi piezişi

- ochi mici

- ochi de culoare deschisă

- .gene scurte

- păr deschis

- păr ondulat

- păr drept

- piele deschisă

- statură înaltă

- stângaci

Dacă unul din părinţi are părul de culoare întunecată, iar altul de culoare deschisă, copiii vor moşteni părul întunecat. Dacă unul din părinţi are ochi căprui, iar altul albaştri, urmaşii vor avea ochii căprui„ chiar dacă în genotipul lor sunt prezente ambele tipuri de gene - dominant şi recesiv. Începând cu generaţia a doua, are loc segregarea caracterelor şi din această cauză în fenotipul copiilor se manifestă nu numai caractere ale părinţilor, dar şi caractere ale strămoşilor. Trei copii vor avea ochii căprui, aşa cum îi au părinţii lor direcţi, iar unul îi va avea albaştri - ca şi bunicul de exemplu. În mod analog se moşteneşte şi capacitatea de a manevra mai uşor cu mâna dreaptă sau cu cea stângă. Faptul merită să-i acordăm acum un interes mai amănunţit. Ne-am obişnuit să considerăm că este normal când mâna funcţionala este cea dreaptă: oricum dreptacii constituie majoritatea absolută (după diferite evaluări – de la 89 până la 94% din totalul populaţiei). În acelaşi timp cunoaştem persoane pentru care funcţională este mâna stângă, aceasta fiind tot atât de operatorie cum este mâna noastră dreaptă. Vom arăta că problema dreptacilor şi a stângacilor este strâns împletită cu istoria formării pământului. În emisfera sudică oamenii şi-au făcut apariţia mai târziu, nimerind aici în condiţii ecologice absolut noi. Doar în emisfera sudică pământul are o rotaţie de oglindă în raport cu emisfera nordică. Se presupune că prin acest fapt se explică apariţia stângacilor... Iată câteva date curioase: printre locuitorii fostei Uniuni Sovietice numărul stângacilor constituie aproximativ trei procente, în Bulgaria - exact trei, în Corsica, Sardinia şi Sicilia-7, în Franţa-8, în Australiea-26, iar în Africa de Sud-50%. Interesant, că această însuşire poate fi constatată la copii încă cu totul mici. În acest scop este suficient să-i dăm copilului o foaie de hârtie şi să-l rugăm să deseneze un cerc. Luaţi aminte în ce direcţie are să se mişte creionul. Dacă se va mişca în direc­ţia acelor de ceasornic, copilul va creşte stângaci. În calitatea noastră de părinţi faptul nu trebuie să ne neliniştească prea mult. Ce-i drept, în viaţă un asemenea copil va întâmpina o mulţime de mic incomodităţi. Toate aparatele de uz curent, începând de la foarfece şi terminând cu casele de la troleibuze sunt prevăzute pentru dreptaci. În acelaşi timp situa­ţia de stângaci oferă şi unele avantaje destul de importante. Este vorba de faptul că preferinţa pe care o acor­dăm mânii drepte sau celei stângi nu reprezintă pur şi simplu o plăcere a noastră, explicarea fenomenului fiind legată de raporturile dintre emisferele dreaptă şi stângă ale creierului. La majoritatea oamenilor tonul în activitatea creierului îl dă emisfera stângă. Dar deoarece căile nervoase care merg spre creier la întrarea în acesta este încrucişată, la astfel de oameni este mai puternic dezvoltată partea dreaptă a corpului. În schimb, la stângaci emisfera dreaptă şi cea stângă au aproximativ «drepturi egale». Centrele vorbirii şi, în general, ale gândirii logice, emoţionale, adică tot ce ţine de sistemul al doilea de semnalizare sunt, de regulă, situate în partea stângă a creie­rului. Emisfera dreaptă cuprinzând cu precădere gândirea plastică, intuitivă, legată de procesele de creaţie. De aceea nu este exclus faptul că stângaci la care emisfera dreaptă este într-o măsură mai mică subordonată celei stângi sunt înzestraţi potenţial cu însuşiri creative mai mari, de exemplu, în artă. Se cunoaşte că stângaci au fost şi Holben, şi Picasso, şi Michelangelo, şi Leonardo-da Vinci. Dar şi în alte domenii s-au manifestat numeroşi stângaci vestiţi. Să ne amintim, de exemplu, de Alexandru Macedon, de Carol cel Mare, de amiralul Nelson. Deci, dacă micuţul dumneavoastră este (sau va fi) stângaci nu face să vă amărâţi. Este bine studiată şi predispoziţia ereditară la poliembrionie (sarcină multiplă). La 100 de sarcini se naşte o pereche de gemeni, adică un procent. fenomenul nu este de aceea întâmplător. Maximumul de naşteri de gemeni revine la vârsta de 26--30 de ani a mamei. Un record neobişnuit în acest sens a stabilit o doamnă austriacă, soţia unui oarecare Bernar Şainberg. Ea a născut 69 de copii, deşi a avut numai 27 de sarcini. Cazuri similare se cunosc şi în Rusia În cartea lui A. Başuţchii «Panorama Sanct-Petersburgului, editată cu mai bine de o sută de ani în urmă, găsim următoarele date. În buletinul, trimis la 27 februarie 1782 la Moscova de la mănăstirea Nicolschii, judeţul Şuisc, era însemnat faptul că ţăranul Fiodor Vasiliev din două căsnicii a avut 87 de copii. Prima soţie în 27 de naşteri a născut de patru ori câte patru copii, de şapte ori câte trei, de şaisprezece ori câte doi - în total 69 de copii. A doua nevastă i-a dăruit de două ori câte trei copii şi de şase ori câte doi - în total 18 Va­siliev avea 75 de ani, iar în viaţă îi erau 83 de copii. În acest caz, deoarece este vorba despre unul şi acelaşi bărbat şi de femei diferite, caracterul «sar­cină multiplă» s-a transmis, probabil, pe linie bărbătească.

6.2 Ereditatea grupelor sanguine şi a factorului rezus (Rh)

Unul din caracterele ce se transmit constant din generaţie în generaţie este apartenenţa la cutare sau cutare grupă de sânge. Sângele este compus din ser (un lichid transparent, cu o nuanţă gălbuie) şi di­ferite elemente figurate (eritrocite, leucocite). Savanţii au stabilit că, în dependenţă de capacitatea eritrocitelor de a se aglutina în granule sub acţiunea unui ser străin, toţi oamenii pot fi împărţiţi în patru grupe. Eritrocitele din sângele de prima grupă sunt capabile să se amestece cu orice ser străin fără să formeze granule. Eritrocitele din sângele de grupa a doua se pot amesteca cu ser din propria grupă şi din a patra, iar în amestec cu ser de grupa întâia şi a treia se aglutinează. Eritrocitele din sângele de grupa a treia se amestecă cu ser din propria grupă şi din a patra, iar în contextul serului de grupa întâia şi a .doua se aglutinează. În sfârşit, eritrocitele sângelui din grupa a patra se pot amesteca numai cu ser de propria grupă. Existenţa celor patru grupe principale de sânge a fost descoperită în anul 1900 de C. Landştainer. Grupa de sânge este formată de o singură pereche de gene. Apartenenţa cuiva la o grupă sau alta este determinată de prezenţa în eritrocitele lui a proteinelor - antigeni. Landştainer a descoperit în eritrocite doi antigeni. Pe unul l-a numit A, pe celălalt B. Concomitent s-a stabilit, că dacă în eritrocite se conţin an­tigeni, serul de sânge conţine alte particule de natură proteică, aşa numiţii anticorpi ce corespund antigenilor. De remarcat, că antigenul A şi anticorpul A, antigenul B şi anticorpul B sunt incompatibili: ei întră în reacţie, eritrocitele, aglutinându-se, formează trombi, care astupă vasele şi pot provoca moartea. În eritrocitele din prima grupă nu există nici un antigen, de aceea ea este însemnată prin 1 (0), în schimb, serul conţine din belşug anticorpi A şi B. Acestei grupe îi corespunde starea homozigotică a genei recesive, care determină absenţa antigenilor din eritrocitele sângelui - 00. În eritrocitele din grupa a doua-II (A) - se con­ţine antigenul A, iar în ser-anticorpul B. Ei îi corespunde sau o stare homozigotică a genei dominante AA, sau o stare heterozigotică - AO. În eritrocitele din grupa a treia -III (B) - se con­ţine antigenul B, iar în serul de sânge-anticorpul A. Această grupă poate fi codificată conform homozigotului BB, sau heterozigotului BO. În sfârşit, în eritrocitele din grupa a patra de sânge-IV (AB) - se găsesc ambii antigeni, în schimb, în ser lipsesc complect anticorpii. Această grupă se determină prin heterozigotul AB. Descoperirea acestor patru grupe a contribuit la folosirea pe larg a transfuziei de sânge, făcând această procedură practic inofensivă. Sângele aparţinând primei grupe poate fi transfuzat oricui, în schimb pentru persoanele care au această .grupă de sânge se potriveşte numai sânge de grupa întâia. Un bolnav cu grupa a patra de sânge poa­te primi sânge de oricare altă grupă, sângele lui, însă, poate fi dat numai unor persoane având sângele de grupa a patra. În acest cadru poate să se işte următoarea între-bare: dacă sângele de grupa 0 se poate transfuza unei persoane de grupa AB, de ce nu se poate face şi invers, adică AB în 0? Aici avem de a face cu un fenomen care aminteşte diluarea cu apă a acidului sulfuric. În nici un caz nu se toarnă apă în acid sulfuric, deoarece reacţia furtunoasă de încălzire, ce are loc, duce da împroşcarea puternică a acidului sulfuric, în , schimb, la o operaţie inversă, când acidul se toarnă în apă, soluţia devine imediat foarte diluată şi fenomenul împroşcării lipseşte. În mod analog se procedează cu sângele, deoarece se ţine cont, în primul rând, de proprietăţile eritrocitelor sângelui transfuzat şi nu de cele ale serului. Cantitatea acesteia din urmă nu este mare şi, fiind în bună parte diluătă de serul primitorului (sau recipientului), ea nu poate să aibă o înrâurire esenţială asupra eritrocitelor acestuia. Dar cu toate măsurile de precauţie, accidente se produceau. Şi cauzele lor au fost dezvăluite abia peste un sfert de secol: în eritrocite au fost descoperite încă două proteine. Acestea au fost «botezate» M şi N. Antigenii M şi N au generat alte trei grupe de sânge - MM, MN şi NN. Trecea timpul. În eritrocitele diferiţilor oameni se constatau noi şi noi proteine, iar numărul de grupe de sânge creştea ca ciupercile după ploaie, aşa încât în prezent se cunosc circa o sută de antigeni şi aproximativ cinci sute de grupe de sânge! Dar aceasta nu era totul. S-a dovedit că antigeni, care determină o grupă sau alta de sânge, se conţin nu numai în eritrocite, dar şi în serul sangvin. În afară de aceasta, şi eritrocitele, şi serul sunt înzestrate cu fermenţi, având o structură moleculară care diferă cu mult de la om la om. În prezent sângele a fost studiat după douăzeci şi două de sisteme eritrocitare, serologice şi fermentative. fiecare din ele cuprinde de la două până la patruzeci de grupe de sânge. Din aceasta rezultă aproximativ 130 de caractere. Coincidenţa tuturor acestora la doi oameni diferiţi practic este imposibilă. Cu alte cuvinte, formula sângelui fiecărui om este individuală şi irepetabilă, exact aşa cum unice sunt amprentele lăsate de degetele diferiţilor oa­meni! În anul 1940 Landştainer şi Viner şi-au propus să compare proprietăţile antigenice ale celulelor din sângele uman şi din cel al maimuţelor macaca-rezus. Şi s-a constatat că serul eritrocitelor mamiferelor aglutinează eritrocitele majorităţii oamenilor. Prin urmare, în celulele majorităţii oamenilor se conţine un antigen, care este prezent în eritrocitele acestor maimuţe. Antigenul în cauză a fost numit fac­tor rezus (Rh). Cercetări ulterioare au demonstrat că există şase varietăţi de bază ale antigenului, ca­re şi constituie sistemul antigenic Rh. Aceşti antigeni se înseamnă prin literele latine CE, D, E, ce, d, e. Sunt considerate Rh-pozitive (Rh+) persoanele ale căror globule roşii conţin principalul antigen al sistemului - antigenul D. La început această descoperire părea să nu aibă nici o importanţă practica. Pes­te un an, însă, a fost remarcată o coincidenţă extrem de interesantă: Şi anume. Dacă se căsătoreşte un bărbat Rh+ cu o femeie Rh-, copiii proveniţi din această căsătorie prezintă destul de des cazuri de icter. Eritrocitele se distrug şi pigmentul din celule trece în ser, colorând toate ţesuturile. Uneori această boală (icterul hemolitic) poate fi extrem de gravă şi se întâmplă că duce la moartea copilului. O parte din copii mor înainte de a se naşte, în ultimele luni de sarcină. Dacă ambii părinţi sunt rezus-pozitivi sau rezus-negativi, adică rezus-identic complicaţiile lipsesc. Ele lipsesc şi în cazul unei mame rezus-pozitive şi ale unui tată rezus-negativ. În urma unui număr mare de observaţii şi cercetări a devenit limpede că icterul hemolitnc la nou-născuţi este determinat de incompatibilitatea Rh a mamei şi copilului încă de la stadiul de făt. Formarea factorului Rh este determinată de gena dominantă D. Copilul moşteneşte numaidecât caractere de la ambii părinţi. Dacă în celulele sale tatăl conţine o genă care determină factorul Rh (DD sau Dd), îl poate avea şi copilul, adică poate fi şi el pozitiv după acest caracter. Dezvoltându-se în organismul unei mame care este Rh- (dd), fătul cu ereditatea tatălui elaborează un atigen Rh, care nu există în celulele ei. El pătrunde de la făt în sângele ma­mei, determinând formarea la ea a anticorpilor anti Rh. Anticorpii formaţi, la rândul său, pătrund în sângele viitorului copil, aflat încă în stadiu intrauterin. Ei alipesc şi distrug eritrocitele. În acest caz sau fătul moare până la naştere, sau la nou-născut se dezvoltă icterul hemolitic. În prezent există, însă, metode de salvare chiar şi a copiilor proveniţi din căsătorii incompatibile du­pă factorul Rh. Iată programul de acţiuni ce urmează a fi înfăptuite în acest caz. 1. Soţii trebuie să cunoască dacă sunt sau nu compatibili după factorul Rh. Examinarea sub raportul Rh poate fi efectuată de orice laborator medical. 2. Unei femei Rh - nu i se va transfuza sânge Rh+, aceasta pentru a se evita aglomerarea anticipată a anticorpilor. 3. Dacă mama este Rh-, iar tatăl Rh+, spre sfârşitul perioadei de sarcină o astfel de femeie va tre­bui să fie adusă cu câteva zile mai înainte la maternitate. Aici, înainte de naştere sau după, i se va introduce ser imunizat, care conţine un număr mare de anticorpi anti Rh. Copilului aceştia nu-i provoacă nici o daună, în schimb, provocând aglutinarea antigenilor care au pătruns în sângele mamei în timpul naşterii, ei vor anula procesul imunizării. Anticorpii introduşi odată cu serul peste 2-3 săptămâni vor dispare din sângele mamei, iar anticorpi proprii nu se vor mai forma. Cel de-al doilea copil va fi în afară de orice pericol. 4. Dacă din anumite motive procedeele descrise mai sus n-au fost folosite şi s-a produs o formă grea de icter hemolitic nou-născutului i se face transfuzie de înlocuire a sângelui, adică sângele vechi este înlocuit pe de-a întregul cu sângele unui donator compatibil. În. acest fel din organism sunt îndepărtaţi toţi anticorpii, elaboraţi împotriva antigenului Rh, şi eritrocitele încetează de a se mai distruge. 5. Dacă pe parcursul sarcinii, cu mult înainte de termenul normal al naşterii, se formează o concentraţie primejdioasă de anticorpi, copilul mai poate fi salvat prin operaţie cezariană şi făcându-i-se imediat o transfuzie de înlocuire a sângelui. În prezent genetica grupelor de sânge şi a facto­rului Rh este aplicată la rezolvarea unui şir de prob­leme medico-biologice, medico-juridice şi de altă natură.

6.3 Metodele de studiere a eredităţii omului

Trebuie arătat că studierea eredităţii umane este le­gată de anumite dificultăţi. La om nu pot fi aplicate metodele geneticiii experimentale, utilizate pe larg în zootehnie şi în cultura plantelor. Cele mai răspândite metode aplicate la studierea eredităţii omu­lui sunt cea genealogică, a gemenilor şi citogenetică. Metoda genealogică constă în studierea statistică a genealogiei (a arborelui genealogic) oamenilor într-un şir de generaţii. Prin această metodă a fost stabilit caracterul transmiterii prin ereditate a multor particularităţi umane, precum şi natura genetică a multor afecţiuni ca hemofilia, alcaptonuria, fenilcetonuria, diabetul zaharat, albinismul şi multe altele. Analiza genealogică permite pronosticarea eventualităţii moştenirii de către copii a diferitelor boli ereditare şi, respectiv, de a se lua la timp măsurile profilactice corespunzătoare. În multe cazuri această metodă ajută la confirmarea legăturilor de rudenie dintre diferite generaţii de oameni. Drept exemplu poate servi următoarea întâmplare. În anul 1914 în Anglia se repara catedrala Şriuberi. Lucrările erau conduse de un urmaş al primului duce al ducatului Şriuberi Jon Talbot, îngropat în 1453 în această catedrală. Acest Jon Talbot a fost o figura istorică. El a luptat împotriva Janei D'Arc şi a murit de răni. 14 generaţii îl îndepărtau pe acest cavaler al veacului XV de urmaşul său. Puteau oare genele eroului războiului de o sută de ani să ajungă peste cinci secole, până la contemporanul primului război mondial? Urmaşul lui Talbot a deschis sarcofagul strămoşului. Şi cu acest prilej s-a constatat o dovadă incontestabilă a rudeniei lor, dovadă mult mai sigură decât documentele genealogice vizate de notar: la unul din degetele scheletului două falange erau concrescute în una singură. Urmaşul ducelui tăiat de franceji le-a arătat martorilor mâna. Pe aceiaşi mână ca şi la schelet, pe acelaşi deget ca şi la schelet, exact aceleaşi două fa­lange arătau ca una singură. Le-a concrescut gena dominantă, a cărei expresie fenotipică poartă numele de simfalangie . Iată încă o manifestare a atotputerniciei genei, a eredităţii! După acelaşi tip dominant se moşteneşte şi brahidactilia, caracterizată prin scurtarea degetelor de la mâni. Manifestarea acţiunii genei dominante chiar în prima generaţie este folosită cu rezultate bune în expertiza judiciară. Astfel, în anul 1921 în Norvegia prin aplicarea metodei genetice s-a repurtat un adevărat triumf în cadrul unui proces judiciar de stabilire a paternităţii. Mama a doi copii nu putea prezenta judecăţii alte dovezi decât asigurări bazate pe jurăminte că pârâtul este fostul ei concubin. Expertiza genetică a stabilit că ambii copii ca şi pârâtul sunt purtători ai genei de brahidactilie, în timp ce mama nu avea această genă. Şi judecătorul a satisfăcut cererea mamei. Hemofilia (incoagulabilitatea sângelui) mai este numită şi boala regilor. Pentru prima oară în descrierile dinastice fenomenul hemofiliei a fost înregistrat la fiul vestitei regine a Angliei Victo­ria. Dat fiind faptul că regii şi ţarii se căsătoresc numai cu regine şi ţariţe, această boală ereditară s-a răspândit în rândul familiilor domnitoare din Europa. A suferit de hemofilie şi fiul lui Ni­colai II (Romanov). În cazul acestei boli cea mai mică leziune vasculară poate provoca o hemoragie mortală. «Vina» o poar­tă gena recesivă, localizată în unul din cromozomii sexuali X. De remarcat că suferă de această boală nu­mai bărbaţii, deşi femeile sunt purtătorii acestei gene. În unul din cromozomi X femeia respectivă are o genă «defectuoasă». Cel de-al doilea cromozom X conţine o genă normală (dominantă), care şi asigură funcţionarea normală şi păzeşte femeia de îmbolnăvire. Băiatul pe care îl naşte o astfel de femeie are 50 de şanse din 100 că va moşteni gena defectuoasă. Deoarece la bărbaţi există numai un singur cromozom X, iar (cromozomul ¡ nu conţine o genă normală, care ar dubla-o pe cea defectuoasă, viciul pus în cromozomul X se manifestă numai la băieţi, mai exact la jumătate din fiii născuţi de femei cu asemenea cromozomi. În acelaşi timp, jumătate din numărul total de fetiţe, născute la asemenea femei poartă un cromozom X, despre existenţa căruia nu află decât când li se naşte un fiu, bolnav de hemofilie. Cunoscând arborele genealogic al oamenilor la care se întâlneşte această genă, se poate astfel prevedea manifestarea bolii la generaţiile următoare şi, fireşte, evita combinaţiile lui nefavorabile în homozigot. După acelaşi tip ca şi hemofilia este moştenit şi daltonismul (miopie coloristică) -boală de care suferea cunoscutul fizician şi chimist Dalton şi care se manifestă prin incapacitatea de a deosebi anumite culori, în special cea roşie de cea verde. Daltonismul se întâlneşte la 4 procente din băr­baţi, fapt care pe mulţi îi împiedică să-şi aleagă profesia de şofer. Femei daltonice se întîlnesc de 200 de ori mai puţine decât bărbaţi. Femeia devine daltonică doar în cazul unei coincidenţe rare: când ambii săi părinţi sunt daltonici. În schimb, dacă unul din părinţi este sănătos, şi fiica va fi sănătoasă. Metoda gemenilor constă în studierea dezvoltării caracterelor la gemeni. Se cunoaşte că există două categorii de gemeni: bivitelini sau pseudogemeni şi univitelini sau ge­meni adevăraţi. În cazul gemenilor bivitelini sunt fecundate simultan două, trei şi mai multe ovule, nu unul singur ca în mod obişnuit. Din zigoţi deosebiţi se dezvoltă gemeni, semănând între ei ca nişte fraţi obişnuiţi şi nu ca nişte gemeni. Uneori, însă, dintr-un singur ovul fecundat se formează doi sau mai mulţi embrioni. Aceasta se produce atunci când în stadiile iniţiale de dezvoltare zigotul se divizează în două părţi, din care în continuare se dezvoltă copii normali. Anume aceşti gemeni se numesc univitelini sau adevăraţi. Ei au întotdeauna acelaşi sex, deci pot fi sau fete, sau băieţi şi seamănă între ei ca două picături de apă. Se cunosc cazuri când gemenii univitelini sunt foarte greu de deosebit unul de.celălalt Este un fenomen explicabil, dat fiind faptul că ei au unul şi acelaşi genotip, spre deosebire de cei bivitelini, la care genotipurile sunt diferite. Câţiva ani în urmă colaboratorii Institutului de genetică medicală şi ai Institutului de medicină II din Moscova au încercat să explice de ce în unele cazuri se nasc gemeni univitelini (monozigotici), iar în altele - bivitelini sau dizigotici. Ei au examinat 259 de familii din Moscova şi au ajuns la concluzia că numărul de naşteri a gemenilor dizigotici este cu atât mai ridicat cu cât mai... înaltă este statura mamei. Această probabilitate creşte şi în familiile în care mamele au un serviciu le­gat de munca fizică, precum şi acolo unde relaţiile dintre părinţi nu sunt tocmai bune. În acelaşi timp probabilitatea naşterii unor gemeni monozigotici creşte odată cu creşterea vârstei tatălui, în famili­ile cu un regim alimentar mai calitativ şi în acelea în care mama a folosit înainte mijloace anticoncepţionale. Toate aceste fenomene urmează încă a fi explicate. Prezintă un mare interes şi următorul fapt: în familia Dionn, de origine franceză, care trăia în Ca­nada, s-au născut cinci gemeni univitelini, cinci fetiţe. Ele uimeau prin asemănare. Pe baza asemănării şi deosebirilor dintre ele, s-a putut stabili până şi modul în care s-a produs divizarea ovulului fecundat. După prima diviziune a zigotului şi formarea a doi blastomeri (celule somatice) dintr-o celulă-fiică s-au format altele două nepoate, de la care au provenit Sesil şi Annet. De la cealaltă celulă-fiică şi-au luat începutul alte două nepoate, una dintre care s-a transformat în Ivonn, iar cealaltă celulă-nepoată s-a divizat în două strănepoate, de la care au provenit Emili şi Mari. Această schemă a fost stabilită pe baza faptului că Sesil şi Annet semănau între ele mai mult decât toa­te celelalte. Acelaşi lucru s-a constatat şi în cazul lui Emili şi Mari. Ivonn ocupa parcă o poziţie intermediară. Tot oda­tă atât Sesil şi Annet, cât şi Emili şi Mari prezentau asemănări exterioare perfecte-copii în oglindă una a alteia. Asemănarea în oglindă se manifesta prin faptul că dacă unul din gemeni are o aluniţă pe obrazul drept, celălalt va avea una identică, situată în acelaşi punct, dar pe obrazul stâng. La vârsta de patru ani şi jumătate toate cinci fetiţe s-au îmbolnăvit brusc de tonzilită şi la toate li s-au scos amigdalele. În legătură cu aceasta se cere subliniat faptul că gemenii univitelini suferă în 80- 90% din cazuri simultan de aceleaşi boli în timp ce la bivitelini acest fenomen lipseşte. Comparând gemenii univitelini cu cei bivitelini, se pot face concluzii despre rolul eredităţii, pe de o parte, şi rolul mediului înconjurător, pe de alta, în dezvoltarea unor sau altor caractere, inclusiv şi în dezvoltarea aptitudinilor intelectuale ale omului. Dar despre aceasta vom vorbi mai încolo. În cazul dat o importanţă deosebită o au observaţiile asupra gemenilor adevăraţi care trăiesc împreună sau nu, adică în condiţii diferite. Metoda citogenetică a început să fie aplicată pe larg abia în ultimul timp. Pe baza acestei metode au fost obţinute numeroase date referitoare la bolile cromozomice la om. Este suficient să menţionăm că 25% din concepţii, din cauza unor dereglări cromozomale, se termină cu avorturi spontane. Şi chiar dacă un anumit număr de astfel de copii supraveţuiesc, ei su­feră de diferite defecte. Prezenţa unor mutaţii cromozomale poate fi determinată la studierea cu ajutorul microscopului a cariotipului celulelor somatice. În acest scop celulele sunt în prealabil fixate (omorâte brusc) cu ajuto­rul unor agenţi chimici speciali, apoi ele se colorează cu ajutorul unor coloranţi speciali, aşa încât cromozomii să se distingă clar de contextul citoplasmei, după aceea se pregătesc preparate care sunt examinate sub microscop. Toate devierile de la numărul normal şi structura normală a cromozomului se înregistrează şi pe această bază se fac concluziile corespunzătoare. Această metodă şi-a găsit de asemenea o largă aplicare în diagnosticarea timpurie a sexului viitorului copil, precum şi în serviciile de consultaţii medico-genetice, pe care urmează acum să le examinăm.

VII. GENETICA MEDICALĂ

7.1 Ereditatea patologică la om

«Într-un corp sănătos-minte sănătoasă» spune un străvechi proverb. Şi nu întâmplător oamenii îşi urează unul altuia în primul rând sănătate deoarece celelalte vor veni şi aşa. De asemenea, în mare parte fericirea dintr-o familie depinde de sănătatea copiilor. Numeroasele boli de care suferă oamenii sunt clasificate, ca şi diferitele caractere ale organismelor, în ereditare şi ne ereditare. Cu bolile ne ereditare medicina modernă se descurcă destul de uşor. Alta e situaţia în ce priveşte bo­lile ereditare, deoarece în acest caz poate fi lecuit bolnavul, nu însă şi boala, cu alte cuvinte, este greu să se excludă posibilitatea transmiterii bolii date generaţiei viitoare. De aceea, când în familie există un copil cu o boală ereditară, părinţii lui vor, fireşte, să ştie dacă pot conta pe faptul că viitorul lor copil va fi sănă­tos sau el este ameninţat de aceiaşi boală. Necunoscutul îi determină să se abţină de la procreaţie, să apeleze la întreruperea artificială a sarcinii ş. a. m. d. Toate acestea provoacă traume sufleteşti şi adesea reprezintă cauza destrămării fami­liei. Dar medicul geneticiian, analizând situaţia, poate să împrăştie temerile de prisos. Stabilind că în căsătoria respectivă există un mare risc de îmbolnăvire a copiilor, medicul poate şi el să-i sfătuiască pe părinţi să se abţină de a procrea. În acest caz serviciile de consultaţii medico-genetice servesc profilaxiei răspândirii bolilor ereditare. Conform unor calcule efectuate de savanţi, de boli ereditare suferă până la 7% din populaţia globului. Omenirea a ieşit învingătoare în bătălia cu multe microorganisme-agenţi patogeni ai bolilor infecţioase, apropiindu-se nemijlocit de virusuri. Lupta cu bolile ereditare, însă, abia începe. Mai mult, se creează impresia că cercul bolilor ereditare se lărgeşte. Faptul se explică prin mai multe cauze. În primul rând, bolile ereditare, pe fundalul dispariţiei epidemiilor de ciumă, variolă, holeră, care luau mii de veţi, şi când am început să tratăm mai eficient tuberculoza, pneumonia, dizenteria şi numeroase boli de copii, atrag, pur şi simplu, mai mult atenţia. În al doilea rând, în legătură cu creşterea duratei vieţii se înregistrează mai frecvent unele boli comp­let sau parţial ereditare, care se manifestă la o vârstă înaintată (hipertonie, glaucomă ş. a. m. d.). În al treilea rând, datorită dezvoltării indust­riei şi tehnicii, au apărut un mare număr de mutageni. (substanţe nocive), care provoacă mutaţii ereditare. Este vorba de diferite tipuri de radiaţie ionizantă (începând cu cele care se formează la explozia bombelor atomice până la izotopii radioactivi şi dozele mari de raze Rentghen), deşeurile întreprinderilor chimice, care poluează apa, aerul şi solul, unele pesticide, aplicate în agricultură pentru combaterea dăunătorilor şi bolilor plantelor ş. a. Anume de aceea se subliniază în permanenţă necesitatea rezolvării importantei sarcini istorice, care este încetarea experienţelor cu orice tipuri de arme nucleare şi neutralizarea în plan global a fenomenelor secundare nocive pentru om şi natură, generate de activitatea de producţie. În prezent în mediul ambiant există peste două milioane de diferiţi compuşi chimici, iar anual sunt sintetizate nu mai puţin de 250 de mii de noi substan­ţe chimice. Multe din ele au o activitate mutagenică, adică deteriorează aparatul genetic al organismelor, inclusiv al celui uman. În ultimul timp s-a stabilit că rol de mutageni pot avea şi unele preparate medicamentoase şi de uz gospodăresc, folosite în cantităţi excesive. Folosirea fără control a medicamentelor, fumatul şi consumul de alcool de către femeile gravide au o înrâurire negativă asupra dezvoltării fătului. Din aceleaşi cauze atât la femei, cât şi la bărbaţi se formează adesea gameţi de valoare genetică incompletă. Medicii şi geneticiienii consideră că la oamenii din prezent aproape 50% din patologii (boli) sunt determinate de diferite dereglări în aparatul genetic. Calculele arată că fiecare individ este «posesorul» a circa 5-10 gene potenţial dăunătoare. Din cauza tulburărilor genetice din 130 de concepţii una se întrerupe chiar în primele zile, 25% se întrerup la stadii mai înaintate ale sarcinii, iar din 40 de nou-născuţi unul se naşte mort. În sfârşit, conform calculelor existente, fie­care 5 nou-născuţi dintr-o sută prezintă defecte gene­tice manifeste, legate de mutaţiile unor gene sau ale unor cromozomi întregi. Până la ora actuală au fost descrise circa 1500 de boli întâlnite la om şi condiţionate de anumite tulburări în funcţionarea genelor. De câteva din ele am luat deja cunoştinţă. Dar există şi aşa-numitele boli cromozomice, legate fie de modificarea numărului, fie de modificarea structurii cromozomilor. Există aproximativ 500 de boli de acest fel. La bărbaţi se cunoaşte demult sindromul lui Clinefelter - o boală caracterizată prin faptul că bărbaţii afectaţi au o statură înaltă, testiculele nedezvoltate, sunt sterili, în majoritatea cazurilor la ei constatându-se o dezvoltare a glandelor mamare, sunt anemici, cu arieraţie mintală. Vina o poartă un cromozom X, care este în plus (indicele sexual- XX¡). Frecvenţa naşterilor cu această boală o constituie un caz la 400-500 de băieţi. La femei este cunoscut sindromul Turner. Din cariotipul acestor femei lipseşte un cromozom X (indicele sexual XO). Ele se caracterizează prin statură mică, gât scurt, încetinirea maturizării sexuale şi a dezvoltării mintale. Frecvenţa naş­terilor cu acest sindrom este egală cu un caz la 5000 de nou-născuţi de sex feminin. Şi la bărbaţi, şi la femei se întâlneşte sindro­mul lui Down. În celulele bolnavilor se conţine un cromozom în plus, situat în perechea 21 de autozomi. În medie boala se întâlneşte cu frecvenţa de un caz la - 500-600 de nou-născuţi. Simptoamele ei sunt: statură mică, dimensiuni mici ale capului, gură întredeschisă, anomalii în organele interne, în special la inimă, arieraţie mintală puternic exprimată ş. a. În anul 1960 medicii-geneticiieni au stabilit că (trizomia după un cromozom din grupa D (trei omologi ,în loc de doi în perechile 13-15) determină astfel de defecte ereditare ca «buza de iepure» la nou-născuţi şi dehiscenţa palatului moale şi a celui dur. În alte cazuri D-trizomia conduce la dezvoltarea anormală a ochilor, ajungând până acolo, încât copilul poate să rămână orb. Şi mai primejdioasă pentru organism este trizomia după unul din cromozomii din grupa E (perechile 16-18). 50% din copiii cu acest defect mor în vârstă de până la două luni, alte 30% - până la trei luni şi doar 1-2% trăiesc până la 10 ani. La această boală copiii au foarte slab dezvoltat maxilarul inferior. Gura copilului este mică, uneori e atât de mică încât nou-născutul nu poate nici măcar să apuce sânul mamei. În continuare copilul pre­zintă o insuficientă dezvoltare a musculaturii. Într-o stare de dezvoltare incompletă rămâne şi creierul-copilul ajunge la vârsta de 10 ani şi tot nu poate vorbi. Numeroase boli ereditare sunt legate nu numai de tulburarea numărului, dar şi a integrităţii cromozo­milor. Rezerva de mutaţii dăunătoare de gene şi cro­mozomi, acumulate de populaţiile umane, se numeşte povara ereditară a umanităţii. Conform datelor statisticii medicale mondiale («Raportul Comitetului de experţi al organizaţiei Mondiale a Sănătăţii (OMS) în genetica umană», Geneva, 1965), povara genetică a populaţiilor contemporane se exprimă printr-o mărime impunătoare: 7,5%. Aceasta înseamnă că din 5.5 miliarde de locuitori ai globului pământesc peste 300 di milioane suferă de boli ereditare (anomalii). Cifra poate deveni şi mai mare, dacă se va ţine cont de mortalitatea intrauterină, care aproximativ în 25% din cazuri depinde de anomaliile cromozomice prezente la făt.

7.2 Eugenica şi genetica

Se naşte întrebarea firească: cum îi poate fi omenirii uşurată povara genetică şi ce trebuie făcut îi acest scop? Încă în anul 1883 F. Galton a adresat îndemnul de a se crea o nouă ştiinţă - eugenica - având ca profil asigurarea unei eredităţi bune, adică ameliorarea speciei umane. El vroia să vadă viitoarele generaţii sănătoase fizic, prezentând înalte calităţi sociale. Sarcina eugenicii Galton o vedea în studierea sub control social a metodelor şi mijloacelor cu care se va putea realiza îmbunătăţirea particularităţilor ereditare ale generaţiilor viitoare. El a pus problema acţiunii conştiente a omului asupra însuşirilor viitoarelor generaţii prin reglarea căsătoriilor. Adepţii lui Galton au emis în continuare o serie de opinii, care sunt cunoscute sub numele de eugenică negativă şi pozitivă. Părtaşii eugenicii negative considerau că una din măsurile primordiale, care trebui luată, o constituie desfăşurarea unei munci largi de lămurire în rândul populaţiei pentru ca persoanele cu defecte genetice să se abţină de a concepe. Tot odată, în vederea excluderii procreării de către persoanele la care se presupun anumite defecte sub raport genetic, se proiecta sterilizarea bărbaţilor prin una din metodele care nu influenţează asupra vieţii sexuale. Se preconiza de asemenea avorturi obligatorii în cazurile când constituţia genetică a unuia dintre părinţi condiţionează formarea unui defect incurabil la copil. Adepţii eugenicii pozitive presupuneau că scopuri-le lor pot fi atinse prin realizarea unor măsuri cu caracter contrar. Una dintre cele mai importante mă­suri de acest fel urma să aibă drept obiectiv sporirea numărului de naşteri în familiile făcând parte din clasele avute. Expresia cea mai completă ideile eugenicii pozi­tive şi-au aflat-o în lucrările geneticiianului american G. Meller. El proiecta să introducă în practică fecundarea artificială a femeilor, folosind în acest scop sperma unor donatori special selectaţi. De eugenică au fost strânse legate diferite teorii rasiale. De acum în anul 1870, înainte chiar do proclamarea eugenicii, F. Galton afirma în cartea sa «Geniul ereditar» superioritatea albilor faţă de negri, englezii fiind, după opinia lui, sub raportul dezvoltării mintale cu două trepte mai sus decât negrii. Recunoscând diferenţele dintre rase, Galton considera că reprezentntanţii rasei superioare nu trebuie să formeze căsătorii cu reprezentanţi al unei rase inferioare, deoarece în acest fel se produce o scădere a numărului naşterilor de personalităţi eminente. În special în ajunul celui de-al doilea război mondial teoriile rasiale erau în vogă, şi în acest context Hitler a putut să afirme că rasa ariană, după convingerea sa, este rasa cea mai superioară şi de acea celelalte rase urmează să i se supună. În acest fel principiile eugenicii, care iniţial urmau să servească profilaxiei bolilor ereditare, ulterior au fost denaturate şi folosite în scopuri din­tre cele mai odioase. Bazându-se pe faptul că legile eredităţii sunt aplicabile omului, teoreticienii burghezi au început (să le dea interpretări mecanice, ajungând până la teza absurdă că, chipurile, nu condiţiile sociale dintr-un stat sau altul împart oamenii în bogaţi şi săraci, în diferite stări, ci capacităţile lor care, după opinia lor, depind complet de genotip. În ţările capitaliste faţă de om au început să fie aplicate metode ale selecţiei utilizate în zootehnie. Astfel, în anul 1907 în statul Indiana (SUA) a fost introdusă o lege conform căreia idioţii, debilii mintali, delincvenţii-recidivişti urmau să fie supuşi unei sterilizări obligatorii. Până în anul 1914 asemenea lege a fost introdusă în alte 12 state din SUA. În Danemarca, în virtutea numărului mic al popu­laţiei şi datorită faptului că s-au păstrat cărţi bisericeşti de sute de ani, s-a putut stabili că unele forme de debilitate mintală se transmit prin ereditate. Dată fiind imposibilitatea realizării ideii de a se face ca debilii mintali să înţeleagă să nu procreeze, şi în Danemarca în anul 1929 a fost introdusă legea cu privire la sterilizarea obligatorie. Mai târziu i-au urmat exemplul Finlanda, Norvegia, Suedia şi Elveţia. Vom remarca faptul că legile având ca scop reglementarea căsătoriilor funcţionau cu mult înainte de apariţia eugenicii. În Rusia prima lege cu privire la aplicabilitatea selecţiei şi la rasa umană a fost adoptată în anul 1722 pe timpul domniei lui Petru 1. Legea se numea «Despre examinarea proştilor în Senat». Proşti erau consideraţi cei de la care nu se poate aştepta la «moştenire bună şi la folos pentru stat». Şi de aceea persoanelor «...care nu erau buni nici pentru ştiinţă, nici pentru serviciu militar nu se potriveau, să se însoare şi să se mărite nu li se va permite...» În ţările din Europa Occidentală era propagată pe larg ideea că la căsătorie perechile conjugale trebuie să îmbine frumuseţea fizică cu nivelul intelectual. Cunoscutul savant rus şi sovietic, unul din întemeietorii revistei de eugenică în Rusia, A. S. Serebrovschii scria în legătură cu aceasta: «Dacă un deştept îşi va alege o nevastă deşteaptă, prostul rămas se va însura cu proasta rămasă; şi mai e încă o întrebare cine dintre ei va da o descendenţă mai numeroasă? Că o nevastă deşteaptă nu va naşte pe întrecute cu una proastă, deoarece ea, fiind deşteaptă, nu va dori să se transforme într-o maşină de născut copii». În acest fel opiniile despre faptul că un soţ eugenic trebuie să-şi aleagă o soţie eugenică, din punctul de vedere al geneticiii, nu pot duce la nimic bun. Aceste metode genetice nu pot fi aplicate omului.

7.3 Consultaţiile medico-genetice

Consideraţii etico-morale ne silesc să respingem categoric atât metodele staţiilor de montă de «îmbunătăţire» a speciei umane, cât şi ideea lipsirii prin lege a persoanelor cu povară ereditară de dreptul de a avea copii. Chiar dacă ar fi să se facă abstracţie de morală, din punct de vedere pur ştiinţific nu întotdeauna se poate spune cu siguranţă care gene sunt «bune» şi care «rele». Bolile ereditare ale omului sunt încă insuficient studiate, de aceea orice recomandaţii privind încheierea căsătoriilor sunt nu numai anormale, dat fiind fap­tul că orice opresiune în sfera vieţii personale şi a căsătoriei este inadmisibilă, dar pot şi să nu aibă efectul scontat. Se ştie, doar, că nu întotdeauna la persoanele talentate şi sănătoase se naşte o descen­denţă de aceeaşi valoare cu părinţii. Plus de aceasta, calculele demonstrează că chiar dacă, în pofida oricăror principii ale moralei, s-ar reuşi introducerea unor căsătorii impuse, rezultatele experienţei s-ar mani­festa abia peste câteva secole. Oricum, bolile genetice continuă să fie o realitate şi ele trebuie combătute. De acest lucru se ocupă în prezent genetica me­dicală. Spre deosebire de eugenişti, care visau la înmulţirea intensă a numărului de oameni talentaţi, genetica medicală se mărgineşte la măsurile «eugenicii ne­gative benevole». Sarcina ei constă în studierea cât mai profundă a bolilor genetice şi elaborarea unor măsuri de profilaxie şi tratament. Pe baza sistemului de ocrotire a sănătăţii, constituit în ţara noastră, în corespundere cu nivelul de dezvoltare a medicinii şi gradul de pregătire a medicilor în domeniul geneticiii, s-a creat o reţea de servicii de consultaţii medico-genetice. Scopul consultărilor medico-genetice în sens general-populaţional o constituie micşorarea poverii eredităţii patologice, iar scopul unui serviciu concret de consultaţii o constituie acordarea de ajutor familiilor în adoptarea unei hotărâri juste în problema în cauză. S. N. Davidenco este primul medic care în anii 30 a efectuat în practică muncă de consultare medico-genetică. El a remarcat pentru prima oară varietatea bolilor ereditare existente, fapt de care urmează să se ţină cont pentru a se putea just prog­noza viitoarea generaţie în familiile cu povară ere­ditară. Serviciul de consultaţii medico-genetice este o instituţie de tip policlinică. Funcţiile ei principale sunt următoarele: 1) Stabilirea pronosticului sănătăţii pentru vii­toarea generaţie în familiile în care există sau în care se presupune existenţa unor patologii eredi­tare; 2) Explicarea într-o formă accesibilă a mărimii riscului şi acordarea de ajutor părinţilor în luarea. de către aceştia a unei decizii; 3) Acordarea de ajutor medicului în diagnosticarea boli ereditare, dacă pentru aceasta sunt necesare meto­de genetice speciale de cercetare; 4) Propagarea cunoştinţelor medico-genetice în rândul medicilor şi ale păturilor largi ale populaţiei. Este foarte important de a face ca o familie sau alta să înţeleagă sensul consultării genetice, de a i se oferi familiei date sfaturile necesare în luarea unei anumite decizii. În esenţă, aceasta e principala sarcină a medicului geneticiian, dar obţinerea ca acest sfat să fie urmat este din sfera competenţei serviciului de consultaţii medico-genetice. Deciziile urmează să le ia părinţii înşişi. Adesea recomandarea medicului-geneticiian este necesară la adoptarea hotărârii de căsătorie. Faptul se referă la cazurile în care unul din viitorii soţi fie că are el însuşi o afecţiune ereditară, fie că o are cineva dintre rudele lui. Pentru a se putea 'face o constatare medico-genetică, este important să se stabilească diagnosticul precis al bolii. La aceasta contribuie examinarea minuţioasă a arborelui genealogic şi a rudelor bolnavului. Sarcina primordială a medicului geneticiian o constituie stabilirea faptului dacă afecţiunea are un caracter ereditar sau nu. Dacă ea se dovedeşte a fi ere­ditară, pentru a se putea aprecia just probabilitatea apariţiei în această căsătorie a bolilor ereditare, medicul are nevoie de o imagine exactă a tipului de moştenire a afecţiunii date. Astfel, în cazul unei afecţiuni moştenite după dominantă, în medie jumătate din copiii unui membru bolnav al familiei vor fi şi ei afectaţi de această boală. În schimb, membrii sănătoşi ai acestei familii nu au de ce să se teamă, deoarece gena dominantă care condiţionează boala are o manifestare de o sută de procente. Altfel stau lucrurile în cazul consultării gene­tice a membrilor unei familii în care s-au constatat cazuri de boli moştenite recesiv. Gena recesivă mutantă poate în cursul unei perioade lungi de timp, rămânând în stare heterozigotică latentă, să se transmită de la o generaţie la alta, fără să condiţioneze dezvoltarea bolii. O asemenea sta­re durează până nu se căsătoresc doi purtători heterozigotici ai unei şi aceleiaşi gene recesive. Când o asemenea căsătorie se încheie, până la 25% din copiii proveniţi din ea moştenesc gena recesivă de la ambii părinţi, în urma cărui fapt şi are loc dez­voltarea unei afecţiuni recesive grave. O altă situaţie: boala recesivă s-a manifestat şi părinţii se adresează medicului-geneticiian pentru a afla probabilitatea naşterii la ei a unui al doilea copil bolnav. După examinare medicul le poate spune că pentru fiecare din următorii lor copii primejdia îmbolnăvirii reprezintă 25%. Pe 50% din copiii lor îi ameninţă primejdia de a fi purtători heterozigotici ai genei recesive, ei fiind aparent sănătoşi, şi numai 25% din copii vor fi absolut sănătoşi şi nu vor avea în genotip nici o genă recesivă. În mod cu totul firesc, soarta viitorilor copii îi nelinişteşte nu numai pe părinţi, ci şi pe rude­le lor de sânge. Membrii unei familii în care s-a produs deja dez­voltarea unei boli recesive pot să fi moştenit gena recesivă de la un strămoş comun cu al bolnavului şi să fie purtători latenţi ai genei mutante. Probabilitatea unei astfel de stări de purtător de gene recesive poate fi calculată, ea depinzând de gradul de rudenie. Această probabilitate este cea mai mare pentru fraţii şi surorile bolnavului însuşi (66,6%), pentru fraţii şi surorile părinţilor bolna­vului (50%) şi pentru copiii lor (25%). De aceea trebuie evitate cu orice preţ căsătoriile unor rude din familiile în care s-a manifestat deja o boală recesivă, deoarece este foarte mare primejdia îmbolnăvirii copiilor născuţi din aceste căsătorii. Se cuvine să amintim şi despre un astfel de caz posibil, cum este căsătoria unui bolnav de o afecţiune ereditară înlănţuită cu sexul (de exemplu, hemofilie) sau a uneia din rudele acestuia. Într-o asemenea variantă gradul riscului îmbolnăvirii de aceeaşi afec­ţiune a viitorilor copii poate fi diferit în diferite situaţii, Şi anume: fiii bolnavului vor fi sănătoşi, iar toate fiicele lui vor moşteni o genă mutantă, în urma cărui fapt jumătate din fiii acestora (nepoţii bolnavilor) vor fi afectaţi de boala ereditară, iar jumătate din fiice (nepoatele bolnavului) vor deveni, la rândul lor, purtătoare ale unei gene mu­tante. Bărbatul sănătos, care este rudă cu bolnavul, poate conta că va avea o descendenţă sănătoasă. Anume gradul de primejdie al afectării viitorilor copii de o boală ereditară în cutare sau cutare tip de căsătorie şi reprezintă obiectul explicaţiilor medicului-geneticiian, adresate persoanelor care îi solicită consultaţii. Dacă persoanele a căror căsătorie prezintă un risc ridicat în ce priveşte naşterea unor copii afectaţi de vre-o boală ereditară, se căsătoresc, totuşi, copilul care li se va naşte va fi examinat fără întârziere de un medic-geneticiian. În cazul descoperirii semnelor de îmbolnăvire lui i se va prescrie tratamentul corespunzător. Dar pot fi lecuite oare bolile de acest tip? - veţi întreba. Doar pe parcursul mai multor ani a dominat opinia cu privire la caracterul fatal al bolilor ereditare, la imposibilitatea combaterii lor. Din fericire, îi putem dezamăgi pe sceptici şi pesimişti, deoarece lucrurile nu stau aşa cum şi le-au închipuit. Este necesar numai să se studieze profund cauzele fiecăreia dintre bolile ereditare şi atunci aceste boli vor ceda tot aşa cum au cedat la timpul lor ciuma, holera, variola, apoi malaria, tuberculoza şi alte boli infecţioase. În timpul apropiat cele mai reale şi mai realizabile mijloace de combatere a bolilor ereditare vor fi legate nu de încercările de a acţiona nemijlocit asupra aparatului genetic, adică asupra cromozomilor şi genelor (este o perspectivă mai îndepărtată), ci de «atacul» din alt flanc. Este vorba de posibilităţile schimbării radicale a condiţiilor de mediu în aşa fel, încât manifestarea unei eredităţi patologice să fie imposibilă. Aceasta este, de exemplu, calea de tratare a alcaptonuriei - o anomalie ereditară gravă legată de meta­bolism. Persoanele cu un metabolism normal au fermenţi care transformă substanţa alcapton formata în organism iniţial în acid acetilacetic, apoi are loc transformarea acestuia în bioxid de carbon şi apă. La persoanele bolnave acest proces de transformări este tulburat. Din cauza lipsei fermenţilor (este deteriorată gena care îi sintetizează), alcaptonul nu se descompune în organism, ci este eliminat cu urina. La o vârstă timpurie boala se reflectă puţin asupra stării de sănătate a copilului, dar mai târziu, dacă nu se iau măsurile corespunzătoare, ea duce la debilitate mintală. De altfel, diagnosticarea bolii este foarte simplă: în scutecul copilului se pune o bucată de hârtie îmbibată cu un reactiv special. Aşa cum general cunoscuta foiţă de turnesol devine roşie dacă se va picura pe ea acid, tot aşa şi hârtia destinată determinării alcaptonuriei îşi schimbă culoarea, venind în contact cu urina copilului. În ce priveşte tratarea propriu-zisă a bolii, ea constă în faptul că copilului bolnav se încetează de a i se mai da sân şi el este trecut la un regim de dietă special, pe care va trebui să-l urmeze şi ulterior. Restricţia, după cum vedem, nu este prea împovărătoare. În schimb, ea îl scuteşte complet pe om de consecinţele tragice ale bolii. În acelaşi fel excluderea timpurie a laptelui din raţia copiilor suferinzi de galactozemie, scoaterea fenilalaninei din alimentaţia bolnavilor de fenilchetonurie ş. a. m. d. asigură persoanelor afectate de aceste boli o dezvoltare identică cu cea a persoanelor sănătoase. Bineînţeles, în asemenea cazuri prezintă o mare importanţă punerea la timp a diagnosticului. Cu cât el este pus mai devreme, cu cât mai repede va începe tratamentul, cu atât mai mult folos va aduce bolnavului. În cazurile când defectul ereditar al organismului este datorat insuficienţei unei substanţe biologic active oarecare, atunci se poate proceda la introducerea din afară a compusului lipsă. Astfel, prin introducerea unei proteine speciale, care contribuie la sporirea coagulabilităţii sângelui, este tratată una din formele de tendinţă la hemoragii (hemofilia A). O boală destul de răspândită este diabetul zaharat, determinată şi ea în mare măsură de factori ereditari. Câteva decenii în urmă această boală ducea inevitabil la moarte rapidă. Savanţii au stabilit că dezvoltarea diabetului zaharat este condiţionată de insuficienţa în organism a hormonului numit insulină. Folosirea insulinei în tratarea diabetului zaharat nu numai că a salvat viaţa a sute de mii de bolnavi, dar i-a şi făcut pe deplin apţi de muncă. Cel mai greu se tratează bolile cromozomice. Şi într-adevăr, s-ar părea că ce poate să facă medicul pentru un bolnav în organismul căruia fiecare celulă conţine o garnitură cromozomală defectă? Dar şi în această situaţie s-a dovedit a fi posibilă acordarea de ajutor. A fost deja acumulată o anumită experienţă în tratarea bolnavilor cu anomalii ale cromozomilor sexuali. De exemplu, aplicarea pricepută a terapiei hormonale la femeile care au un singur cromozom X(X0) apropie în mare măsură aspectul exterior al acestor femei de cel al femeilor normale. Este cunoscut cazul tratării cu metiltestosteron a unui tânăr de 16 ani având sindromul lui Clinefelter şi care mai târziu a lucrat în calitate de tehnician. O bună acţiune are asupra bolnavilor cu sindromul lui Down niaţinamida. Din păcate, la etapa actuală de dezvoltare a ştiinţei bolile ereditare nu pot fi vindecate definitiv. Surplusul sau lipsa de cromozomi din cariotipul oamenilor, precum şi genele defecte se transmit copiilor lor. Această împrejurare este de natură să facă şi mai imperioasă necesitatea întăririi alianţei dintre medici şi geneticiieni pe calea spre descoperirea unor noi metode şi mijloace de izbăvire a omenirii de ereditate patologică. În legătură cu aceasta nu este de prisos să amintim gândurile marelui fiziolog I. P. Pavlov, sunând ca un testament, rostite la sicriul fiului său, care a murit de cancer: «Medicii noştri,-spunea I. P. Pavlov, - trebuie să cunoască la perfecţie legile eredităţii. Trebuie nimicită în rădăcină posibilitatea transmiterii generaţiilor viitoare a bolilor cauzate de gene patologice...» şi «...traducerea în viaţă a adevărului ştiinţific cu privire la legile eredităţii va ajuta omenirea să scape de multe dureri şi nenorociri». Consultarea medico-genetică reprezintă o modalitate de aplicare în medicina practică a realizărilor ştiinţifice din domeniul geneticiii, constituind o formă specifică de asistenţă acordată populaţiei, având ca scop profilaxia bolilor ereditare. Problemele care se iscă cu acest prilej ţin nu numai de sfe­ra geneticiii medicale, multe din ele, aflându-se în mod tradiţional în competenţa psihologiei, sociologiei, dreptului, economiei, demografiei. Realizarea principiului profilaxiei în medicină nu poate fi deplină fără profilaxia bolilor eredi­tare, care se reduce în fond la posibila limitare a naşterilor de copii cu boli ereditare. Această eliberare a comunităţii umane de povara mutaţiilor pato­logice se cere înfăptuită cu astfel de metode care corespund pe deplin principiilor umanitare ale societăţii noastre.

VIII. DETERMINISMUL EREDITAR AL LONGEVITĂŢII

8.1 Gerontologia şi genetica

Cunoaştem deja ce reprezintă genetica şi care este sfera ei de preocupări, dar iată despre gerontolojie mulţi dintre dumneavoastră posibil că nici n-au auzit. Cum adesea se întâmplă, denumirea cuvântului pro­vine din «montarea» a două cuvinte greceşti: gerontos-«bătrâneţe» şi logos-«învăţătură». Gerontologia se ocupă cu studiul mecanismelor şi cauzelor îmbătrânirii organismelor. În schimb, isto­ria gerontologiei însăşi e departe de vârstele bătrâneţii, numărând doar câteva decenii. Începutul cercetărilor aprofundate ale organismului aflat în proces de îmbătrânire a fost pus prin studiile lui I. I. Mecnicov. Iar la baza cunoştinţelor moderne despre îmbătrânire se află lucrările academicianului A. A. Bogomoleţ-creatorul şcolii de gerontologie şi organizatorul primei în lume conferinţe ştiinţifice în această problemă. Ea se numea semnificativ «Bătrâneţea» şi s-a desfăşurat la Chiev în anul 1938. Aproximativ peste 20 de ani discipolii şi colaboratorii lui Bogomoleţ au creat, din nou la Chiev, Institutul unional de gerontologie, care a găzduit cel de-al nouălea Congres internaţional de gerontologie din anul 1972. Fiindcă vorbim de îmbătrânire, este firesc să se işte următoarea întrebare: cât poate şi cât trebuie să trăiască omul? Iată câteva date ce-i caracterizează pe longevivi. Moşierul maghiar P. Zartai s-a născut în secolul XVI şi a murit în secolul ...XVIII, trăind 185 de ani. Viaţa conjugală a maghiarilor Jon şi Sarra Ravel a durat 147 de ani: soţul a murit în vârstă de 172 de ani, iar soţia în vârstă de 164 de ani. Este exemplul celei mai îndelungate veţi conjugale. Albanezul Hudie a trăit 170 de ani, având în timpul vieţii 200 de urmaşi: copii, nepoţi, strănepoţi, stră-strănepoţi ş. a. m. d. În cartea sa «Prelungirea duratei vieţii» A. A. Bo­gomoleţ citează următorul fapt cunoscut: la 31 iulie 1654 cardinalul d'Armaniac a văzut un bătrân ce plângea în stradă. La întrebarea din ce cauză plânge, bătrânul a răspuns că l-a bătut taică-său. Mirat, cardinalul şi-a exprimat dorinţa de a-l vedea ne tatăl bătrânului. Şi i-a fost dat să vadă un bătrân plin de viaţă în vârstă de 113 ani, care i-a spus că şi-a pedepsit fiul pentru lipsa de respect faţă de unchiul său: îl întâlnise şi nu-l salutase. Când cardinalul a intrat în casă, a văzut un alt bătrân în vârstă de 143 de ani - şi el plin de viaţă. Şi în fosta URSS au fost înregistrate cazuri de uimitoare longevitate. Osetina Tense Abzieva a trăit 180 de ani. Muslim Şiraliev-164, Ismail Aitraliev- 160 de ani... Vorbind despre durata posibilă a vieţii omului, savanţii numesc cifre diferite: 120-150-180-200 de ani şi mai mulţi. Încă marele biolog rus I. I. Mecnicov, referindu-se la caracterul inepuizabil al rezervelor interne ale organismului, spunea: «Moartea înainte de împlinirea a 150 de ani este o moarte silită». Omul dispune de astfel de rezerve interne şi forţe de apărare, care permit să se vorbească nu numai de posibilitatea prelungirii duratei vieţii, încetinirii procesului de îmbătrânire, de care se ocupă gerontologia, dar şi de posibilitatea prelungirii perioadei de tinereţe, a păstrării ei şi chiar de reântinerire. Aceste probleme sunt rezolvate de o nouă ramură a gerontologiei numită juvenologia. Este vorba de păstrarea tinereţii, de prelungirea duratei vieţii active şi a activităţii creatoare a omului. Gerontologia, juvenologia. Dar ce legătură au ele cu genetica? Lev Tolstoi a murit la 82 de ani de pneumonie. Ghiote a murit la 83 de ani tot de pneumonie. Abia cu un an înainte de moarte terminase partea a doua a lui «Faust». Până în ajunul morţii şi-a păstrat facultăţile creatoare, capacitatea de muncă, capacitatea de a se pasiona. Tiţian a murit la 99 de ani de ciumă. La vârsta de 95 de ani el a terminat vestita sa pânză «Hristos purtând coroană de spini». Michelangelo a murit în vârstă de 89 de ani, fără să părăsească munca şi fiind pasionat până în preajma morţii, trecând de la sculptură la arhitectură, de la pictură la compunerea versurilor. Englezul Tomas Parr la vârsta de 105 ani a fost supus unei penitenţe pentru concubinaj, la 120 de ani s-a căsătorit din nou şi a murit la 152 de ani întâmplător din cauza supraalimentaţiei. La autopsie marele fiziolog şi embriolog Harvei n-a descoperit în organismul lui modificări gerontice serioase. Începând studierea longevităţii, colaboratorii Institutului de fiziologie clinica al Academiei de Ştiinţe din Rusia au descoperit în anul 1937 în împrejurimile" oraşului Suhumi 12 persoane între 107-135 de ani. Toţi s-au dovedit a fi plini de forţă şi gazde ospitaliere. Unul din aceşti bătrâni, în vârstă de 107 ani, îşi nega cu îndârjire vârsta, afirmând că are numai 70. «Demascat» de oameni de-o vârstă cu el şi de alţi martori, el a mărturisit: «Vreau să mă însor. Dar cine o. să se mărite cu un bătrân de 100 de ani? Cu unul, însă, de 70 de ani se mărită oricine». În Georgia se bucură de o largă popularitate corul bătrânilor de 100 de ani, iar dansatorului L. Şaria la vârsta de 112 ani i s-a acordat un premiu special pentru cea mai corectă executare a unui dans. În sport este cunoscut numele moscovitului Nicolai Zolotov, care, deşi avea 85 de ani, continua să participe la competiţii oficiale de anvergură, ca, de exemplu, crosul de atletică uşoară organizat de ziarul «Pravda», cursa tradiţională pe distanţa de 30 de chilometri Tarasovca-Moscova ş. a. Toate aceste date şi altele similare ne oferă certitudinea că posibilităţi potenţiale ale prelungirii termenului de viaţă activă există şi trebuie căutate doar căile de realizare a acestor posibilităţi În acest sens genetica este chemată să-şi aducă con­tribuţia. Asupra acestui aspect au stăruit în discursurile lor şi participanţii la cel de-al 9-lea congres de gerontologie din anul 1972.

8.2 Teoriile genetice ale îmbătrânirii

Din timpurile lui Hipocrat au fost emise peste 200 de ipoteze şi teorii ale îmbătrânirii. Dar abia în prezent savanţii au ajunse în preajma dezlegării tainelor mecanismului îmbătrânirii, al rezolvării problemelor prelungirii vieţii. Biologii au acumulat numeroase date despre schimbările ce se produc odată cu vârsta în organism, în anumite celule şi chiar în molecule. Dar pentru înţelegerea esenţei îmbătrânirii lipseşte principalul: nu se ştie care sunt cauzele acestor modificări, ce este primordial şi ce este secundar ş. a. m. d. Să ne oprim pe scurt asupra unor teorii genetice contemporane privind îmbătrânirea organismelor, teo­rii ce se bucură de cea mai mare popularitate, Una din acestea afirmă că bătrâneţea, ca de altfel şi dezvoltarea individuală, este programată în genele organismului, începând cu prima lui celulă. În comunicarea făcută la congresul de gerontologie menţionat B. F. Vaniuşin a citat date experimentale care se refereau la teoria genetică a îmbătrânirii. În ce constau aceste date? În faptul că odată cu vârsta numărul de grupe metilice ale bazelor suplimentare din moleculele de ADN scad. O astfel de legitate a fost constatată la gorbuşă şi la şobolani: în ADN-ul din celulele somatice conţinutul de 5-metilcitozină scade aproximativ de 1,5 ori. Aceste grupe metilice condiţionează sinteza unor fermenţi, scăderea numărului cărora înrâureşte asupra întregii activităţi a celulei vii. În acest fel «amprenta vârstei» din celulă a fost pentru prima oară descoperită în însuşi ADN. Este logic să se presupună că procesul de îmbătrânire este comandat de programul genetic al celulei şi din motivul că durata vieţii are în mod evident un caracter de specie. Doar toţi oamenii îmbătrânesc, toţi elefanţii trăiesc nu mai mult de 70-80 de ani, caii nu mai mult de 30-40, câinii şi lupii-de 13-15 ani, pisicile-de 9-10 ani, şoarecii şi şobolanii trăiesc aproximativ 3 ani. În lumea plantelor există numeroase exemple ale unei durate a vieţii excepţional de mare: mestecenii, plopii, cireşii, vişinii trăiesc câteva sute de ani, iar pinii, arţarii şi stejarii-peste 1000 de ani. A fost descris un baobab cu o vârstă de peste 5000 de ani. Pe de altă parte, la unii microbi durata vieţii este de câteva zeci de minute... Ar fi greu să se contesteze că ciasornicele biologice sunt întoarse întotdeauna pentru un termen individual propriu fiecărei specii, iar diferenţele specifice sunt determinate anume de gene: şi dezvoltarea embrionului, şi apariţia pe lume a nou-născutului, şi toată dezvoltarea lui ulterioară-până la moarte... La congres a vorbit şi profesorul universităţii Stenford (SUA) Leonard Haiflic-unul din creatorii gerontologiei moderne. Haiflic şi colaboratorii săi au demonstrat că procesului de îmbătrânire este supus nu numai organismul în ansamblu, dar şi fiecare celulă aparte, chiar dacă acestea sunt izolate şi cresc în eprubetă. Mai precis, a fost stabilit că în afara organismului viaţa celulelor este limitată: după un anumit număr de diviziuni creşterea în continuare a culturilor de celule încetează şi ele per. Pentru celulele umane numărul critic de diviziuni este egal în medie cu 50. De ce nici mai mult, nici mai puţin, dar anume 50? - veţi întreba. Ce parcă celulele «ţin minte» prin câte, diviziuni au trecut? La această întrebare nu poate răspunde până una alta nici Haiflic însuşi. Dar se pare că celulele au, totuşi, «ţinere de minte». Haiflic a remarcat faptul că celulele congelate pot fi păstrate în azot lichid aproape la infinit, iar fiind dezgheţate ele încep iarăşi să se dividă. Dar ce s-ar întâmpla dacă ar fi să fie dezgheţate celule conservate după ce au suferit, de exemplu, 10 diviziuni? Sau 20? S-a constatat că celulele decongelate se dublează de atâtea ori, încât numărul 'de noi diviziuni în sumă cu cele precedente să fie egal cu 50! Dacă diviziunea este oprită la a douăzecia mitoză, celulele se vor diviza după decongelare de încă 30 de ori. Dacă s-au realizat 10 mitoze, vor urma încă 40 de dublări. Aceasta înseamnă că celulele au într-adevăr memorie, ţin, deci, minte ce li s-a întâmplat mai înainte şi nu greşesc la socoteală până ea nu se încheie! Dar iată o altă întrebare: ţin minte numai celule­le congelate sau orice fel de celule ale organismului viu? Haiflic a recoltat celule de la oamenii în vârstă de la 20 până la 87 de ani şi aceste celule se dublau în cultură de la 29 până la 14 ori. Pe baza a numeroase experienţe a fost stabilită următoarea legitate: cu cât donatorul este mai în vârstă, cu atât mai puţine dublări se produc în celulele recoltate de la el. Ce­lulele embrionului suferă circa 50 de divizări, celu­lele unei persoane de 20 de ani aproximativ 30 ş. a. m. d. Mai târziu au fost stabilite limitele de vârstă şi la celulele altor tipuri de organisme. Dar la principala întrebare-de ce moare celula?--nu s-a găsit un răspuns, deşi au fost emise numeroase ipoteze. Toate aceste ipoteze pot fi împărţite în două grupe mari. Conform primei grupe de ipoteze, în celulă îmbătrâneşte nucleul. Conform celei de-a doua, în producerea fenomenului de îmbătrânire participă şi citoplasma. Aceste idei şi-au propus să le verifice în continuare L. Haiflic şi V. Rait. S-a hotărât să se procedeze la întinerirea unei ce­lule bătrâne, introducându-se în ea citoplasmă tânără. Pentru aceasta s-au folosit celule lipsite de nucleu (citoplaşti) care erau fuzionate cu celule întregi. În cursul experienţelor au fost fuzionaţi cito­plaşti «bătrâni» cu celule «tinere», citoplaşti «tineri» cu celule «bătrâne», precum şi «tineri» cu «ti­nere», «bătrâni» cu «bătrâne». Ultimele două variante au demonstrat că celulele sufereau un anumit număr de diviziuni şi apoi periau. Măsurând, însă, durata vieţii ulterioare a celulelor fuzionate în primele două variante, autorii au ajuns la concluzia că adăugarea de citoplasmă «tânără» nu sporeşte durata vieţii celulelor «bătrâne» şi invers, citoplasma «bătrână» nu o îmbătrâneşte pe celula «tânără». Prin urmare, după toate probabilităţile «vârsta» citoplasmei nu determină «vârsta» întregii celule (dat fiind faptul că ea nu «hotărăşte» de câte ori să se mai dividă aceasta înainte de a peri). Şi deşi autorii indică asupra caracterului preliminar al rezultatelor obţinute, ei înclină să acorde mai mult credit ideii că fenomenul de bătrâneţe începe de la nucleu. Cine e, totuşi, «calculatorul» molecular al celulei? Colaboratorul Institutului de epidemiologie şi microbiologie al AŞ din Rusia A. M. Olovnicov consideră că mai degrabă este vorba de ADN. Posibil că celula deaceea ştie câte mitoze au avut loc în ea, deoarece cu fiecare diviziune scade lungimea ADN-ului, pe care îl conţine, cu un anumit segment. Cu alte cuvinte, celulele-fiice moştenesc molecule tot mai scurte de ADN- A. M. Olovnicov a făcut presupunerea că la capetele ADN-ului se află gene speciale de tampon, care nu conţin informaţie, ci au doar misiunea de a ocroti celula. Toate genele de importanţă vitală sunt dispuse mai aproape de mijloc şi atâta timp cât ele nu sunt retezate, celulele funcţionează normal. În procesul replicării ADN-ului celula sacrifică genele de tampon. Fenomenul se desfăşoară probabil în felul următor. De fiecare dată în procesul replicării nu este reprodus segmentul marginal al genei de tampon şi după 30 de mitoze se pierd 30 de asemenea segmente, iar în total gena de tampon este compusă din aproximativ 50 de părţi. Ele toate sunt «bilele» moleculare cu care celula face calcule. Atâta timp cât gena de tampon nu este epuizată, ce­lula funcţionează normal. Catastrofa începe să se producă atunci când se ajunge la gena care îi urmează. În aceasta şi constă, după opinia lui Olovnicov, cauza primordială a îmbătrânirii. Cu mai mult de zece ani în urmă a fost exprimat un alt punct de vedere, conform căruia fenomenul de îmbătrânire este numit «catastrofa erorilor» în pro­cesul biosintezei moleculelor: acumularea de erori duce la formarea de proteine şi de acizi nucleici defectuoşi, la tulburarea metabolismului şi la moarte. Şi într-adevăr, dacă în molecula de ADN în care este cifrată informaţia cu privire la sinteza proteinei se produce vre-o dereglare (ca urmare a iradierii sau acţiunii unui virus patogen sau din altă cauză), se începe sinteza unor molecule proteice cu defect. Şi precum o literă greşit culeasă din matriţa tipografică se repetă în fiecare exemplar al unei publicaţii, să zicem cu un tiraj de 100 de mii, aşa şi eroarea comisă în molecula de ADN va duce la sinteza aşa-numitelor proteine false, care se deosebesc de cele normale şi după structură, şi după compoziţia elementelor-componente şi, desigur, după acţiune. Aceasta modifică la rândul ei funcţiile celulei. La început acestei ipoteze formulate de L. Orghel, nu i s-a acordat prea mare atenţie, dar apoi s-a dovedit că ea este cât se poate de convingător fundamentată de date experimentale. S-a constatat astfel că într-adevăr la îmbătrânirea celor mai diferite tipuri de celule se produc modificări în proteine şi anume: scade rezistenţa la acţiunea diferitelor valori de temperatură, scade activitatea şi se schimbă specificitatea fermenţilor. Dar până nu demult lipseau dovezile în favoarea faptului că în pro­cesul îmbătrânirii scade precizia funcţionării sistemului informaţiei genetice. Cercetătorii englezi S. Linn, M. Cairis şi R. Holidei au încercat să verifice ipoteza «catastrofei erorilor». Ei au hotărât să vadă ce e întâmplă cu ADN-polimeraza la îmbătrânirea unei culturi de fibroblaşti umani. ADN-polimeraza asigură păstrarea şi transmiterea informaţiei genetice, de aceea de pre­cizia cu care lucrează acest ferment depinde viaţa, ce­lulei. Experienţa a constat în următoarele. La început s-a separat fermentul aparte din culturi de celule tinere şi bătrâne. Apoi acest ferment a fost pus să acţioneze, adică să sintetizeze ADN după o matriţă artificială, a cărei compoziţie nucleotidică era cunoscută exact. Apoi după compoziţia ADN-ului sintetizat s-a determinat precizia acţiunii fermenţilor şi la această etapă a experienţelor s-a dovedit că fermentul ADN-polimerază, separat din celulele unor culturi bătrâne, greşeşte de zeci de ori mai des! Rămânea neclar faptul ce trebuiau să fie considerate aceste modificări: cauză sau, din contra, urmare a îmbătrânirii. Teza de bază, însă, a ipotezei cu privire la micşorarea preciziei acţiunii fermenţilor în cazul îmbătrânirii a fost demonstrată. Această certitudine explică convingător de ce la îmbătrânire creşte frecvenţa mutaţiilor şi a anomaliilor cromozomice. Autorii lucrării consideră că observaţiile lor permit o mai bună înţelegere a mecanismelor apariţiei cancerului şi a altor boli la vârste înaintate. Majoritatea cercetătorilor consideră că toate presupusele explicaţii ale îmbătrânirii ţin de una din cele două teorii de bază: a programării genetice şi a acumulării erorilor. Relativ recent în cadrul Institutului de gerontologie al AŞ din Ucraina savantul V. V. Frolchis a elaborat încă o ipoteză a fenomenului de bătrâneţe şi anume ipoteza adaptaţional-regulatorică. Esenţa acestei ipoteze constă în următoarele: dereglările din aparatul genetic, ce conduc la îmbătrânirea organismului, apar nu în orice loc al moleculei de ADN, ci, la început, numai în genele de reglare. După cum se ştie, există două tipuri de gene - structurale (în ele este înscris codul de construire a proteinelor) şi de reglare (un fel de întrerupătoare care conectează sau deconectează procesul de «citire» a infor­maţiei ADN). Cu alte cuvinte, genele reglatoare dirijează activitatea genelor structurale. O analojie dintre cele mai simple: butonul cu care sunt fără sfârşit puse şi scoase din funcţiune mii de relee, se defectează primul. V. V. Frolchis consideră că din cauza defectelor primare în genele de reglare se produc mutaţii în toate verigile metabolismului unor proteine. Apoi, pe baza aceasta - modificări importante în funcţiile celulelor şi ale întregului organism.

8.3 Perspectivele juvenologiei

Aşa stau lucrurile cu teoriile. Dar în practică e posibil ca un experiment privind prelungirea vieţii să izbutească? Da, e posibil, deşi a vorbi în acest sene referitor la om e încă prematur. În schimb, s-a reuşit ca printr-o dietă specială să li se prelungească durata veţi» unor şobolani. Primele experienţe de acest fel au fost înfăptui-te de biologul american C. Macchei; el a pornit de la o idee destul de simplă: dacă s-ar putea încetini dezvoltarea unui organism printr-o raţie alimentară spe­cială, în acest fel se poate lungi durata vieţii acestui organism. Academicianul V. V. Nichitin împreună cu colaboratorii săi au dat în cursul a 100 de zile unor şobolani hrană de reţinere a creşterii, conţinând multe proteine şi vitamine, în schimb având un conţinut redus la maximum de grăsimi şi glucide. Ca urmare, protoplasma a suferit restructurări serioase, amintind protoplasma unor animale de control mult mai tinere. După aspect exterior un şobolan în vârstă de trei ani, ţinut la dietă, era greu de deosebit de unul de control, având vârsta de numai trei luni. În sistemul endocrin al şobolanilor de experienţă au fost înregistrate mutaţii profunde. Astfel, la şobolanii care îndurau foame şi la cei de control cantitatea de colagen (proteină fibrilară) din ţesuturi era egală; în schimb, la cei ţinuţi flămânzi colagenul a rămas la fel de elastic ca şi la animalele tinere! Rezultatele acestor experienţe sunt interesante şi importante: şobolanii ţinuţi la dietă trăiau cu 10-30% mai mult decât cei de control. De remarcat că atunci când după perioada de dietă flămândă animalelor li s-au dat iarăşi să mănânce pe săturate, particularităţile organismului care se conturaseră în timpul experimentului s-au păstrat! Se cunoaşte de asemenea că scăderea temperaturii corpului doar cu 1-2 grade promite sporirea duratei vieţii cu 10-20 de ani. De exemplu, musculiţa oţetului la o temperatură a mediului ambiant de 30 de gra­de trăieşte 15 zile, iar la 10 grade- 177 de zile. Acestea sunt într-o primă comparare posibilităţile a doi factori curativi: alimentaţia raţională şi călirea termică. Se înţelege că cel mai ispititor este «să se tragă de sforile» genetice pentru a se putea corecta astfel în programul genetic ceea ce este «scris de la naştere». Şi faptul nu este întâmplător. Căci, de exemplu, s-a reuşit o mărire a duratei vieţii, înlocuindu-se o singură genă. S-au obţinut deja linii de şoareci şi insecte care trăiesc de 2-3 ori mai mult decât cei obişnuiţi. Acestea şi multe alte experimente, efectuate în diferite laboratoare din diferite ţări, vin să confirme posibilitatea operării de corectări în «înregistrarea» de program. Fireşte, ar fi absurd să se creadă că procedându-se la o copiere a unor astfel de experienţe se poate aplica şi la om o recomandaţie similară. Dar experienţele sunt necesare şi valoroase, căci pe baza lor se poa­te studia extrem de complicatul mecanism biochimic .al îmbătrânirii. Noua direcţie în gerontologie se deosebeşte principial de cea tradiţională prin faptul că îşi pune drept sarcină schimbarea pe cale artificială a însãşi termenelor în care se produce instalarea bătrâneţii şi a morţii la diferite specii. Se cere prelungită nu perioada de bătrâneţe, ci cea de maturitate, fapt care ar deplasa durata vieţii departe de limitele actuale. Conform opiniei majorităţii savanţilor, singura posibilitate ne folosită de mărire a duratei medii a vieţii rămâne încetinirea proceselor de îmbătrânire. Savanţii ajung la concluzia că deja în viitorul apropiat la nivel genetic se va putea realiza posibilitatea acţionării asupra organismului în vederea reţinerii proceselor de îmbătrânire. Faptul se explică prin împrejurarea că ştiinţa ia obţinut succese importante în studierea codului ge­netic - unul dintre cei mai însemnaţi factori, ce determină durata vieţii. Ultimele descoperiri în domeniul biologiei moleculare şi al geneticiii oferă speranţa că în timpul apropiat se vor putea realiza schimbări esenţiale în programul genetic al organismului. Au fost adoptate programul ştiinţific complex «Mecanismele îmbătrânirii, elaborarea căilor şi a mijloacelor de mărire a dura­tei vieţii». La înfăptuirea lui participă unele dintre cele mai mari insti­tute de cercetări ştiinţifice şi instituţii de învăţământ: Institutul de genetică generală al Rusiei, universităţile din Moscova, Chiev, Harcov şi altele. De curând la Moscova a fost înfiinţat Institu­tul de juvenologie, care este chemat să cerceteze şi să pună pe o serioasă bază ştiinţifică toate cercetările care se efectuează în ţară în acest domeniu comp­lex şi interesant. A fost creată o Asociaţie mondială în problema «Sporirea artificială a duratei specifice a vieţii oamenilor», din care fac parte şi savanţi din ţara noastră. În adresarea către toţi savanţii din lume, pe care a adoptat-o, se spune: «...e timpul să recunoaştem cu îndrăzneală că numai datorită miopiei noastre ştiinţifice bătrâneţea continuă să nimicească oameni în vârstă de 60-80 de ani. Am scăpat prilejul de a le da la timp oamenilor suplimentar zeci sau poate şi sute de ani de viaţă şi acest fapt ne impune acum obligaţia de a ne dubla eforturile în această muncă». Dar, nu e cazul să ne liniştim la gândul că savanţii lucrează pentru noi şi că faptul ne scuteşte de a ne preocupa de acest lucru. Prelungirea perioadei de viaţă activă depinde de fiecare din noi. Vechile formule ale sănătăţii-munca, odihna, practicarea sportului, bunele relaţii cu cei din jur, un mod de viaţă moderat, renunţarea la fumat, evitarea exceselor alimentare, a abuzului de alcool şi alte­le - rămân în vigoare. Să ne amintim de teza fundamentală a geneticiii: posibilităţile potenţiale ale genotipului se pot realiza numai în condiţii de viaţă corespunzătoare. După cum a spus L. M. Suharebschii, directorul Institutului de juvenologie, dacă omul duce de la naştere un mod de viaţă care corespunde întrutotul concepţiilor existente privind normele de psihoigienă, eforturile fizice, igiena alimentaţiei, muncii şi odihnei, el trebuie să trăiască cel puţin 150-200 de aii. Şi nu într-un viitor îndepărtat, ci în prezent.

IX. REALIZĂRILE ŞI PERSPECTIVELE GENETICIII

9.1 Genetica şi fitotehnia

Una din căile de intensificare a producţiei agricole a constituit-o înlocuirea soiurilor vechi de plante cu alte noi, mai productive. Cel care s-a ocupat de realizarea în practică a acestei me­tode a fost academicianul N. I. Vavilov-cunoscută personalitate ştiinţifică în domeniul geneticiii, primul director al Institutului de cercetări ştiinţifice (IUCŞ) în domeniul fitotehniei. Deoarece de calitatea soiului sunt răspunzătoare genele şi deoarece din ele se pot obţine diferite com­binaţii dorite, Vavilov a hotărât să organizeze prima în lume colecţie de gene, reunite într-o singură genotecă. Această genotecă urma să stea la dispoziţia selecţionatorilor-abonaţi, care vor putea elabora noi soiuri. Aşa s-a născut ideea de a se trimite din Rusia în toate ţările lumii expediţii speciale în vederea colectării de gene. N. I. Vavilov, adepţii şi discipolii săi au organizat circa 150 expediţii în cele mai îndepărtate colţuri ale fostei Uniuni Sovietice şi alte 50 în diferite ţări de pe toate continentele. Ca urmare a eforturilor depuse de aceste expedi­ţii, precum şi a schimburilor îndelungate de probe de seminţe şi material săditor cu instituţii ştiinţifice din toate ţările, la IUCŞ în domeniul fitoteh­niei a fost creată o colecţie unică de plante vii, care în prezent numără peste 250 de mii de mostre, obiectivul fiind în viitor să se ajungă până la 400 de mii de mostre. Pe baza colecţiei, precum şi datorită aplicării pe larg a îngrăşămintelor minerale, a irigării, chimizării şi mecanizării proceselor de cultivare a culturilor agricole, fitotehnia a atins în prezent cel mai înalt nivel din istoria agriculturii. Cu ajutorul noului ritm tehnologic de cultivare câmpurile devin adevărate «secţii de producţie», iar plantele - «maşini verzi» de transformare a îngrăşămintelor mine­rale în hrană pentru om şi animale agricole. Soiurile create se caracterizează, în primul rând, prin faptul că la ele este sporită ponderea grăunţelor în raport cu masa generală a plantelor. Savanţii numesc această însuşire «recunoştinţa» plantelor faţă de introducerea îngrăşămintelor. Dar aplicarea unor doze mari de îngrăşăminte, în special azotate, a avut şi consecinţe ne dorite: grânele au început să polignească. De aceea, aproape concomitent în toate ţările, au început să apară soiuri cu tulpina scurtă, rezistente la polignire. Faţă de selecţionatori îşi înaintează pretenţiile şi mecanizatorii, legaţi nemijlocit de cultivarea şi recoltarea plantelor, care-şi doresc soiuri la care fructele se coc concomitent şi sunt amplasate cam la aceeaşi înălţime. Tot odată, lărgirea graniţelor agriculturii irigate a determinat o sporire a bolilor micotice la graminee. Acestea şi alte numeroase exemple indică asupra faptului că nici tehnica, nici chimia, fără modificarea eredităţii plantelor nu pot să rezolve cu succes prob­lema sporirii roadelor. De aceea geneticiienii şi selecţionatorii trebuie să ţină cont de toate «pretenţi­ile» şi să lichideze consecinţele ne dorite prin crearea de soiuri corespunzătoare. S-au modificat şi ritmurile activităţii de selecţie pe bază genetică. Până nu demult încă pentru obţinerea unui nou soi de culturi cerealiere era nevoie de • 12-14 ani, iar schimbarea lor de pe câmpuri avea loc o da­ta în 20 de ani. În prezent situaţia s-a schimbat. Perfecţionarea continuă a tehnologiei cultivării plan­telor impune crearea în termen mai reduse a noilor soiuri. De exemplu, cultivarea unui astfel de soi înalt productiv cum este Bezostaea-1 da anual fostei URSS o produc­ţie suplimentară de mare valoare din punctul de vedere al economicităţii şi nu este indiferent faptul că acest soi a fost obţinut cu 2-3 ani mai devreme sau cu 2-3 ani mai târziu. În rezolvarea acestor obiective un rol important i-a revenit geneticiii, care la etapa industrializării la care se afla producţia agricolă se manifesta în crearea de noi soiuri. Tot odată, crearea acestor soiuri este de ne conceput fără cunoaşterea profundă şi exactă a legilor eredităţii. În ultimii ani genetica şi selecţia plantelor au înregistrat un asemenea progres, încât el a fost numit, pe bună dreptate, «revoluţia verde». Căci numai cu -20-30 de ani în urmă pentru cele mai bune soiuri de grâu de toamnă limita rodniciei o constituia 25-30 q/ha, iar în prezent multe soiuri de grâu de toam­nă, având un agronom corespunzător, asigură obţinerea a câte 60-70 q/ha şi câte 90-100 q/ha în cazul irigării.

9.1.1 Hibridarea ca metodă de obţinere a soiurilor noi

Care sunt, deci, metodele geneticiii şi selecţiei ca­re permit crearea unor soiuri înalt productive de plante de cultură? Printre metodele destul de veci, dar bine încercate, aplicate cu succes în prezent trebuie numită hibridarea. Hibridarea oferă' posibilitatea îmbinării într-un singur soi a însuşirilor utile a două şi mai multe forme parentale. Prin această metoda au fost deja create soiuri de culturi cerealiere productive, cu boabe de calitate superioară, rezistente la factorii climatici nefavorabili, la boli şi dăunători, la polignire şi scuturare. Dintre soiurile omologate de grâu aproximativ 60% sunt formate prin hibridare. O capodoperă a selecţiei o constituie soiul de grâu de toamnă Bezostaia-1, creat de academicianul P. P. Luchieanenco. Acest soi cu tulpina scurtă, cu paiul tare, care nu poligneşte la irigare, este tot odată rezistent la rugina brună, galbenă şi de tulpină şi la iernare. El are o productivitate înaltă, iar făina şi produsele preparate din ea sunt de calitate superioară. Ce îmbinare de caractere şi însuşiri utile! Un adevărat soi «genial»! Conform rezultatelor încercării internaţionale a soiurilor, Bezostaia-1 a fost apreciat drept cel mai bun soi de grâu de toamnă din lume. Lucrând în vederea creării unor soiuri noi, şi mai productive, de grâu, P. P. Luchieanenco a încrucişat Bezostaea-1 cu soiuri rezistente la polignire din RDJ şi a obţinut soiurile înalt productive de grâu de toamnă «Avrora» şi «Cavcaz» - cu tulpina scurtă, rezistente la polignire şi boli micotice, capabile să dea roade de 70-80 q/ha. Un loc deosebit în selecţia grâului de toamnă revin lucrărilor academicianului V. N. Remeslo. În cadrul ICŞ «Mironovschii» în domeniul selecţiei şi seminologiei, el a creat un remarcabil soi sub aspectul productivităţii şi calităţii boabelor - Mironovscaia-808. Savanţii de la Institutul «Miro­novschii» au creat o serie de noi soiuri cu un şi mai, ridicat potenţial productiv. Este vorba de soiurile Ilicovca, Mironovscaea-Iubileinaia şi altelё, care dau o roadă de 90-100 q/ha. Veniturile de la introducerea lor, obţinute în curs de 3 ani, au întrecut de 1000 de ori cheltuielile pe care le-a necesitat crearea lor. Apoi pe câmpuri a început să fie semănat şi grâul de toamnă «Prjevalscaia», care în condiţiile irigării dă roade de 110,4 q/ha. O largă aplicare au căpătat la graminee lucrările de hibridare îndepărtată. În cazul hibridării îndepărtate sunt încrucişate plante, aparţinând unor specii şi chiar unor genuri diferite (de exemplu, grâu şi secară). Metoda permite introducerea într-o anumită specie a caracterelor altei specii, inclusiv a caracterelor unor specii sălbatice. Aceasta lărgeşte extrem de mult îmbinarea unor însuşiri productive valoroase. Astfel au fost create un număr mare de soiuri ca urmare a încrucişării diferitelor specii de grâu, grâu şi secară, grâu şi pir. Aplicarea hibridării îndepărtate este legată şi de-un şir de dificultăţi: compatibilitatea proastă a părinţilor, sterilitatea hibrizilor din prima generaţie. În cazul încrucişării unor plante de diferite specii în hibrid se îmbină garnituri ne omologe (ne asemănătoare) de cromozomi. De aceea la hibrid meioza decurge incorect (în gameţi se stabilesc garnituri cromozomale diferite şi incomplete). Astfel de gameţi sunt ne viabili. Geneticiianul G. D. Carpecenco a elaborat teoria şi metoda îmbinării cromozomilor formelor parentale în hibridul fertil. El a fost primul care a obţinut un hibrid intergenic fertil prin încrucişarea ridichii cu varza. Cu aplicare la culturile cerealiere, ideile lui G. D. Carpecenco au fost realizate în modul cel mai deplin la crearea culturii numite triticale, care reprezintă un hibrid fertil rezultat din grâu şi secară. Triticale se obţine prin încrucişarea grâului cu secara şi dublarea garniturii cromozomale a hibridului, acţionând cu alcaloidul numit colchicină. Colchicina împiedică repartizarea cromozo­milor în procesul diviziunilor celulare. În acest fel, cromozomii de grâu şi de secară devin perechi şi hibridul devine fertil. Triticale a moştenit de la părinţi calităţile lor cele mai bune: hibridul este mai rezistent la schimbările bruşte de timp, creşte la fel de bine pe cele mai diferite soluri şi este mai rezistent la boli, în special la rugină. Unele soiuri de triticale îmbină conţinutul înalt do proteine ca la grâu cu un mare conţinut de lizină - aminoacid indispensabil - ca la secară. În afară de aceasta, noua cultură s-a dovedit a fi mai roditoare şi este cultivată în prezent în 52 de ţări. Se considera că făina de triticale va fi mai proastă decât cea de grâu. Aşa s-a şi întâmplat în cazul primelor forme ale hibridului. Pâinea nu era plăcută la gust şi nu creştea. De aceea triticale era privit ca grâu de furaj, fiind introdus în raţia vitelor de carne şi de lapte şi a păsărilor domestice. S-a observat că animalele şi păsările mâncau cu poftă grâul, adăugând bine în greutate. Iar analizele efectuate recent asupra făinii celor mai bune şi mai noi soiuri de triticale au demonstrat că din ea se poate coace pâine destul de bună. A. F. Şulîndin a creat trei soiuri cerealiere de triticale (Amfiploid-196, 201, 206) şi unul de furaj (Amfiploid-1). Productivitatea triticalelor cereali­ere atinge 75 q/ha, iar a celui de furaj - aproximativ 500 q/ha de masă verde. Pe baza încrucişării interspecifice a pirului cu grâul academicianul N. V. Ţiţin a creat soiuri şi forme valoroase de grâu de toamnă, având o mare rezistenţă la polignire, imunitate faţă de o serie întreagă de boli. În Grădina Botanică centrală a AŞ a URSS N. V. Ţiţin şi V. F. Liubimova au obţinut un nou hibrid cerealier trigenic în urma încrucişării grâului, pirului şi secării. Hibridul are 35 de cromozomi din care 21 proveniţi de la grâul moale, 7-de la pir şi 7-de la secară. El îmbină astfel caractere a trei genuri de plante, fiind multianual. Pentru a lichida sterilitatea hibridului, germenii lui au fost prelucraţi cu colchicină, fapt care a dus la dublarea numărului de cromozomi. Formele de plante obţinute au 70 de cromozomi şi sunt fertile. Hibrizii grâu-pir-secară îmbină astfel de caractere utile ca rezistenţa la iernare, vivacitatea, imunitatea la boli micotice şi bacteriene, calitatea înaltă a boabelor. În acţiunea de sporire a producţiei de cereale în ţările sudice inclusiv în republica noastră, cu condiţii climaterice de toamnă şi primăvară specifice o mare importanţă prezintă crearea unor soiuri de grâu de tipul plantelor îmblătoare. Ele sunt create prin metoda hibridării formelor de toamnă cu cele de primăvară. În cazul când sunt însămânţate toamna, ele se comportă ca grâul de toam­nă, iar în cazul însămânţării -- primăvara - ca cel de primăvară. La Universitatea agrară «M. V. Frunze» din Chişinău s-au efectuat cercetări ale naturii genetice a îmblătoarelor în cazul încru­cişării grâului de primăvară cu grâu de toamnă de către V. D. Siminel. El a creat o colecţie de forme variate de acest tip (D-915, D-983, D-1009 ş. a ) pentru însămânţarea în perioade mai târzii şi în condiţiile unor toamne prelungite şi secetoase. În astfel de an după rodnicie îmblătoarele întrec cu 5-10 q/ha cele mai bune soiuri de grâu de toamnă (Mironovscaiea-808, Bezostaiea-1 ş. a.). În plus, ele se remarcă prin calitatea înaltă a făinii şi a produselor de panificaţie. Una din direcţiile cu cea mai bună perspectivă a geneticiii în domeniul selecţiei se bazează pe aplicarea fenomenului heterozisului, numit şi fenomen al vigorii hibride. După cum se ştie, formele hibride ale plan­telor se deosebesc printr-o creştere mai intensă, prin vigoarea masei vegetale, printr-o roadă înaltă de boabe. Prin aplicarea teoriei genetice s-a putut stabili că cel mai mare efect heterozis îl dă încrucişarea liniilor pure. Obţinerea unor forme hibridie la plantele autopolenizate este, însă, o chestiune destul de grea, fiind legată de mari investiţii de mijloace. De exemplu, pentru obţinerea hibrizilor între linii la porumb a fost necesar ca de pe plantele liniei materne să fie regulat îndepărtate paniculele (inflorescenţele), creându-se astfel posibilitatea polenizării încrucişate cu polen de altă linie-paternă. Această operaţie a fost efectuată manual şi a necesitat mult timp şi multă muncă. Ce-i drept, descoperirea fenomenului sterilităţii mascule citoplasmatice (SMC) a făcut să dispară necesitatea efectuării operaţiei indicate. Fenomenul SMC la porumb a fost descoperit concomitent de către selecţionatorul, academicia­nul M. I. Hadjinov şi de către savantul american M. Rods şi constă în aceea că la plantele respective paniculele dau polen ne viabil. Dar în virtutea faptului că sterilitatea este determinată de anumite caracteristici ale citoplasmei şi, deci, se moşteneşte pe linie maternă, şi hibridul obţinut va fi steril. Pentru evitarea acestui lucru în calitate de forme paterne sunt folosite forme care au însuşirea de a reinstaura în hibrid fertilitatea, deoarece cromozomii lor conţin aşa-numitele gene-restauratoare. În producţia curentă se aplică demult o serie de asemenea hibrizi heterozici ca, de exemplu, Crasnodarschii-303 TV, Dneprovschii-201, Orbita MV ş. a., care fac să sporească cu 30% productivitatea în boabe şi masă verde. În Moldova porumbul cu SMC a început să fie cultivat din anul 1955. El a fost descoperit printre soiurile locale de porumb: Moldovenesc-galben, Moldovenesc-portocaliu, Cincvantino ş. a. A fost trecută pe bază de sterilitate cultura semincieră a mai multor .hibrizi de porumb, fapt care a permis să se economisească anual 150-200 mii de zile-om. Pe baza heterozisului productivitatea păpuşoiului a crescut de la 20-30 q/ha la hibrizii între soiuri 60-70 q/ha la hibrizii între linii. Se desfăşoară o mare muncă în vederea creării unor hibrizi de grâu, floarea-soarelui şi de alte culturi.

9.1.2 Rolul poliploidiei în ameliorarea plantelor

Un fenomen nu mai puţin interesant, aplicat în cultura plantelor îl constituie poliploidia. Cunoaştem de acum că garnitura cromosomală de bază caracteristică celulelor sexuale, se numeşte garnitură haploidă. Pentru celulele somatice ale majorităţii speciilor de plante sunt caracteristice garnituri cromozomale duble sau diploide. În condiţii naturale se întâlnesc, însă, şi forme de plante cu o garnitură cromozomală poliploidă. Astfel, de exemplu, specia de grâu numită tenchi conţine o garnitură cromozomală diploidă (2n=14), grâul tare - o garnitură tetraploidă (4n=24), iar grâul moale - o garnitură cromozomală hexaploidă (6n=42) Ultima formă este ^ forma de grâu cea mai răspândită pe glob şi cu rezistenţa cea mai mare la ger. Academicianul A. R. Gebrac a obţinut soiuri de grâu care conţin în celulele lor somatice câte 56 şi 70 de cromozomi, adică forme octaploide şi decaploide, care nu se întâlnesc în flora spontană. Fenomenul poliploidiei poate fi declanşat pe ca­le artificială, folosind în acest scop diferite substanţe chimice, dintre care răspândirea cea mai largă a căpătat-o alcaloidul pomenit mai sus - colchicina. Formele de plante poliploide se deosebesc de cele di­ploide după multe caractere, inclusiv după producti­vitate. A. N. Lutcov, V. A. Panin, V. P. Zosimovic au obţi­nut un soi de sfeclă de zahăr triploidă, care dă o roadă de rădăcini dulci şi de frunze de două ori mai mare şi, ce-i mai important, conţinutul de zahăr din rădăcini este cu 10-25% mai ridicat în comparaţie cu parametrii respectivi ai formei diploide. În Japonia, Ungaria, SUA se cultivă harbuji, care se. caracterizează printr-o productivitate mare, conţinut sporit de zahăr, aproape fiind lipsiţi de seminţe şi având o capacitate mai mare de păstrare. Poliploidia este aplicată cu succes şi în selec­ţia culturilor cerealiere Au fost create deja un şir de soiuri de secară tetraploidă: Belta, Leningradecaia tetraploidnaia, Polesscaia tetra. Start ş. a. Ele se disting printr-o înaltă productivitate, prin boabe mari, prin faptul că nu polignesc şi printr-o mai mare rezistenţă la bolile micotice decât soiurile diploide de secară. În cadrul Grădinii botanice a AŞ a Republicii Moldova I. S. Rudenco a obţinut o formă tetraploidă de poamă Risling-de-Rin. Ea are bobiţele mai mari (aproape de două ori decât la forma diploidă), iar coacerea lor se produce cu 7-10 zile mai devreme. O mare muncă se desfăşoară şi în vederea obţinerii unor forme poliploide de plante de furaj. Astfel, soiurile tetraploide de trifoi obţinute dau un însemnat adaos de masă verde (25-86%) şi cresc repede după seceriş. În Polonia a fost obţinută seradelă tetraploidă, care dă cu 204% mai multă masă verde decât cea diploidă.

9.1.3 Mutageneza experimentală

O deosebită aplicare a căpătat în selecţie metoda mutagenezei experimentale, adică a inducerii artificiale a mutaţiilor, care servesc drept materie iniţială pentru crearea unor forme noi de plante. Pentru realizarea mutaţiilor se folosesc atât mutageni fi-zici (diferite tipuri de radiaţie) cât şi diferite. substanţe chimice. Metoda mutagenezei permite modificarea unor caractere ale acestui soi prin schimbarea anumitor gene sau blocuri de gene. Metoda poate fi aplicată în vederea corectării unor neajunsuri ale soiului (de exemplu, rezistenţa scăzută la polignire sau boli). Dar principala direcţie în folosirea mu­tagenezei constă în crearea de forme, având anumite caractere valoroase, cu scopul implicării lor în încrucişările ulterioare. Deja a fost omologat soiul mutant de floarea-soarelui Perveneţ, obţinut prin metoda mutagenezei chimice. Conţinutul de acid oleic al uleiului extras din seminţele acestui soi atinge 75%, ceea ce reprezintă de două ori mai mult decât la soiurile obişnuite. Aplicând tratamente cu substanţe ca nitrozoetiluree (NEU), dimetilsulfat (DMS), etilenimină (EI), etilmetansulfonat (EMS) şi cu altele, I. I . Tarasencov a reuşit să inducă numeroase caractere utile la mazăre. De exemplu, una din formele mutante ale mazărei se coace cu o săptămână mai devreme, iar alta cu 10 zile mai târziu în raport cu soiurile iniţiale, ceea ce oferă posibilitatea încărcării mai uniforme a fabricilor de conserve. Alte forme au întrecut cu 60% productivitatea unor aşa soiuri bune cum sunt Pobedi­teli şi Ciudo Calvedona. Au fost obţinuţi mutanţi cu o amplasare compactă a boabelor, cu o tulpină mai scurtă, fiind mai rezistenţi la polignire şi prezentând . avantaje pentru recoltarea mecanizată. Dar, probabil, cel mai interesant s-a dovedit a fi soiul de mazăre cu sterilitate funcţională incapabil de autopolenizare. La el pistilul iese în afară, iar staminele sunt foarte scurte, de aceea polenul de pe ele nu nimereşte pe pistil. Concomitent la alţi mutanţi s-a format un nou tip de floare: cu totul deschisă, accesibilă pentru polenizarea de către insecte. Aşa a fost creată pentru prima oară mazăre capabilă de polenizare încrucişată. Acţiunea acestor mutageni chimici a fost controlată pe roşii. Şi cu acest prilej au fost obţinuţi mutanţi care prezentau interes: aveau o coacere mai rapidă, erau mai productivi, iar mutagenii DMS şi EI au determinat formarea la soiul Moldavschii-rannii a unor plante cu ciorchini a câte 30 de roşii fiecare-recomandându-se ca foarte avantajoase pentru recoltarea mecanizată. La AŞ a RM V. N. Lâsicov şi colaboratorii săi au creat pe baza folosirii factorilor fizici şi chimici o originală colecţie de mutanţi de porumb, care numără peste 500 de forme, fiecare dintre care având un şir de caractere valoroase: precocitate, număr sporit de ştiuleţi, rezistenţă la tăciune, conţinut ridicat de proteine ş. a. În RM trec probele staţionare circa 100 de noi hibrizi de păpuşoi, creaţi pe baza liniilor mutante. Folosirea unor mutaţii ca Opac-2 şi Flauri-2 au ca efect îmbunătăţirea calitativă a proteinelor din grăunţele de porumb pe contul sporirii conţinutului de aminoacizi indispensabili (lizină, triptofan) şi în acest fel sporindu-i valoarea biologică. Experienţele de îngrăşare a porcilor au demonstrat că la hrănirea lor cu păpuşoi cu procent sporit ' de lizină sporul de greutate în 24 de ore este egal cu .. 500-550 g, iar la hrănirea cu păpuşoi obişnuit-doar cu 230-310 g. Hibridul Moldavschii-423 VL, creat de T. S. Cealîc, A. F. Palii, M. I. Borovschii ş. a. şi raionat în republică, conţine de două ori mai multă lizină decât alte soiuri. Uneori metoda mutagenezei experimentale dă for­me care lipsesc cu totul în natură. Tratând seminţele de grâu cu raze gama, selecţionatorul indian M. S. Svaminatan a creat, de exemplu, vestitul soi-pitic, a cărui introducere în practica agricolă a contribuit într-o măsură însemnată la sporirea producţiei de grâu a Indiei. Prin aceeaşi metodă academicianul P. P. Luchieanenco a obţinut un mutant din soiul Bezostaea-1 şi o linie semipitică de grâu cu un conţinut ridicat de proteină şi cu o productivitate de pe­ste 80 q/ha. Unul din principalii factori din mediul extern, care determină productivitatea soiurilor, este regimul radiaţional. Dacă plantele vor fi mai bine luminate, productivitatea lor va fi corespunzător mai înaltă. Dar faptul depinde, în ultimă instanţă, de structura plantelor-de caracterul compactităţii şi al rami­ficaţiei tufei, de orientarea frunzelor în spaţiu. De exemplu, la păpuşoi frunzele sunt situate vertical şi de aceea, chiar la o densitate sporită a plantelor, fiecare din ele capătă o doză suficientă do raze solare. La bumbac, însă, frunzele din partea superioară le umbresc ne cele din partea interioară. În perioada înfloririi şi rodirii, când rândurile se unesc, etajele medii şi inferioare se află în condi­ţii «de foame» de lumină, fapt care se reflectă nega­tiv asupra productivităţii. De aceea, la «construirea» unor noi forme de bumbac o atenţie deosebită se acordă geometriei tufei. Prin iradierea cu raze gama a seminţelor savanţii Institutului de cultură a bumbacului al AŞ Tajice au obţinut 60 de forme de bumbac modificate genetic. Între acestea se numără şi mutantul «Duplex», la care frunzele sunt dispuse în aşa fel, încât nu se împiedică una se alta şi razele soarelui luminează aproape integral etajul mediu. Pe fiecare peduncul al fructului plantei se dezvoltă ' câte două capsule de valoare complecta, scuturarea rodului legat fiind minimă. Productivitatea mutantului este cu 10 q/ha mai mare decât la soiul industrial primar 108-f, fiind de asemenea superior în ce priveşte calităţile tehnologice ale fibrelor. Una din ispititoarele căi de ridicare a producti­vităţii fitotehniei o constituie sporirea facultăţii germinative a seminţelor în câmp. Este general cunoscut faptul că în câmp uneori nu încolţesc aproape o pătrime din seminţele cultivate. Ştiinţa agri­colă mondială caută căi de stimulare a încolţirii seminţelor. Se încarcă să se acţioneze asupra grâului cu câmp electromagnetic, raze lazer, cu vibraţii de frecvenţă superânaltă, cu impulsuri de radiaţie solară concentrată. Savantul din Novosibirsc I. F. Peatcov a elaborat o metodă de acţiune asupra seminţelor de grâu cu raze infraroşii, fapt care are drept efect îmbunătăţirea încolţirii şi creşterea rodniciei. Seminţele de clasa a treia, care dau 85% de încolţire şi care în mod obişnuit nu se seamănă, fiind tratate în prealabil cu raze infraroşii, au dat o producţie de 25,1 q/ha. Peatcov a stabilit limita la care iradierea infraroşie poate determina creşterea procentului de încol­ţire a seminţelor: era de 26%. Roada de pe terenurile experimentale trecea cu mult de 26%. Pe ce bază? Spicele de grâu de aici erau mai bine dezvoltate, nu sufereau de boli, deşi nu fuseseră supuse în prealabil tratamentului cu substanţe chimice toxice. Razele s-au dovedit a fi apărători mai puternici ai plantelor de­cât mijloacele chimiei. Mai mult. Peatcov a semănat seminţele iradiate într-un sol special infectat şi ele rămâneau sănătoase. Noua metodă prezintă şi o serie de alte avantaje. Sistemul radicular al plantelor experimentale e aproape de două ori mai viguros decât la cele de control. Aria suprafeţei frunzelor este în medie cu 19% mai mare. Boabele experimentale conţin cu 3% mai mult gluten, iar acesta este un indiciu al unui conţinut mai ridicat de albumine. Deci, plantele sunt mai productive şi dau o roadă mai calitativă. Este o realizare unică! O altă metodă, care să dea rezultate asemănătoare, până una-alta nu există în tehnica agricolă mondială. Şi această performanţă ar fi fost de neconceput fără să se fi apelat la serviciile geneticiii.

9.2 Genetica şi zootehnia

În condiţiile actuale de creştere a populaţiei globului şi respectiv de scădere a suprafeţelor re­zervate plantelor furajere pe locuitor zootehnia are datoria de a face faţă acestei noi situaţii. Această sarcină de asigurare a populaţiei în cantităţi satisfăcătoare cu produse animaliere poate fi rezolvată nu atât pe contul sporirii numărului de vite, cât pe contul sporirii productivităţii lor. Tot odată, este necesar să se ia în consideraţie o se­rie de noi tendinţe, ce se manifestă în direcţia de dezvoltare a zootehniei. Vorba este că scăderea muncii fizice grele a determinat o scădere a nevoii de grăsimi. Din această cauză în întreaga lume se desfăşoară o reprofilare a tuturor verigilor zootehniei spre producţia de carne bogată nu în grăsimi, ci în pro­teine. Continuă procesul de domesticire a unor specii de animale. A apărut o ramură zootehnică cu totul nouă - creşterea animalelor sălbatice. Intensificarea industrializării unui şir de ramuri zootehnice (creşterea păsărilor, a vitelor de lapte, a porcilor) necesită selecţionarea animalelor din punctul de vedere al capacităţii acestora de a trăi în con­diţii neobişnuite pentru ele şi al adaptării la un şir de procese de producţie noi. De exemplu, mecanizarea mulsului a condiţionat necesitatea selecţiei după un astfel de caracter cum este viteza de secretare a laptelui şi forma ugerului. Ca urmare a muncii de prăsilă şi de selecţie, au fost create cirezi înalt productive cu o cantitate anuală de lapte muls de la fiecare vacă de rasa Neagră-bălţată cu alb de 5-6 mii kg, de la rasele Simental, Roşie de stepă şi de la o serie de alte rase - câte 4-4,5 mii kg. În cursul unei lactaţii de la vaca recordistă Volga (de rasă Neagră-bălţată cu alb) din sovhozul «Rossia» regiunea Celeabinsc, s-a muls 17,5 mii kg de lapte, de la vaca Malvina (de rasa Simental), rejiunea Cernigov-14,4 mii kg. Au fost create noi rase de vite de carne (cazahă), de lapte (curgană, caucaziană, brună ş. a.).

9.2.1 Fenomenul heterozisului la animale

O direcţie importantă a geneticiii animalelor o constituie folosirea heterozisului, care apare la încrucişările interspecifice între linii. Cel mai bun exemplu în acest sens îl constituie obţinerea unor pui heterozici (hibrizi). Purtând numele de producţie broiler , această metodă se dezvoltă în întreaga lume în proporţii enorme. Sarcina ei constă în crearea de pui, care în 8 săptămâni să atingă o greutate de 1,4 kg. În condiţiile actuale ale producţiei industriale a puilor broiler sporul în greutate de 1 kg se realizează prin cheltuirea doar a 2 kg de hrană. Efectul heterozis după un astfel de caracter important ca producţia de ouă este studiat pe larg. Conform datelor obţinute de I. Socican, G. Caitaz şi L. Vandiuc, introducerea hibrizilor simpli şi complecşi de găini în toate gospodăriile-marfă din republică va permite să se obţină anual suplimentar câte 6-7 mln. ouă. Efectul heterozis se manifestă de asemenea la porci şi oi. Rezultatele experienţelor efectuate de V. Juşco şi A. Angheluţa în cadrul Institutului de cercetări ştiinţifice în domeniul zo­otehniei şi medicinii veterinare din Republica Moldova, au arătat că efec­tul heterozisului de pe urma încrucişării interrasiale a porcilor de rasa Marele-alb, Lendras şi a celor de rasa Estonă pentru becon constituie în medie în ce priveşte productivitatea scroafelor 8-12%, după sporul în greutate - 10-15% şi după cheltuielile pentru hrană-8-10%. La oi efectul heterozisului se foloseşte în scopul sporirii producţiei de carne de miel. Experienţa efectuată de F. Iliev şi I. I. Mogoreanu în raionul Comrat, a demonstrat că tineretul hibrid îl depăşeşte pe cel de rasă pură în greutate vie cu 19-30% şi dă, calculat pe fiecare animal, cu 17,5% mai multă producţie. Mulţi hibrizi destul de valoroşi au fost obţinuţi prin metoda hibridării îndepărtate a animalelor. Savanţii, încrucişând oi cu lână fină cu berbecul sălbatic arhar, au creat o nouă rasă - rasa cu liniă fină Arharo-Merinos - cu o bună adaptare la condiţiile natural-climatice şi de hrană locale. În urma încrucişării berbecului sălbatic muflon cu oi domestice a fost obţinută o formă hibridă de berbeci bine adaptaţi la condiţiile de stepă şi ale păşunilor alpine de înaltă altitudine. Ţinem numaidecât să pomenim şi de încrucişarea vitelor cornute mari cu zebu. Zebu este un animal ne pretenţios şi foarte rezistent; el suportă bine şi căldura, şi frigul, este rezistent la numeroase boli infecţioase, hematoparazitare şi de altă natură. Laptele de zebu are un procent ridicat de grăsimi, proteine şi microelemente. El digerează mai eficient decât animalele domestice hrana. De aceea folosirea calităţilor sale utile în selecţie este deosebit de importantă. În SUA prin încrucişarea dintre zebu şi vite de carne au fost create noi rase productive. Între acestea se numără şi cunoscuta rasă Santa-Hertruda. În cadrul Institutului de cercetări ştiinţifice «Ascaniea-Nova» au fost încrucişate vaci de rasă Roşie de Stepă cu zebu arab, în Azerbaijean şi în republicile din Asia Mijlocie au fost încruci­şate animale de rase locale. De la cei mai buni hibrizi s-au obţinut câte 6 mii kg de lapte, cu un procent de grăsime. depăşind 4%. Hibrizii îşi întrec părinţii şi după alte calităţi folositoare: animalele sunt mari, grase, greutatea medie a unei vaci fiind egală cu 550 kg. Carnea este gustoasă, prezentând un caloraj ridicat. La crearea raselor noi de animale se ţine de asemenea cont şi de un astfel de indiciu economic, cum este consumul de nutreţuri pe unitatea de producţie. Se ştie, că pentru hrănirea animalelor se cheltuiesc de patru şi jumătate ori mai multe proteine decât cantitatea pe care ele o redau omului sub formă de carne, lapte, ouă şi alte produse bogate în proteină. Care e soluţia? Se fac încercări de rezolvare a problemei, crescându-se noi produse proteice pentru animale - începând cu drojdiile ce cresc pe parafinele petroliere până la deşeurile din industria alimentară. Dar există şi o altă cale: crearea unor noi anima­le, care se mulţămesc cu o hrană modestă, dar pe care o folosesc cu un mai mare randament. Anume pe această cale s-a obţinut un succes important. Este vorba de crearea unui tip nou de animale - hibridul triplu - prin încrucişarea bizonului american, cu vite de rasa «Şarole» (este răspândită în Franţa) şi animale de rasa Herford. Bizonul se află demult în centrul atenţiei crescătorilor de vite: este fertil, ne pretenţios, creşte repede. Dar bizonul nu este un animal paşnic. Este un animal primejdios cape poate pune în orice moment coarnele în aplicare. Încercările de a se încrucişa bizoni cu rase de vaci paşnice timp îndelungat s-au soldat cu eşecuri, urmaşii se dovedeau a fi sterili. Şi iată că, în sfârşit, în California a fost obţinut acest hibrid «internaţional» care dă o descendenţă fertilă şi nu moşteneşte apucăturile nărăvaşe ale unuia dintre părinţi. Carnea noii rase de vite conţine multe proteine şi un procent scăzut de grăsime: preţul de cost al ei este cu 25-40% mai ieftin decât al cărnii de vacă. La nouă luni semibizonul-semitaurul cântăreşte jumătate de tonă (taurul obişnuit atinge această greutate la un an şi jumătate). Şi consumă în special ierburi.

9.2.2 Reânvierea speciilor dispărute

Metodele genetice sunt folosite pe larg şi în vederea recreării multor specii de animale dispărute. Activitatea economică a omului se reflectă în modul cel mai tragic asupra animalelor sălbatice. Se presupune că în apropiaţii o sută de ani de pe planeta noastră va dispărea în medie anual câte o specie de fiinţe vii. Desigur, cel mai chibzuit ar fi protecţia animalelor în locurile lor obişnuite de trai, dar acest lucru nu întotdeauna reuşeşte. Este necesar să se depună eforturi ca speciile rare de animale să se acomodeze în rezervaţiile naturale şi în grădinile zoologice, unde asupra lor se poate institui un control riguros. În acest fel animalele rare vor exista, chiar dacă vor dispărea din natură. Din rezervaţii şi grădini zoolo­gice animalele vor putea fi mutate ulterior îi mediul natural. Exemplul cel mai memorabil în acest sens îl constituie regenerarea zimbrului. În 1927 în toată lumea se numărau doar 48 de zimbri europeni şi 1 mascul caucazian. Şi toţi trăiau în con­diţii de privaţiune: în grădini zoologice şi în parcurile din Europa apuseană. Societatea internaţională de păstrare a zimbrilor şi-a asumat grija de înmulţirea şi încrucişarea lor. Masculul caucazian, aflat, la Hamburg, a fost încrucişat cu un zimbru din Belo­vejscaia Puşcia. Pe calea retroâncrucişărilor şi încrucişărilor reciproce de la aceeaşi hibrizi s-a reuşit obţinerea unor animale de specia iniţială; ele au fost puse în libertate în Caucaz într-o rezervaţie naturală organizată special în acest scop şi în prezent cireada numără peste 1100 de zimbri. La fel s-a procedat şi cu zimbrii europeni. Dar pentru a li se spori fertilitatea şi viabilitatea ei au fost mai întâi încrucişaţi cu bizoni americani şi cu animalele domestice. Metodele retroâncrucişării au condus în scurt timp la efectul scontat-deja în a patra generaţie s-au obţinut zimbri aproape pur-sânge. Tot grădinilor zoologice le datorăm şi păstrarea unui astfel de animal rar cum este calul lui Prjevalschii. Istoria nouă a calului lui Prjevalschii a început de la trei perechi păstrate în diferite grădini zoologice. De renaşterea foştilor trăitori ai pustiurilor centrale s-a apucat grădina zoologică din Praga. În prezent în grădinile zoologice din lume se numără câteva sute de asemenea cai. Geneticiienii şi zoologii nu numai au păstrat şi au făcut să crească numărul unor specii de animale aflate pe cale de dispariţie. Ei au reuşit de asemenea să restaureze unele specii dispărute demult. Câteva veacuri trecuseră de la dispariţia de pe pământ a tarpanilor şi bourilor. Savanţii i-au făcut, însă, să reînvie. Experienţele respective au fost pe cât de grele, pe atât de instructive. Caii sălbatici, numiţi tarpani, erau răspândiţi în pădurile şi în stepele europene. Ultima dată tarpanii au fost văzuţi la începutul veacului trecut. Şi doar un metis de tarpan cu cai domestici i-au păstrat până în zilele noastre însuşirile şi caracterele. Anume pe calea încrucişării acestor hibrizi şi s-a putut obţine cai identici din punct de vedere morfologic cu tarpanii. Primii s-au apucat de acest lucru specialişti polonezi la începutul veacului nostru; paralel la grădinile zoologice din Miunhen şi Berlin făceau experienţe în acest sens fraţii Hec. Probând diferite variante de încrucişare şi făcând o riguroasă selecţie artificială de-a lungul unui şir de generaţii, ei au căutat să obţină tarpani asemănători cu strămoşii lor sălbatici. Şi succesul a venit. Ultimul bour a căzut în anul 1627. Dar sângele acestui strămoş al vacilor s-a păstrat în arterele urmaşilor săi domestici. Cele mai multe caractere ale bourului s-au păstrat la vacile ungare şi ucrainene de stepă, precum şi la vacile engleze de parc. Unul din fraţii Hec, directorul grădinii zoologice din Ber­lin, s-a apucat să restaureze bourul cu aceleaşi metode ale încrucişării reciproce. În prezent a fost creată o copie destul de exactă a acestor animale, dispărute acum trei secole şi jumătate.

9.2.3 Banca de gene

În scopul păstrării speciilor de animale pe cale de dispariţie şi al îmbunătăţirii rasei de animale domestice, la ora actuală se depun eforturi în vederea elaborării unor metode de conservare a genelor lor, adică a creării unor depozite (bănci) speciale de păs­trare a genelor de animale. În februarie 1976 la Centrul ştiinţific de cercetări biologice din Puşchino s-a desfăşurat o conferinţă consacrată în exclusivitate acestei probleme. Iniţiativa organizării conferinţei îi aparţinea profesorului B. N. Veprinţev. Lui i-a venit ideea să colecteze şi să conserve sortimente de gene de animale pentru ca în viitor, dacă va fi necesar şi vor exista posibilităţi tehnice, să se recreeze din ele speciile dispărute. Această idee a trezit şi interesul tuturor participanţilor la Asambleia generală a Asociaţiei Internaţionale de Ocrotire a Naturii (AION), care s-a desfăşurat în octombrie 1978 în oraşul Aşhabad. Se ştie că fauna mondială a pierdut o astfel de specie unică de mamifere marine ca vaca-de-mare, nimicită în mod barbar cu 200 de ani în urmă în apele de coastă ale insulelor Comandore. În zilele noastre s-a ajuns să se înţeleagă cât se poate de bine ce fond genetic s-a pierdut odată cu dispariţia acestor animale: dacă vaca-de-mare s-ar fi păstrat până în prezent, problema dobândirii proteinelor de origine animală s-ar fi rezolvat destul de simplu şi de eficient: prin creşterea acestor animale pe întinsele «păşuni» sub-acvatice. Pentru ce este nevoie de o bancă a genelor? Întreaga bogăţie a lumii animale de pe pământ este condiţionată de varietatea genelor, care s-au format în cursul evoluţiei de milioane de ani. Dar această bogăţie este ameninţată de o primejdie reală. În primul rând, scade în mod catastrofal numărul general de specii de plante şi animale. În al doilea rând, scade numărul indivizilor din interiorul multor specii, iar aceasta implică o scădere a volumului fondului genetic al speciei. Desigur, că pentru multe animale pe cale de dispariţie ultimul refugiu îl pot constitui grădinile zoologice, dar pentru a se evita încrucişările dintre indivizi cu un grad apropiat de rudenie, fapt care du­ce inevitabil la degenerare, grădinile zoologice ar urma să întreţină cel puţin câte 50-100 de indi­vizi de fiecare specie. Dar, după cum arată calculele, chiar şi în cazul unui astfel de număr minim de indi­vizi necesari se va pierde aproape jumătate din genele de fiecare specie. De altfel, anume o astfel de situaţie s-a creat în zootehnie. Tendinţele moderne constau în folosirea unui număr redus de rase înalt productive; în timp zeci de rase locale dispar ireversibil. În realitate, însă, toate speciile de animale şi plante au valoare economică potenţială. Bunăoară, animalele sălbatice, constituie o sursă absolut necesară de creare în zootehnie a unor noi rase pe calea domesticirii şi încrucişării cu rase locale. În acest fel însăşi logica vieţii indică asupra necesităţii de a se depune eforturi pentru păstrarea unui număr maxim posibil de genotipuri. Dar pentru aceasta este necesară crearea unui depozit, unde vor fi concentrate asortimente variate de gene şi de unde ele vor putea fi primite, în caz de necesitate, pentru muncă experimentală sau de selecţie. Conform opiniei lui B. N. Veprinţev şi N. N. Rott, asortimentele de gene pot fi păstrate «închise» în celule sau chiar în embrioni. A fost elaborată o metodică de congelare a celulelor, care permite ca după decongelare ele să-şi păstreze vitalitatea. În ce constă această metodică? În mediul în care se află celulele se adaugă crioprotectori - substanţe care protejează celulele de acţiunea nimicitoare a frigului, iar apoi celulele sunt răcite treptat până la temperatura de –79°CE sau până -196°CE. Celulele congelate se pot păstra timp îndelungat: până la câteva zeci de ani. În practica creşterii vitelor în prezent se aplică pe larg metoda păstrării spermei congelate în azot lichid (la t° de -196°CE), urmând ca apoi, după ce va fi decongelată, să fie folosită pentru fecundaţia artificială a femelelor. Metoda oferă posibilitatea sporirii de multe ori a productivităţii reproducătorilor care prezintă caractere de mare valoare economică. Bunăoară, de la un taur se pot obţine nu 50-100 de viţei anual ca în cazul fecundaţiei naturale, ci până la 10 mii. Sperma congelată se păstrează ani întregi şi poate fi folosită şi atunci când reproducătorul e mort; ea poate fi de asemenea uşor transportată într-acolo unde este necesară ameliorarea cirezii. Această metodă poate fi folosită pentru înmulţirea vitelor cornute mari, a cailor, porcilor, oilor, caprelor, găinilor, peştilor şi a altor animale. Ea este folosită şi pentru creşterea animalelor sălbatice, întreţinute în grădini zoologice. Se fac experienţe pe 80 de specii de astfel de animale. În ultimii ani a fost propus încă un mod de păstrare a genelor. Este vorba de congelarea timpurie a embrionilor de mamifere. După decongelare aceşti embrioni se implantează în uterul femelei-recipient, unde îşi continuă dezvoltarea. Metoda se aplică în prezent la iepuri, oi, capre şi la vite cornute mari. Congelarea embrionilor oferă posibilitatea păstrării şi transmiterii caracterelor economic valoroase nu numai a masculilor, dar şi a femelelor. Vacile re­cordiste (de exemplu, Volga, despre care am mai pomenit) este raţional să fie folosite nu numai în calitate de producătoare de lapte, ci şi de ovule. În pre­zent în URSS şi în alte ţări au fost obţinute succese importante în direcţia determinării la oi şi vaci a poliovulaţiei, a extragerii din uter şi a conservării ovulelor, apoi implantarea lor unor femele-recipienţi obişnuite. Cu ajutorul unor tratări hormonale de la o singură femelă înalt productivă se poate obţine până la 60 de embrioni anual in loc de 1-2. Ei pot fi apoi implantaţi unor femele de rase inferioare, obţinându-se astfel de la o vacă 20-30 de viţei pe sezon. Pe această cale se poate realiza o ameliorare substanţială a şeptelului dintr-o gospodărie, raion sau chiar ţară, deoarece animalele de rase valoroase pot fi uşor răspândite sub forma embrionilor congelaţi. Anume aşa se procedează în Australia, unde importul de animale mature este interzis de reguli de carantină speciale. O altă cale de realizare a potenţialului genetic al unor organisme cu indicatori remarcabili o constituie clonarea genetică, adică obţinerea unor copii exacte de animale în viaţă sau care au dispărut demult, dacă, bineînţeles, celulele lor, într-un fel sau altul, s-au păstrat. În biologie grupul de celule formate de la una singură se numeşte clonă. Din această cauză şi obţine­rea unor organisme identice genetic dintr-o singură celulă se numeşte clonare. În principiu, nu există nici o piedică în vederea clonării în acest mod a oricăror specii de animale. Câţiva ani în urmă J. Herdon din Chembridj (An­glia) a obţinut un mormoloc care practic nu avea «mamă». El a recoltat dintr-un intestin de broască o celulă somatică (diploidă), a extras din ea nucleul şi l-a implantat în ovulul unei alte broaşte. Totodată, nucleul din ovul fusese nimicit prin iradiere cu raze ultraviolete În acest fel întreaga garnitură de gene noul organism o obţinea de la unul din părinţi. Mormolocul era, bineînţeles, copia genetică absolută a broaştei de la care s-a «împrumutat» nucleul celular. Într-un alt centru ştiinţific din Anglia (Oxford) D. Bromholl a reuşit să implanteze nucleul extras dintr-o celulă somatică în ovulul de epure. De remarcat că doctorul Bromholl a folosit celule care au crescut mulţi ani la rând în cultură de ţesut în afara organismului (in vitro). Anume cu asemenea celule a fecundat ovulul, nucleul căruia era nimicit iniţial prin iradiere cu raze ultraviolete. Ovulul fecundat a fost implantat în uterul iepuroaicei, care îndeplinea rolul de incubator viu. În consecinţă, s-a dezvoltat un embrion ale cărui gene conţineau numai gene ale iepurelui (mort demult) ce­lulele căruia fuseseră cultivate in vitro. O adevărată reînviere! Conform opiniei unor experţi, în anii apropiaţi va fi elaborată o metodică general accesibilă şi ieftină de înmulţire «prin plombagină» a vitelor cornu­te mari şi a altor animale domestice. O atare metodi­că va avea ca obiectiv obţinerea de celule extrase din ţesuturile unor indivizi animali remarcabili, stimularea femelelor în producerea unui număr mare de ovule (aceasta deja se realizează), fecundaţia cu nuclee de celule somatice (atât de la masculi, cât şi de la femele-recordiste) a acestor ovule (ale căror gene au fost iniţial distruse prin iradiere) şi implantarea ovulelor la mame adoptive.

9.3 Genetica şi pedagogia

9.3.1 Genotipul şi mediul social

Probabil, că nu o dată ne-am întrebat, de ce nu fiecare om poate fi făcut compozitor, pictor, scriitor sau matematician? De ce unul începe să compună versuri încă de pe băncile şcolii, iar altul nu reuşeşte s-o facă chiar şi după ce însuşeşte toate tainele compunerii versurilor? Acelaşi lucru se poate spune şi despre cele mai înalte performanţe sportive: oricâte eforturi şi timp nu s-ar cheltui pentru antrenamente, nu fiecare poate să devină campion olimpic. De ce un om se poate abate uşor de la drumul drept şi deveni delincvent, iar altul rămâne neclintit chiar în împrejurări care îl pun la încercări dintre cele mai grele? Toate aceste «deceuri» au un singur răspuns: toţi oamenii sunt diferiţi. Fiecare îşi are genotipul său pe baza căruia, în relaţie cu mediul, se formează particularităţile omului, inclusiv şi cele psihice. În afară de aceasta, asupra formării psihicului o mare înrâurire o are educaţia, începând din primele zile ale apariţiei pe lume a noului om. Mult timp pe savanţi şi pe pedagogi i-a frământat următoarea întrebare: în ce mod conlucrează în lupta pentru viitorul om ereditatea, mediul şi educaţia? Cu alte cuvinte, cui dintre aceşti trei factori îi aparţine rolul hotărâtor în formarea personalităţii? Unii considerau că formarea esenţei sociale a omu­lui, dezvoltarea personalităţii depinde în totalitate de ereditate. Va fi omul bun sau rău, curajos sau fricos, harnic sau un leneş toate acestea, după opinia lor, sunt programate dinainte în ereditate. Nu este greu să ne dăm sama că acest punct de vedere este nu numai nefundamentat, dar şi într-o anumită măsură dăunător, deoarece nu rareori el serveşte drept paravan celor care nu ştiu sau nu doresc să se preocupe de educaţie: toate deficienţele din educaţie le pun în sama «eredităţii proaste», împotriva căreia educaţia ar fi, chipurile, neputincioasă. Ea este dăunătoare şi în altă privinţă. Să ne imaginăm următoarea situaţie. Făcând totalurile anului şcolar învăţătorul dă scurte caracteristici fiecărui elev. De exemplu, «Scutaru este silitor, perseverent, sârguincios. Succesele lui au depins în mare măsură de hărnicia şi sârguinţa cu care a muncit» – după aceste cuvinte cel caracterizat va căuta pe viitor să se manifeste şi mai în deplinătatea acestor calităţi. «Dar iată că Ciobanu a reuşit totul fără mult efort. Este un talent înnăscut». La ce se poate gândi vizatul Ciobanu după aceste cuvinte? E bine că totul îi merge uşor şi în toate izbuteşte. Dar în caracteristică nu s-a pomenit de­spre atitudinea sa faţă de învăţătură, faţă de munca obştească. Reiese că nu el a obţinut rezultate bune, ci ele au venit singure, de la sine. Dar oare această insinuare nu reprezintă, de fapt, o minimalizare a personalităţii lui Ciobanu, o negare a «eu»-lui său? Părtaşii altor tendinţe considerau că toţi oamenii se nasc cu aptitudini naturale egale şi dacă educatorii nu-şi vor precupeţi eforturile, iar copiii nu se vor lăsa pe tânjală, apoi fiecare ar putea să ajungă, de exemplu, la nivelul lui Mozart şi Eminescu, Puşchin şi Repin. Urmând acestei logici, s-ar părea că este tot aşa de uşor să se formeze personalitatea omu­lui prin intermediul instruirii şi educaţiei, cum se poate face din lut orice figură. Şi acest punct de ve­dere s-a dovedit lipsit de valabilitate. Fiecare pe­dagog cunoaşte faptul că atât temperamentele, cât şi înclinaţiile, şi capacităţile copiilor – toate sunt diferite. Fiecare elev, fiecare om, în general, este o personalitate irepetabilă, cu caracterul său deosebit, cu un mod personal de gândire, memorare, de atenţie. Unul toată viaţa nu mai ajunge să aibă ureche muzicală, iar altul compune muzică de la şase ani. Un elev abia de poate pricepe legea lui Culon, în schimb, poate deosebi după glas orice pasăre, altul rezolvă ecuaţii diferenţiale, iar altul nu poate să deosebească teiul de arţar. «Dacă toţi oamenii ar avea aceleaşi aptitudini, – spune A. C. Scvorţov, cunoscut biolog-evoluţionist, – din aceasta ar reieşi că şi omenirea luată în întregime n-ar prezenta o diversitate de talente potenţiale mai bogată decât un om oarecare. Este, probabil, o idee prea sărăcită despre omenire...» Este un adevăr incontestabil faptul că spiritul de observaţie, atenţia, memoria, hărnicia ş. a. m. d. contribuie la dezvoltarea aptitudinilor, la afirmarea talentului. Chiar şi un astfel de artist genial al cuvântului ca Tolstoi şi el a fost nevoit să retranscrie «Război şi pace» de 8 ori! Dar alţii ar fi gata să-şi transcrie lucrările la nesfârşit fără, însă, să aibă şansa de a ajunge vre-odată la înălţimea lui Tolstoi. Apropo, fiindcă veni vorba de memorie. Şi ea este diferită la diferiţi oameni. Chiar dacă ar fi să fie antrenată la nesfârşit, la majoritatea oamenilor memoria-i... «ca memoria»; unii au dezvoltată memoria vizuală, alţii pe cea mintală (logică, auditivă), sau şi pe una, şi pe alta. Dar se întâlnesc şi oameni cu o memorie fenomenală. I. Andronicov povestea despre I. Sollertinechii, care avea o memorie cu totul ieşită din comun. Aruncând o privire asupra unor pagini de text, pe care le vedea pentru prima oară, el întorcea cartea şi spunea: «Controlează». Şi orice pagină nu i-ar fi fost numită, el o reproducea pe de rost. Când a fost rugat să-şi amintească ce era tipărit în josul paginii 212 din volumul doi al operelor complecte ale lui N. V. Gogol din ultima ediţie a AES (Asociaţia Editurilor de Stat), Sollertinechii, chibzuind câteva momente, a redat integral şi fără nici o greşeală textul: «Laudă ţie, artiste, vivat Andrei Petrovici – recenzentului cum se vede îi plăcea fami-... «Iartă-ne, Ivan Ivanovici, dar ce e cu acest «fami-? – «Fami-? – a răspuns el cu nepăsare, de parcă ar fi fost în firea lucrurilor, – «fami-» este prima jumătate a cuvântului familiaritate, numai că «-liaritate» vine de acum pe pagina două sute treisprezece». Este puţin probabil că doar cu ajutorul antrenamentelor fiecare din noi ar putea să-şi formeze un asemenea nivel de dezvoltare a memoriei. Şi e păcat. Exemplele prezentate vin să ne convingă de faptul că asupra formării profilului individual al capacităţilor omului exercită o anumită influenţă şi ereditatea, şi mediul în înţelesul cel mai larg al noţiunii. Pe lângă acţiunea mediului, genotipul determină şi el dezvoltarea generală a copilului şi succesele lui la învăţătură. Un debil mintal se alege cu foarte puţin chiar şi de pe urma celei mai bune instruiri, în timp ce un om născut cu aptitudini geniale reuşeşte în mod obişnuit multe fără ajutorul cât de cât însemnat al cuiva. Dar pentru majoritatea copiilor de ambianţa familială, instruirea în şcoală, propriile lor eforturi depinde în ce măsură realizările lor se vor apropia de limita superioară a capacităţilor lor înnăscute. Gemenii sunt materialul natural pe baza căruia se poate cel mai bine studia interacţiunea dintre genotip şi mediu. După cum am mai arătat, există două categorii de gemeni: obişnuiţi (bivitelini), cu genotipuri-diferite şi identici (univitelini), cu genotipuri identice. Numeroase experienţe efectuate asupra gemenilor au demonstrat că cu cât un caracter oarecare depinde mai mult de genotip, cu atât mai mult gemenii iden­tici seamănă unul cu altul sub raportul acestui carac­ter. Şi cu cât el depinde mai mult de mediul extern, cu atât mai mult se pot deosebi între ei gemenii identici. Cele mai mari deosebiri între gemeni se constată în cazul când ei sunt educaţi în familii diferite; dar astfel de cazuri se întâlnesc extrem de rar. De regulă, gemenii identici sunt educaţi în condiţii într-atât de identice, încât poate să apară întrebarea: nu este oare acest fapt principala cauză a asemănării lor? Răspunsul se poate obţine prin compararea lor cu gemenii obişnuiţi. Gemenii obişnuiţi cresc şi ei în una şi aceeaşi familie, în unul şi acelaşi inter­val de timp. De aceea influenţa mediului asupra deosebirilor dintre gemenii obişnuiţi este comparabilă cu influenţa pe care o are mediul asupra diferenţelor dintre gemenii identici. Diferenţa dintre gemenii obişnuiţi şi cei iden­tici, crescuţi împreună, este condiţionată în temei de ereditatea lor diferită. În schimb, diferenţele dintre gemenii identici crescuţi împreună şi gemenii iden­tici crescuţi în medii diferite este condiţionată totalmente de condiţiile diferite de mediu. Astfel, conform datelor savanţilor americani, educaţia diferenţiată duce la deosebiri cu mult mai mari de greutate şi capacităţi mintale, dar nu are nici o înrâurire asupra înălţimii. Prin urmare, înălţimea depinde în special de ereditate, iar greutatea fizica şi capacităţile intelectuale sunt determinate aproximativ în egală măsură de ereditate şi de mediu.

9.3.2 Talentul şi ereditatea

Lămurind rolul eredităţii şi al mediului în dezvoltarea omului, în formarea personalităţii sale, este important să se explice ce reprezintă mediul raportat la om. Asemeni altor fiinţe vii, omul se naşte şi trăieşte într-un mediu ce este determinat atât de factori abiotici, cât şi de factori biotici. În acest sens se poate afirma că mediul omului este acelaşi ca şi al altor fiinţe vii. Dar datorită conştiinţei, omul acţionează în sfera formei sociale de mişcare a mate­riei, subordonându-şi mediul şi toţi factorii ce acţionează în el. Din această cauză mediul uman are un caracter social. Fiecare fiinţă umană se naşte şi trăieşte în condiţiile mediului social. În ce priveşte identitatea sau varietatea genetică, ele sunt determinate de garniturile de gene. Fiecare om îşi are garniturile sale particulare de gene şi în virtutea acestui fapt din punct de vedere genetic toţi oamenii sunt diverşi, individuali, cu excepţia gemenilor identici. Remarcând diferite particularităţi în manifestarea caracterelor la diferiţi oameni, ne ciocnim nu de o insuficienţă genetică, ci de diversitatea ge­netică. Este important să se sublinieze în acest con­text că diversitatea genetică a oamenilor nu depinde de mediul social ci, din contra, de mediul social depinde manifestarea diversităţii genetice, deoarece ea este determinată de condiţiile sociale în care omul se naşte, se dezvoltă şi se formează ca personalitate. Ei, bine, veţi spune dumneavoastră, dar capacităţile fenomenale la copiii care, ca să zicem aşa, n-au dovedit încă să între în contact cu mediul social, care n-au trecut încă minimumul elementar de instruire şi educaţie? Aceeaşi întrebare se poate referi şi la personalităţile remarcabile care se dezvoltă în aceeaşi familie cu altele destul de mediocre. Într-adevăr, majoritatea copiilor care se nasc sunt copii obişnuiţi, copii înzestraţi într-un domeniu oarecare se nasc într-un număr mic, iar personalităţi re­marcabile, înzestrate multilateral, adică oameni geniali, se nasc extrem de rar. Naşterea copiilor geniali aminteşte întrucâtva loteria. Jucătorii reuşesc, de regulă, să ghicească unul-două numere, mult mai puţini – 3-4 şi cu totul puţini – 5-6 numere. iar în dependenţă de ghicire se stabileşte suma câştigului. Cu cât mai mică este probabilitatea ghicirii, cu atât mai valoros este câştigul. Ideea a fost exprimată sugestiv de V. Polânin. «Naşterea geniului, – spunea el, – este câştigul realizat la o loterie lipsită aproape de câştiguri». Ne este dat foarte rar să auzim despre apariţia co­piilor cu talente deosebite. Una din aceste rare comunicări senzaţionale a fost publicată de ziarul japonez influent «Japan Times». Ea se referea la Chim Iun Von, un seulez de trei ani, care vorbea la fel de liber engleza şi germana ca şi coreeana, limba sa maternă. El rezolva cu o nemaivăzută uşurinţă probleme dintre cele mai complicate, folosind în acest scop calculele diferenţiale şi integrale. Chim Iu este meşter la scrisul caligrafic, scrie versuri foarte bune şi citeşte ziarele. Părinţii acestui fenomen – Chim Su Son, fizician, în vârstă de 33 de ani şi Iu Mun Hiun, cadru didactic la Universitatea din Seul, în vârstă de asemenea de 33 de ani - au povestit că în a patra lună după naştere fiului i-au apărut dintr-odată 19 dinţi, iar peste două zile el a început să rostească cuvinte. La şase luni el a început să meargă şi să memoreze din auzite denumiri de copaci şi de animale. La 1 an şi o lună Chim însuşise destule cuvinte englezeşti, pentru a vorbi satisfăcător engleza. Peste o lună el a început să vorbească germana. La un an şi jumătate a început să scrie cu o pensulă mică, şi cu tuş, iar la doi ani a început să-şi facă însemnări zilnice. Multe dintre însemnările şi desenele lui au fost publicate în ziarele din Seul. Deci, un adevărat fenomen. Un alt exemplu. În anul 1979 la secţia pregătitoare a Universităţii din Moscova a fost primit un băieţel de nouă ani – Jalil Said – din Afganistan. Guvernul acestei ţări a hotărât să-l trimită pentru continuarea studiilor în URSS la facultatea de mecanică şi matematica a USM (programa pentru şcoala medie el a însuşit-o într-un an). Jalil a venit în Uniunea Sovietică împreună cu tatăl său Cherim Said, care urma şi el să-şi facă studiile la Universitate. După o lună şi jumătate de cursuri cu învăţători de limba rusă, Jalil a început să înţeleagă bine întrebările care i se adresau, să răspundă la ele şi adesea s-o facă chiar pe traducătorul pentru tatăl său. Dar la început lecţiile mergeau destul de prost. Şi doar atunci când a fost schimbat modul de instruire, luându-se ca bază manualul de matematică, treburile s-au normalizat. Care este explicaţia acestor cazuri? Ce rol i se atribuie eredităţii şi ce rol mediului în dezvoltarea talentelor cu totul ieşite din comun? Iată ce scriu în legătură cu aceasta cunoscuţi savanţi Ia. Reghinschii şi A. Scvorţov: «Ereditatea talentului? Există numeroase genealogii care o confirmă: muzica în familia Bah, astronomia pentru întreaga generaţie de astronomi Cassini în cadrul căreia s-a desfăşurat de la tată la strănepot timp de 124 de ani continuitatea în conducerea observatorului astronomic din Paris; pictura în familia Macovschii, matematica în familia Bernulli. Pe de altă parte, însă, în majoritatea cazurilor înzestrarea ereditară este determinată de îmbinarea unui şir de însuşiri independente... Poate că anume în polifactorialitate şi se ascunde una din cauzele faptului că chiar şi în familiile cu mulţi co­pii ale geniilor se năşteau atât de rar copii geniali». «Nu avem motive să afirmăm că există gene speciale ale genialităţii; formele de manifestare a talentului uman sunt atât de variate şi individual irepetabile, încât este mai verosimil să fie considerate nu urmarea unor gene speciale ale genialităţii, ci rezultatul unor combinaţii unice, irepetabile în fiecare caz aparte ale unui şir întreg de gene, care fiecare în parte nu determină nici un efect remarcabil. Adevărul este confirmat şi de faptul că în marea majoritate a cazurilor descendenţa oamenilor de samă este destul de obişnuită». Din aceste opinii se poate trage următoarea concluzie generală: nu acţiunea unor oarecare gene izolate determină formarea talentu­lui. Fiecare genă aparte sau o grupă de gene condiţionează unele însuşiri pozitive aparte (temperament, atracţie pentru ceva, atenţie, memorie, spirit de observaţie, imaginaţie, capacitate de înţelegere rapidă ş. a. m. d.), iar îmbinarea întâmplătoare a unei mulţimi de asemenea însuşiri (şi, prin urmare, şi a genelor care le determină) într-un singur individ contribuie la dezvoltarea maximă a capacităţilor sale – adică a talentului. Probabilitatea îmbinării într-o singură persoană a majorităţii însuşirilor pozitive e foarte mică – de aici şi raritatea apariţiei lor în lume. Tot odată, se cunoaşte că nu toate genele se manifestă într-un mediu sau altul şi că genele asemănătoare îşi manifestă în chip diferit ac­ţiunea în condiţii de mediu diferite. Prin urmare, însuşi mediul «potriveşte» acţiunea fiecăreia dintre gene sau a unor blocuri de gene unul faţă de altul, «şlefuindu-le» efectul general. Tot mediul este cel care joacă rol de «punct de trecere», aprobând sau anulând această acţiune generală, adică stimulează sau inhibează o acţiune sau alta a individului. În acest cadru o importanţă colosală o are instruirea şi educaţia orientată. Se înţelege de la sine că dacă elevul sau studentul nu poate să asimileze ceva, dar o doreşte, el va fi, pe drept, recompensat, dacă, însă, este capabil, dar leneş, pe bună dreptate, va fi mustrat. Şi deoarece toate aceste calităţi determină relaţiile dintre oameni, manifestarea lor va fi apreciată în chip diferit, în dependenţă de condiţiile concrete ale mediului social. În ce priveşte seulezul de 3 ani Chim, nici acest caz nu conţine nimic supranatural. Pur şi simplu, exemplul ilustrează o dată în plus posibilitatea manifestării foarte de timpuriu şi în diverse domenii a unor capacităţi potenţiale enorme. Ştiinţa nu dispune încă de informaţie suficientă asupra modului în care recepţionează lumea înconjurătoare copilul în perioada dezvoltării sale embrionare. Nu este exclus că anume această perioadă este fundamentală, hotărâtoare în formarea psihicului şi, prin urmare, şi a personalităţii omului. În perioada embrionară dezvoltarea creierului este determinată de programul .genetic. Programul genetic, – scrie cunoscutul geneticiian sovietic, academicianul N. P. Dubinin, – asigură po­sibilitatea manifestării sferei spiritual suprabiologice a omului, iar condiţiile sociale transformă această posibilitate în realitate în procesul activităţii de muncă, social de producţie a oamenilor, legată de dezvoltarea vorbirii şi înrâurind asupra formării gândirii logico-abstracte». Nu este exclus că în viitor noţiunea «mediu social» se va complecta cu starea psihică, emotivă în care se află viitoarea mamă în perioada gravidităţii. Doar şi ea este diferită la diferite mame şi chiar la una şi aceeaşi mamă la sarcini diferite.

9.3.3 Embriogenetica şi pedagogia

Dacă aţi fost mai mulţi copii în familie, puteţi – s-o întrebaţi pe mama, cum se simţea ea când aştepta un copil sau altul. Mulţi îşi manifestă încă de pe atunci temperamentul... Momentul fecundaţiei ovulului este, de fapt, momentul naşterii unei noi vieţi. Până la el celulele sexuale au parcurs o cale lungă de diferenţiere şi specializare în conformitate cu programul genetic al fiecăruia dintre părinţi. După unirea gametului mascul cu cel femel şi formarea zigotului, începe acţiunea coordonată a două programe genetice şi realizarea consecventă a informaţiei ereditare, pe care o conţin, pe parcursul întregului proces de dezvoltare individuală. De acum la a optsprezecea zi de la concepţie în­cepe să bată inima noii fiinţe, la două luni organele îi sunt în temei formate, iar la trei luni ea se manifestă în toată plinătatea: se poate stabili ce este băiat sau fată. La patru luni EL sau EA încep să-şi caute o poziţie mai comodă, iar la cinci unii îşi manifes­tă deja caracterul. La acest moment copilul simte şi retrăieşte toate bucuriile şi emoţiile mamei, fiind foarte sensibil la dispoziţia ei şi reacţionând în mod corespunzător. Se pare că în parte la acest fundament se referea L. N. Tolstoi când scria: «Oare nu atunci am obţinut eu tot cu ceea ce trăiesc în momentul de faţă, şi am agonisit atât de mult, atât de repede, încât în întreaga viaţă ce a urmat nu am reuşit să capăt nici a suta parte cât căpătasem înainte? De la un copil de cinci ani şi până la mine e un singur pas. De la un nou-născut până la un copil de cinci ani e o distanţă cumplită. De la embrion până la nou-născut e o prăpastie, iar de la ne existenţă până la embrion se întinde nu o prăpastie, ci ceva de neconceput». În psihologie şi pedagogie se obişnuieşte să .se considere că omul nu se naşte personalitate, ci devine ca atare. Şi aceasta este într-adevăr aşa, deoarece personalitatea a început să semnifice cel mai adesea individualitatea în raporturile ei sociale. Dar atunci ce urmează să se considere naşterea omului-apariţia lui pe lume sau momentul iniţial al dezvoltării sale în uterul mamei? Doar acele nouă luni care urmează du­pă momentul concepţiei noului om sunt mult mai bogate în informaţie decât mulţi dintre anii ce vor urma. «Pot să demonstrez că multe din ceea ce considerăm specific uman, căpătat de om după naştere, în realita­te se conţine în genetica noastră, se află în natura noastră în forma unor raporturi fixate ale structurilor nervoase», – scria remarcabilul fiziolog, academicianul P. Anohin. Această declaraţie permite să se considere că formarea personalităţii începe .in procesul dezvoltării embrionare a copilului, iar manifestarea particularităţilor ei începe la diferiţi oameni în momente diferite. Nu fără temei se spune devenirea, şi nu apariţia personalităţii; şi nu a personalităţii în general, ci a unui om concret. «Nu este exclus, - scrie cunoscutul psiholog Ia. L. Colominechii, – că într-un viitor nu prea îndepărtat să se formeze un domeniu special al pedagogici – pedagogia embrionară, ştiinţa despre acţiunea directă şi indirectă (prin intermediul psihicului şi organismului mamei) asupra formării psihicului omului în perioada dezvoltării sale embrionare». Ideea că fiecare om vine pe lume cu un ansamblu variat de capacităţi a devenit una din tezele de bază ale concepţiei umaniste despre om. Aproape în fiecare om există capacităţi spirituale potenţial nelimitate. A fost demonstrat că miliardele de celule ale creierului omenesc sunt capabile să înfăptuiască o muncă cu adevărat titanică; problema e, în ce mod se pot mobiliza şi folosi la maximum colosalele lor posibilităţi. Într-un laborator de psihologie a fost efectuată o experienţă în care ex-campionul lumii la şah M. Tal a jucat şah cu persoana supusă examinării. Trei partide acesta le-a jucat în stare obişnuită, iar alte trei-în stare de hipnoză, insuflându-i-se chipul unuia dintre şahiştii remarcabili din trecut. Tal a câştigat. După seans el şi-a caracterizat în felul următor partenerul: «Înainte de hipnoză am jucat cu o persoană care abia mişca figurile. În stare de hipnoză, însă, în faţa mea stătea un cu totul alt om, expansiv, energic, îndrăzneţ, care juca cu două categorii mai bine». O persoană este considerată capabilă, dacă manifestă un interes deosebit pentru vre-o preocupare şi dacă în acest caz ea însuşeşte mai repede şi mai uşor decât alţii cunoştinţele, deprinderile, metodele corespunzătoare, dacă obţine succese în domeniul respectiv. Dar în caz că nu obţine nici un fel de succese? Trebuie considerată incapabilă? Oameni incapabili nu există, există oameni care nu şi-au valorificat capacităţile, oameni care «şi-au îngropat talentul». În prezent a devenit ca nici odată acută problema determinării hipertimpurii a profilului capacităţilor copilului, ale adolescentului, pentru a i se putea alege direcţia de instruire şi de pregătire profesională, care i-ar asigura şi cunoştinţele, şi dragostea pentru ocupaţia, pe care el o va exercita cu maximă dăruire, şi deci obţinând maximum de satisfacţie. Capacităţile remarcabile se pot îmbina cu o memorie auditivă obişnuită; o memorie vizuală obişnui­tă-cu o capacitate de a reacţiona rapid. Eforturile enorme care se depun pentru obţinerea instruirii muzicale pot să nu dea nici măcar o parte mică din efectul pe care l-ar da cultivarea la acelaşi copil a aptitudinilor sale matematice sau lingvistice. Cu alte cuvinte, fiecare adolescent, părinţii şi pedagogii acestui adolescent trebuie să-i cunoască părţile slabe şi cele tari ale profilului capacităţilor cu care este înzestrat. Fiecare om este potenţial înzestrat pentru a acti­va într-un anumit domeniu mai eficient ca alţii. Doar registrul capacităţilor umane este infinit, iar numărul profesiilor trece peste 40 de mii. Prin urmare, rar om care să nu fie înzestrat cu un număr de aptitudini suficiente pentru a putea munci creator, cu toată dăruirea, pentru a se putea realiza plenar. Este limpede că orice profesie se cere aleasă conform înclinaţiilor pe care le avem. «Dacă însă ne-am ales o profesiune pentru care nu avem capacităţile necesare, nu o vom practica nici odată în mod onorabil... Cel mai firesc rezultat va fi atunci dispreţul faţă de noi înşine; dar există oare sentiment mai chinuitor...» medita la timpul său tânărul Marx. Problema privind influenţa relativă a eredităţii şi a mediului asupra trăsăturilor individuale ale omului continuă să fie departe de a fi rezolvată de­finitiv. Dar deja în prezent este limpede că ignorarea deosebirilor genetice dintre oameni în ceea ce priveşte particularităţile de intelect sau caracter are repercursiuni negative asupra instruirii şi educaţiei. Iar noi suntem cu toţii material organizaţi în chip întrucâtva diferit. Colosala varietate a aptitudinilor din populaţiile umane reprezintă acea sursă inepuizabilă, pe baza căreia se realizează progresul tehnico-ştiinţific şi social al societăţii. Noi, părinţii şi pedagogii, mai avem mult de muncit pentru ca fiecare nou-născut să poată deveni ceea ce este în stare să devină, să se realizeze la cel mai înalt grad. Or, aceasta nu-i chiar atât de puţin. Prin urmare, este necesar ca genetica şi pedagogia să găsească cât mai repede limbă comună, precum au găsit de acum genetica şi teoria evoluţiei, genetica şi selecţia, genetica şi microbiologia, genetica şi medicina.

9.4. Genetica şi psihologia

9.4.1 Omul ca fiinţă biiosocială

Corelaţia între componentele biologice şi sociale ale omului constituie una dintre cele mai importante probleme, pe care caută s-o rezolve savanţi din întreaga lume. În cartea «Genetica, comportamentul, responsabilitatea (N. Dubini, I. Carpeţ, V. Cudreavţev, 1982) se scrie: «Recunoscând aspectul socializat al proprietăţilor bilologice ale omului nu trebuie se scăpăm din vedere, că, fiind o fiinţă vie, el se supune totodată legilor bilologice fundamentale şi în acest sens posedă particularităţile proprii a tot ce e viu pe Pământ». Biologul şi socialul la om sânt factori strâns legaţi între ei şi interdependenţi. Astfel, A. Ghezell în lucrarea «Copiii omului şi copiii lupilor» ne povesteşte despre unii copii, care de mici, fiind răpiţi de lupi, au crescut în mediul acestora şi pe urmă n-au avut comportare umană. În anul 1920 în India, în vizuina unor lupi, au fost găsite două fetiţe – Amala şi Camala, care fiind date în grija savanţilor aşa şi n-au mai fost în stare să se adapteze la mediul societăţii umane şi au murit curând. Este bine cunoscut şi cazul lui Kaspar Hauzer, care fiind izolat timp de 16 ani într-un beci, după aceea scolarizarea lui a fost imposibilă. Particularităţile biologice – genotipul său individual – omul le capătă prin ereditate de la părinţi. Totodată calităţile omului sunt determinate de mediul ambiant, în mijlocul căruia are loc dezvoltarea lui. Cazurile descrise mai sus demonstrează pe deplin acest adevăr. Ca dovadă în acest sens poate servi şi faptul că gemenii monovitelini nu numai că seamănă între ei ca două picături de apă, adică sunt identici ca genotip, dar sunt aproape identici şi ca fenotip. Dacă asemenea gemeni erau despărţiţi şi crescuţi în medii diferite, ei îşi păstrau complet asemănarea fizică şi multe manifestări de ordin psihic – temperamentul, înclinaţiile, gusturile – le aveau asemănătoare. După cum s-a mai menţionat omul este o fiinţă biosocială. Evoluţia biologică se produce într-un timp foarte îndelungat, pe când cea socială într-o perioadă mult mai redusă. În timpul dezvoltării istorice oamenii creează instrumente de muncă şi înfăptuiesc munca, în procesul căreia stabilesc relaţii sociale şi îşi îmbogăţesc cunoştinţele. Experienţele căpătate se transmit din generaţie în generaţie şi, astfel, apare un program social, care se moşteneşte din strămoşi. Academicianul A. Leontiev distinge la om trei feluri de experienţe: experienţa moştenită prin program biologic sub formă de instinct; experienţa social istorică dobândită de omenire şi transmisă prin instruire şi educaţie; experienţa individuală pe care o capătă fiecare om în cursul vieţii personale. Prima cuprinde perioada embrionară – de la conceperea şi formarea zigotei până la naşterea copilului. În această perioadă se realizează programul genetic cu o oarecare influenţă (prin intermediul organismului mamei) a mediului extern. Atât factorii pozitivi, cât şi cei negativi influenţează corespunzător asupra realizării programului genetic al fătului. Unii savanţi (B. Astaurov, E. Ilin, etc.) afirmă că genele reglează nu numai dezvoltarea fizică ci şi comportamentul social al omului. Mediul ambiant nu va educa un pictor, un cântăreţ, un matematician sau un sportiv eminent dintr-un copil, care nu posedă predispoziţii ereditare către acestea înclinaţii, subliniază ei. Academicianul N. Dubinin neagă această accentuare a rolului programului genetic. «Nu există – scrie el – nici un fel de gene pentru conţinutul spiritual al omului. Caracterele psihicului uman se formează cu ajutorul activităţii social-practice a oamenilor». Însă, cum pe drept menţionează Kleopatra Vnorovschi, practica demonstrează, că fiecare om însuşeşte programul social în felul său. De exemplu, într-o clasă de elevi se prezintă acelaşi program de obiecte, ce trebuie să fie însuşite. Deşi în timpul predării obiectelor de studiu se ţine seama de particularităţile individuale ale elevilor, totuşi nu fiecare dintre ei poate să le însuşească la acelaşi nivel. Atitudinea elevilor faţă de obligaţii, reacţiile lor la sarcinile puse sunt diferite. Străduinţele părinţilor şi învăţătorilor nu întotdeauna pot orienta copiii în direcţia dorită. Copiii, adolescenţii, tinerii îşi aleg calea lor proprie, conform intereselor, înclinaţiilor, aptitudinilor. La fiecare om ele sunt diferite şi ca conţinut şi ca nivel. Psihologul A. Luria a ajuns la concluzia, că în perioada dezvoltării psihicului în ontogeneză ereditatea are o influenţă mai accentuată când copilul este mic. La etapele mai avansate de dezvoltare procesele psihice se schimbă şi dependenţa lor de factorii ereditari devine mai mică. Aici experienţei individuale îi revine un rol mai pronunţat. Programul genetic variază mult de la om la om. Chiar în aceeaşi familie copiii cresc foarte diferiţi. Programul genetic în decursul de milioane de ani s-a schimbat la omenire în întregime, însă, foarte puţin. Factorii evoluţiei şi selecţiei naturale la om joacă un rol mai mic decât la animale. Omul acţionează asupra naturii în direcţia dorită de el şi îşi creează un mediu specific, prielnic existenţei. Iată de ce programul social se schimbă repede. Din generaţie în generaţie el capătă forme noi, cea ce tocmai şi constituie progresul social. Educaţia şi instruirea asigură continuitate şi progres. Deşi programul social nu este înscris în gene şi conţinutul vieţii psihice nu este ereditar, importanţa factorului biologic nu trezeşte nici o îndoială. Făcând o comparaţie metaforică putem spune că programul genetic prezintă acel fundament material pe care se dezvoltă suprastructura socială a comunităţii umane.

9.4.2. Factorii ereditari şi intelectul

Trebuie de subliniat, că omul poate să aibă o experienţă bogată, să posede cunoştinţe vaste, însă după cum se ştie, nimeni până azi n-a putut descoperi vre-un mijloc cum să elaboreze înţelepciune prin instruire şi educaţie. Nu degeaba într-o zicală moldovenească se spunea: «Când ar creşte mintea pe toate cărările, apoi şi oile ar paşte-o». Care este factorul principal în dezvoltarea inteligenţei? Şi aici există două puncte de vedere, două orientări: · orientarea ereditaristă, care recunoaşte ereditatea ca factor principal în formarea şi dezvoltarea inteligenţei; · orientarea ambientalistă, care consideră că totalitatea factorilor din meidul ambiant determină nivelul inteligenţei. Prima orientare susţine, că inteligenţa omului, gândirea lui sunt înnăscute. Deosebirile în comportamentul şi psihicul oamenilor se datorează unui anumit genotip, unic pentru fiecare dintre noi. Psihicul este dependent de sistemul nervos, de anumite structuri ale creierului, de organele de simţ, care se dezvoltă în baza acţiunii specifice a anumitor gene. Capacitatea omului de a se instrui este de asemenea înnăscută. Faptul acesta se datorează aptitudinii omului de a influenţa asupra mediului şi de a-l schimba, iar intelectul e o formă superioară de a se adapta la mediu. Orientarea ambientalistă susţine că inteligenţa se formează şi se dezvoltă datorită exclusiv factorilor sociali. Progresul social, care este nelimitat, influenţează activitatea intelectuală, dându-i un anumit conţinut. Actualmente, afară de aceste două orientări diametral opuse, există şi o a treia, care îmbină ambii factori: ereditatea şi mediul ambiant. Prin urmare, biologicul şi socialul au rolul lor în formarea întregului psihic uman şi a specificului fiecărei individualităţii. Omul se naşte cu multe predispoziţii, care în cursul vieţii se pot manifesta într-un mod sau altul în dependenţă de anumite condiţii. Cunoştinţele ce le capătă fiecare om în parte amplifică potenţa sa intelectuală. Instruirea, educaţia, diversele relaţii sociale constituie amplificatori ai dezvoltării inteligenţei. Potenţele apar ca nişte predispoziţii biologice, iar mediul social, cultura – ca amplificatori ai acestor predispoziţii. Diferite medii sociale apar în rezultatul acţiunii diferitor amplificatori. Proprietăţile biologice ne caracteristice speciei umane nu pot fi dezvoltate la indivizii săi, oricare ar fi mediul ce-i înconjoară, şi invers, potenţele înnăscute, care există în stare latentă, pot fi realizate prin crearea de condiţii corespunzătoare lor. Se poate oare diagnostica nivelul de inteligenţă, aptitudinile mintale ale omului? Ştiinţa contemporană dispune de asemenea metode. Dintre ele principale sunt două: 1. Studierea comparativă a gemenilor; 2. Studierea aptitudinilor mintale prin teste de inteligenţă. Gemenii monovitelini având acelaşi genotip prezintă o foarte mare asemănare atât somatică, cât şi psihică. Aceasta oferă un material unic pentru a studia atât factorul ereditar, cât şi acţiunea mediului în dezvoltarea intelectului. Deosebirile şi asemănările, ce se observă la gemenii monovitelini, dintr-o parte, şi la gemenii bivitelini, din alta, crescuţi împreună sau separaţi unul de altul, ne demonstrează tocmai rolul eredităţii şi a mediului în manifestarea multor particularităţi, printre care şi ale celor intelectuale. Nivelul de inteligenţă se măsoară prin coeficientul intelectual (CI), aflat prin aplicarea testelor de inteligenţă. Testele măsoară variate proprietăţi intelectuale, care se formează şi se dezvoltă în decursul vieţii individuale. Rezultatele testărilor efectuate de mai mulţi savanţi au demonstrat, că CI la gemenii monovitelini crescuţi în aceleaşi condiţii coincid cu 87%, la gemenii monovitelini crescuţi în codiţii diferite coincid cu 75%, pe când la gemenii bivitelini crescuţi împreună sau separat coincidenţa CI e numai de 50%. Savantul american Iepsen a ajuns la concluzia că 80% din coeficientul de inteligenţă se datorează eredităţii şi 20% – mediului. Norma nivelului mintal este considerată dezvoltarea medie. Dacă reprezentăm acest lucru cu ajutorul unui grafic, atunci vom avea la mijloc intelect normal, mai sus de linia normei – genii şi supradotaţi, iar sub linie oligofrenii. La oamenii geniali şi supradotaţi în mai multe direcţii CI constituie mai mult de 100 de puncte. De aceştea se nasc în mediu cca 2%. La oamenii talentaţi, cu inteligenţă foarte bună, CI=80-100 puncte. Ei sunt dotaţi numai într-o oarecare direcţie (muzică, pictură, matematică etc.) şi sonstituie cca 15% din toată populaţia umană. 20% le revin oamenilor inteligenţi, care îşi ating culmea pregătirii profesioniste în cele mai bune condiţii de instruire. La ei CI=60-70 puncte. CI la media normală e de 40-50 puncte prezentate de majoritatea dintre noi. Pentru mediocri, care constituie 10-20% din populaţie, se cer eforturi deosebite în instruire, CI la ei fiind egal numai cu 20-30 puncte. Oligofrenii (oameni incapabili) luaţi împreună (10%) constituie contingentul şcolilor speicale, CI e mai mic de 10. Oligofrenia de cele mai multe ori este rezultatul unor anomalii cromozomice. Debilii mintali, deşi se află sub limită, pot fi plasaţi în şcoli speciale şi ajutaţi să se adapteze la viaţă şi la o muncă potrivită pentru ei. Imbecilitatea şi idiotismul sunt provocate de gene recisive, pe când debilii mintali rezultă datorită eredităţii poligenice. Astfel de copii de regulă nu pot învăţa să citească şi să scrie. Ei nu sunt în stare să perceapă corect realitatea datorită dereglării funcţiei creierului. De asemenea le este deranjat şi limbajul atât cel oral, cât şi cel scris. Ei nu-şi pot concentra atenţia să asculte, să judece, să citească şi să socoată. Deci, la un capăt al firului eredităţii se află oligofrenii, contingentul şcolilor speciale, iar la alt capăt – oameni supradotaţi şi geniali, cu aptitudini deosebite. Între aceste două poluri se găsesc toţi ceilalţi ce reflectă dispersia heterogenă a capacităţilor intelectuale la majoritatea omenirii.

9.4.3. Aptitudinile şi ereditatea

Însuşirile fizice şi psihice care-i permit omului să activeze cu succes în anumite domenii, se numesc aptitudini. Acestea pot fi generale şi speciale. Aptitudinile care asigură succesul într-un şir de activităţi sunt numite generale, iar cele care se manifestă numai într-un anumit domeniu de activitate – speciale. O îmbinare originală a acţiunilor, a cunoştinţelor este posibilă atunci când omul e talentat. Talentul îi permite să se exprime original în mai multe domenii. V. Belinschii spunea, că omul talentat vede în lumea înconjurătoare ceea ce alţii nici nu observă. Omul talentat vede totul original, în felul său. Sunt însă oameni ale căror aptitudini ating un nivel foarte înalt de manifestare. Astfel de oameni sunt numiţi genii. Geniul e o fiinţă dotată cu posibilitatea de a crea ceva nou, absolut original. Oamenii geniali posedă trăsături de caracter, au interese şi idealuri la fel ca şi ceilalţi oameni. Cu toate acestea, ei sunt deschizători de noi căi, de noi ere în istorie, fac descoperiri în domeniul în care îşi manifestă talentul, deschid noi şcoli în ştiinţă şi artă. Foarte laconic în privinţa aceasta s-a exprimat O. de Balzac: «Minunea geniului constă în aceea, că el seamănă cu toţi, dar cu el nimeni». Ce determină apariţia geniilor? În antichitate se considera, că geniul este alesul lui Dumnezeu şi-i inspirat de puterea divină. Existau păreri, cum că geniul este un om, care iese din cadrul obişnuitei norme de dezvoltare. Geniul şi nebunia erau puse alături. Pe lângă genii, care sunt foarte puţini la număr, trebuie descoperiţi şi oameni talentaţi, care se nasc ceva mai des, sunt bine dotaţi şi contribuie la progresul societăţii. Mulţi savanţi au studiat problema aptitudinilor, dotaţiei, talentului, genialităţii. Rezolvarea acestei probleme ca şi a celei consacrate inteligenţei are trei soluţii: unii consideră aceste calităţi înnăscute, alţii – obţinute datorită instruirii şi educaţiei; a treia grupă recunoaşte îmbinarea celor doi – cel genetic şi cel al mediului. Marele pedagog V. Suhomlinschii susţine existenţa unor predispoziţii biologice, care trebuie să fie evidenţiate la timp şi cultivate permanent. Eminentul matematician N. Lobacevschii e de părere că geniul se naşte şi e convins, că arta educatorului constă în aceea ca să descopere geniul şi să-i dea libertate să înfăptuiască potenţele sale. Deci şi V. Suhomlinschii şi N. Lobacevschii sunt de aceiaşi părere: talentul şi geniul sunt înnăscute, dar trebuie să fie scoase la iveală şi cultivate. E necesar de condiţii favorabile pentru ca acestea să se manifeste. Predispoziţiile sunt înnăscute, iar manifestarea şi perfecţionarea lor sunt rezultatul dezvoltării omului în cursul vieţii individuale şi adaptării lui la mediu prin educare şi instruire. Aptitudinile pot apare de la vârsta fragedă până la bătrâneţe. Cel mai devreme se manifestă aptitudinile pentru matematică şi muzică, poezie, pictură şi joc de şah. Astfel, Mozart a început să compună muzică la vârsta de 3 ani, Mendelson – la 5 ani, Repin şi Serov au început să facă pictură la 4 ani, primele versuri ale lui A. Puşchin au apărut la vârsta de 8 ani, ale lui M. Lermontov – la 9 ani. Hose Capablanca a obţinut victoria la jocul de şah la vârsta de 4 ani, peste o zi după ce a văzut pentru prima dată cum se joacă. Academicianul L. Landau la 14 ani învaţă la două facultăţi: de chimie şi de fizică şi matimatică. Numai la 26 ani a devenit doctor habilitat în ştiinţe. Cercetările întreprinse de geneticieni şi psihologi demonstrează că biologicul îşi are rolul său predominant în formarea şi manifestarea aptitudinilor de diferite niveluri. Aptitudinile, talentul, genialitatea vor fi cu atât mai dezvoltate cu cât vor fi mai puternice şi calitative predispoziţiile înnăscute şi cu cât vor fi mai favorabile condiţiile sociale pentru manifestarea lor. După cum subliniază savanţii V.Timakov şi N. Bocikov, pentru perfecţionarea omului nu există piedici, trebuie numai cunoscută biologia lui, descoperite şi dezvoltate aptitudinile individuale. Ele, însă, trebuie descoperite cât mai devreme, cu multă pricepere de generaţia adultă. Să nu uităm că natura nu cizelează nici o trăsătură, ea numai îi pune baza, o cizelăm noi: părinţii, pedagogii, societatea. Ce calităţi fizice şi psihice cer aptitudinile pentru muzică şi pictură? M.Borisov a stabilit, că în complexul înzestrării muzicale sensibilitatea la diferenţierea înălţimii şi tăriei sunetului sunt ereditare. H. Pingaş consideră că începutul aptitudinilor muzicale îşi au originea din comunicarea sonoră a mamei cu copilul, înainte, chiar ca el să înceapă a vorbi. Savanţii au ajuns la concluzia, că există o corelaţie bine exprimată între capacitatea muzicală a părinţilor şi cea a copiilor. Astfel, în dinastiile familiale ale lui Bah, Rahmaninov, Ciaicovskii, Moţart, Bethoven, Şopen, Pucini, Bize, Şubert, Veber, Procofiev, Dunaevskii, Neaga ş. a. majoritatea au fost vestiţi muzicieni. În privinţa eredităţii aptitudinilor prezintă interes şi familia lui Serghei Rahmaninov. Iată ce scrie despre ea Cleopatra Vnorovschi în minunata sa carte «Psihicul şi ereditatea» (1984). Neamul lui Rahmaninov îşi trage originea de la domnul Moldovei Dragoş-Vodă. După moartea lui Ştefan cel Mare, feciorul său mai mic Rahman, a plecat în Rusia. El a pus începutul dinastiei Rahmaninov. Dintr-o tabelă genealogică întocmită de sora lui S. Rahmaninov se poate urmări, că în şase generaţii aptitudinea muzicală se repetă la mulţi membri ai acestei familii. Străbunica lui S. Rahmaninov a studiat muzica la cei mai buni profesori ai vremii. Fratele bunicii a fost regentul corului la capela curţii ţarului şi era şi compozitor. Fetele n-aveau aptitudini muzicale, pe când băieţii aveau toţi. Acel X-cromozom transmis la băieţi era dominant, iar la fete – recesiv. Bunicul lui S. Rahmaninov s-a retras din armată şi se ocupa numai de muzică, în fiecare zi cânta minunat la fortopian. S. Rahmaninov a început să se ocupe de muzică la vârsta de patru ani. Prima lui învăţătoare a fost mama. Sora lui Serghei avea un contralto plăcut. Însă totuşi cel mai strălucit talent muzical în această familie l-a avut Serghei Rahmaninov. La vârsta de 9 ani el începe să înveţe la conservator. Şi pa plaiul nostru trăiesc şi creează mulţi muzicieni, pentru care muzica e vocaţie familială, transmisă din generaţie în generaţie. Lăutarii Moldovei au fost vestiţi. Într-o familie de lăutari a crescut şi a activat Gheorge Neaga. El este reprezentantul generaţiei a patra de muzicanţi. Străbunicul său, Anton Neaga, cânta la cobză, iar bunicul Timofei era viorist. Tatăl său, vestitul Ştefan Neaga (1900-1951), primul din acest neam a făcut studii muzicale la conservator şi a devenit un ilustru pianist, compozitor şi dirijor. Mama lui Gh. Neaga a fost şi ea pianistă. După cum am mai spus, aptitudinile muzicale se manifestă de timpuriu încă din fragedă copilărie. Cei mai vestiţi muzicanţi au început să cânte foarte devreme – de la 3-5 ani, deşi se cunosc şi excepţii. Ei aveau o memorie muzicală fenomenală, puteau reproduce uşor muzica auzită. Savantul B. Teplov consideră, că omul are anumite date anatomo-fiziologice, care-i permit o manifestare timpurie a aptitudinilor muzicale. Aceste predispoziţii depind de gene. Cu atât mai mult că muzica este o cunoaştere a realităţii prin emoţii, dar emoţiile, după părerea specialiştilor, sunt supuse legilor genetice. Matematicienii se caracterizează printr-o anumită formă de gândire, prin anumite calităţi ale minţii. Ei percep lumea în realităţi de numere şi mărimi. Psihologul V. Cruteţkii a cercetat aptitudinile pentru matematică a unor copii contemporani. El a urmărit apariţia şi dezvoltarea acestor aptitudini. În cartea sa «Psihologia aptitudinilor matematice» el constată, că particularităţile psihice, specifice oamenilor talentaţi în domeniul matematicii, sunt aceleaşi , indiferent de timpul în care trăiesc şi chiar de vârstă. Iată câteva caracteristici date de V. Cruteţkii copiilor examinaţi: Sonea: - aptitudinile matematice la ea au început să se manifeste de la 4 ani. Fără să cunoască teoria, ea făcea operaţii cu fracţii, rezolva mintal probleme. Fratele ei, cu 5 ani mai mare, a rămas mirat, când trebuia să scadă 36 din 28. Sonea i-a spus că va fi cu 8 mai puţin decât nimic. Volodea: - la 6 ani extrăgea mintal rădăcina pătrată din orice număr. La 8 ani fără ajutorul cuiva, a însuşit funcţiile trigonometirce şi sistemul binar. Acesta şi alte biografii cercetate au demonstrat, că predispoziţiile pentru matematică se manifestă prin genele recesive, peste o generaţie. Aptitudinile pentru matematică, observate la gemenii monovitelini, confirmă natura lor ereditară. Astfel, D. Liuis şi D. Sprinser, despărţiţi de mici, fiind înfiaţi de oameni străini şi necunoscuţi, s-au întâlnit la vârsta de 39 de ani. Amândoi aveau aptitudini matematice. Biografiile cercetate au demonstrat că există multe cazuri, când condiţiile nu erau favorabile, însă aptitudinile s-au manifestat. Există şi personalităţi ce au specialităţi diferite, care n-au făcut studii speciale de matematică şi totuşi au devenit matematicieni, deoarece aveau aptitudini pentru această ştiinţă. Astfel, vestitul Laplas şe-a făcut studiile la şcoala călugărilor benedectini şi totuşi, a devenit autorul «Mecanicii cereşti» şi a teoriei analitice a probabilităţii. Foarte mulţi matematicieni care au devenit iluştri şi-au manifestat de timpuriu aptitudinile pentru matematică. Alexis Klero la 12 ani era de acum un savant format recunoscut de Academia de Ştiinţe din Berlin. Fratele său mai mic, când a atins vârsta de 14 ani, a scris o lucrare originală de geometrie, care a fost apreciată înalt de Academia de Ştiinţe din Paris. N. Lobacevskii la 19 ani era deja magistru în ştiinţe matematice, iar la 24 ani – profesor la Universitatea din Kazan. Exemple asemănătoare pot fi găsite şi în alte direcţii ale ştiinţei, precum şi în domeniul de cultură, sport etc. Ele de la sine vorbesc, că predispoziţiile şi aptitudinile sunt programate genetic, iar nivelul de realizare a lor în decursul vieţii individuale depinde într-o măsură sau alta de condiţiile sociale în care se dezvoltă personalitatea concretă. 9.4.4 Emoţiile şi sentimentele Procesele psihice, care rezultă din reflectarea în creier a aptitudinilor şi trăirea lor subiectivă constituie stările afective: emoţiile şi sentimentele. Stările afective determină o anumită comportare a omului. Unii savanţi consideră că emoţiile, fiind genetic strâns legate de instincte, sunt reacţii ereditare. Ce stă la originea sentimentului moral? De ce există oameni, care ridică valorile morale la un nivel înalt şi de ce sunt infractori şi chiar criminali? În diferite timpuri se realizează o anumită parte din codul moral corespunzător unor condiţii sociale, speciale cerute de epocă. Sunt cazuri, când unele calităţi morale se oprimau, iar altele se propagau şi se manifestau. Cunoscutul savant V. Efroimson susţine cu siguranţă, că emoţiile umane de bunătate, cavalerism faţă de femeie şi bătrâni, protejarea copiilor şi alte calităţi s-au dezvoltat pe baza selecţiei naturale şi au intrat în conţinutul caracteristicilor ereditare ale omului. Dar, totuşi, alături de aceste părţi pozitive există destul de stabil neruşinare, minciuna, amoralitatea, criminalitatea. Fenomenul criminalităţii nu se poate explica numai prin factori sociali. În criminalitate, după cum am mai demonstrat, se disting şi factori biologici mai ales datorită defectelor eredităţii. Savantul francez Cezare Lombrozo a exagerat prea mult valoarea eredităţii şi a neglijat complet factorul educativ în criminologie. Din criminal se va naşte criminal, din hoţ – hoţ, spunea el. Organismele superioare au un biochimism enorm de diferenţiat. Genele pot fi atacate, defectate şi atunci au un efect nociv asupra comportării omului. În această privinţă e foarte indicată boala Lesh-Nyhan, care apare în rezultatul unei bruşte creşteri a urinei în sânge. Bolnavii sunt foarte agresivi. Ei se bat, sparg lucrurile. Aceleaşi manifestări au loc şi în cazul îmbolnăvirii de guta (podagră). Se ştie că membrii familiei de Medici sufereau de gută. Mulţi dintre ei erau intrigani. Ecaterina de Medici i-a întrecut pe toţi. Persoanele schizofrecnice, bolnavii de corea posedă multe trăsături neprielnice societăţii. Aceşti oameni n-au voinţă, nu se pot stăpâni, devin mai uşor alcoolici şi narcomani. Desigur, că şi mediul joacă un rol mare la dezvoltarea acestor deprinderi dăunătoare, dar omul însuşi îşi alege mediul, care îi corespunde, în special, naturii sale biologice. Rolul eredităţii în această privinţă se poate vedea uşor la gemeni monovitelini şi bivitelini în exemplele aduse de noi mai sus. Însă, paralel cu aceasta, trebuie de menţionat, că înclinarea spre criminalitate nu este un component inevitabil al psihicului uman. Majoritatea oamenilor respectă legile şi ordinea stabilită în societate. Legile acestea pot fi mai des încălcate din cauza anomaliilor biologice şi în special, genetice. Savantul american P. Dagdel a cercetat generaţia unor familii, care-şi iau începutul de la un criminal, un oarecare Jons. Dintre 709 de descendenţi ai lui, 76 au fost ocnaşi, 128 prostituate, 18 persoane ţineau case de toleranţă, iar peste 200 erau cerşetori. Aşadar, 424 dintre ei au fost criminali şi infractori, şi numai 285 oameni normali. Ce a jucat aici rolul hotărâtor, mediul sau genele? E greu de spus, probabil şi specificul biologic şi mediul social. Dintre jurişti profesorul I. Noi susţine valoarea considerabilă a eredităţii. În cartea sa «Problemele metodologice ale criminologiei» el îşi exprimă părerea, că instinctele criminalului sunt programate şi transmise printr-un cod genetic. După opinia eminentului psiholog L. Bojovici acţiunea mediului este percepută de fiecare om în corespundere cu datele lui naturale. El a confirmat experimental existenţa premiselor înnăscute (genetic condiţionate), care au o mare însemnătate în procesul formării particularităţilor individuale ale psihicului uman. Savanţii discută în privinţa genezei crimelor legate de anomaliile cromozomice. Dacă un bărbat are un cromozom în plus de tipul 47/X¡ sau 47/X¡¡, norma fiind 46/X¡ purtătorii acestor cromozomi supranumerari pot prezenta cazuri de comportări infractoare. În privinţa aceasta se cunoaşte cazul unui oarecare Menson, care era acuzat de multiple omoruri, făcute cu o cruzime extraordinară. Din viaţa sa de 34 de ani, el s-a aflat la închisoare 22 de ani. Se considera, că el avea anomalia ¡-disomie (X¡¡). Desigur, că anomaliile genetice reprezintă o problemă foarte complicată şi importantă. Aflarea de timpuriu a acestor maladii ar putea preveni urmările grave prin tratamentul medical sau prin întreruperea sarcinii. Trebuie să subliniem, însă, că factorii biologici şi cei sociali sunt priviţi ca nişte condiţii, care influenţează formarea personalităţii criminalului, însă nu pot fi socotite cauze ale crimelor. 9.4.5 Temperamentul şi genetica Oamenii se deosebesc între ei şi prin ritmul de trăire emoţională ceea ce constituie în fond temperamentul lor I. Pavlov spunea, că temperamentul este cea mai generală caracteristică a fiecărui om, caracteristica de bază a activităţii nervoase superioare, care determină modul de a activa a fiecărei fiinţe. Psihologia deosebeşte patru temperamente: holeric, sangvinic, flegmatic şi melancolic. Tipici pentru temperamentul holeric au fost Pavlov, Suvorov, Petru I, Maiacovskii etc. Temperament sanguinic a avut paleontologul V. Kovalevskii. Sangvinicul este un om foarte impresionabil, foarte sensibil şi activ. Ritmul vieţii este ca şi la holeric, rapid. Flegmaticul se caracterizează printr-o excitaţie emoţională lentă, emoţiile se produc încet şi se exprimă slab. În schimb ele sunt stabile şi profunde. E inert. Când e vorba să treacă la o acţiune, se hotărăşte mult mai greu decât sangvinicul şi holericul. Chipul flegmaticului îl exprimă foarte bine persoana lui Ch. Darwin. La melancolic emoţiile se produc lent, sânt, însă stabile, foarte profunde şi-l cuprind în întregime. Melancolicii sunt timizi, nehotărâţi, puţin mobili. Către ei a aparţinut şi I. Mecinicov. Savantul M. Vasileţ constată, că labilitatea este determinată de genotip, şi anume, de poligenie. Se presupune, că temperamentul se transmite prin ereditate datorită unor combinări dintre gene dominante şi recisive după următoarea schemă: A, A, A, - holeric A, A, a – sangvinic A, a, a – flegmatic a, a, a - melancolic S-a constatat, că ritmul personal la gemenii monovielini este identic, pe când la gemenii bivitelini şi la fraţii sibşi el diferă cu mult. Reacţia (puterea, labilitatea, echilibrul, mimica, vocea, mersul etc.) sunt similare la gemenii monovitelini, chiar dacă ei au fost despărţiţi deodată după naştere şi crescuţi în diferite condiţii sociale. Se presupune, că tipurile de temperament se combină conform legilor lui Gr. Mendel: 1. Dacă ambii soţi vor fi de acelaşi tip toţi copiii vor moşteni acelaşi temperament; 2. În celelalte cazuri se observă dominanţă ca într-o serie de alele: holeric> sangvinic> flegmatic> melancolic. Datorită moştenirii poligenice sau polialelice tipuri pure de temperament în natură aproape că nu sunt. I. Pavlov, combinând proprietăţile nervoase la animale, a căpătat 24 de tipuri. Cunoaşterea structurii temperamentului, a manifestării şi reglării lui permite o educare şi autoeducare conştientă. Trebuie să se ţină cont de temperament în orientarea profesionistă a tineretului, la crearea unui mediu psihologic favorabil în colectivele de studenţi, muncitori, oamenilor de ştiinţă, cultură, de creaţie. Poziţia, pe care o ocupă omul în societate, îi determină modul de a-şi manifesta emoţiile. Dacă el ocupă un post de răspundere, nu-i este permis să fie dezechilibrat. Demnitatea îl impune să-şi frâneze sentimentele, să hotărască chibzuit. Compatibilitatea temperamentelor în diferite colective de muncă este absolut necesară. Ca să fie realizată trebuie să cunoaştem bine temperamentele şi să le reglăm în modul corespunzător. 9. 4. 6 Psihogenetica Problema educaţiei şi instruirii generaţiei tinere este una dintre cele mai complicate. Savanţii caută să explice comportamentul omului şi, în special, formarea particularităţilor lui individuale, pe baza diferenţelor genetice dintre indivizi. Ea naştere o nouă ramură a psihologiei – psihogenetica, a cărei obiect este stabilirea legăturii dintre psihicul şi geneticul omului, evidenţierea rolului factorului ereditar în viaţa psihică. Numeroase cercetări de psihogenetică serveşte pedagogiei la realizarea proceselor de instruire şi educaţie. Există multe exagerări în ceea ce priveşte înţelegerea pedagogiei ca ştiinţă. Multe discuţii au trezit problema locului şi importanţei factorilor care contribuie la educaţia şi instruirea omului. Biologizatorii susţin, că pedagogia trebuie să se sprijine numai pe factorii ereditari. Educaţia, spun ei, nu poate influenţa genele, pe care le posedă omul. Omul v-a avea anumite calităţi determinate numai în caz că le va moşteni de la strămoşi. Persoanele, care n-au avut parte de o ereditate ilustră, vor fi ori nu vor fi educate, vor ajunge numai la un nivel intelectual mediu. Alt punct de vedere, care domină în pedagogie, este recunoaşterea atotputerniciei factorului social. Reprezentanţii acestei doctrine recunosc, că oamenii se nasc toţi egali ca o «tabula rasa» (tablă curată), pe care educaţia va înscrie ceea ce doreşte. Dacă omul va avea condiţii sociale favorabile, el va deveni perfect. Ambele aceste teorii examinează fiinţa umană prea unilateral, fiecare numai din punctul său de vedere: ori biologic, ori social. Între factorii biologici şi sociali în procesul dezvoltării omului, precum se ştie, se stabileşte o anumită relaţie. Omul trăieşte şi se dezvoltă într-o societate concretă, într-o anumită epocă istorică şi aceasta, fireşte, stimulează dezvoltarea calităţilor lui, de care societatea are nevoie, care sunt cerute de acea epocă. Predispoziţiile pe care le posedă omul trebuie să fie evidenţiate şi cultivate. Pentru a educa omul, trebuie să cunoaştem bine particularităţile lui atât cele biologice, cât şi cele psihologice. Fără cunoaşterea geneticii nu se poate realiza complet principiul «de la fiecare după aptitudini, fiecăruia după cerinţe». Mediul poate sau să perfecţioneze, sau să înrăutăţească calităţile înnăscute în dependenţă de valoarea etică şi culturală a acestui mediu. Un exemplu interesant în această privinţă ne prezintă Ş. Auerbach. După cum cărţile de joc se amestecă înainte de a le distribui jucătorilor, tot aşa şi genele părinţilor se distribuie la copii fiind amestecate. Nu se ştie ce genă anume va obţine copilul, după cum nu se ştie ce cărţi din întregul pachet vor fi repartizate jucătorilor. Rezultatul jocului, succesul în joc însă nu va depinde numai de felul cărţilor, ci şi de felul cum va şti să le folosească jucătorul. Un jucător bun cu cărţi mai slabe poate să ajungă la un succes mai mare, decât un jucător prost cu cărţi bune, dar care nu ştie să le folosească. În faţa pedagogiei şi psihologiei se află problema de a determina cât mai timpuriu aptitudinile, pe care le posedă copilul. Cunoaşterea lor va permite organizarea corectă a educaţiei. Să nu uităm că însăşi viaţa socială are origine biologică. Omul, ca fiinţă biosocială, are două programe de dezvoltare – bilogică, imprimată în ADN şi transmisă ereditar din generaţie în generaţie, şi socială, care nu este înscrisă în genele sale. Pentru a se dezvolta ca personalitate el trebuie să se conducă de ambele programe. Calităţile unei persoane sunt determinate şi de genotipul obţinut ereditar, şi de mediul social, în care are loc dezvoltarea sa. Genotipul influenţează asupra formării şi dezvoltării fenomenelor psihice ale omului, asupra formării individualităţii lui. Mediul trebuie să fie favorabil pentru un anumit genotip. La naştere oamenii nu sunt egali din punct de vedere genetic, de aceea influenţele pedagogice şi psihologice nu pot fi aceleaşi pentru persoane diferite. Fiecare om îşi are genotipul său şi reacţii specifice lui. Educaţia şi instruirea trebuie să corespundă individualităţii fiecărui om, care percepe realitatea în felul său. Ţinând seama de aceste fapte trebuie de căutat metode şi mijloace cât mai potrivite pentru realizarea instruirii şi educaţiei.

X. INGINERIA GENETICĂ

10.1 Structura genomlui

Pe baza exemplelor cu privire la legile de moştenire a caracterelor, analizate în capitolul întâi, unii cititori şi-au format părerea că fiecare organism se caracterizează prin două stări: stare internă, determinată de consti­tuţia ereditară, şi starea externă, ce constă în realizarea posibilităţilor ereditare ale organismului în anumite con­diţii de existenţă. Într-adevăr, aşa este. Suma factorilor ereditari ai organismului a fost numită genotip, iar totalitatea caracterelor - fenotip. În prima jumătate a secolului XX savanţii considerau că genotipul individului îl formează o anumită sumă de predispoziţii ereditare - gene, care se pot combina liber, formând cele mai variate îmbinări, pe când fenotipul, la rândul său, este un mozaic de caractere, care se constituie de fiecare dată în mod diferit. Cercetările şi experimentele efectuate în continuare au demonstrat că aceste reprezentări sunt simpliste, iar în multe cazuri - greşite. Încă Morgan în lucrările sale a arătat că genele ocupă anumite locuri (locusuri) de-a lungul fiecărui cromozom, formând aşa-zisele grupuri ligaturale (blocuri), şi din această cauză ele nu pot să se combine întotdeauna liber, ci, dimpotrivă, de cele mai dese ori se transmit împreună cu cromozomul lor. Legile stabilite de Mendel s-au dovedit a fi limitate tocmai din cauza fenomenului eredităţii ligaturate a multor caractere. Aceste legi sunt valabile numai pentru caractere, ale căror gene sunt localizate în diferite perechi de cromozomi. Afară de aceasta, s-a stabilit că anumite caractere se moştenesc numai pe linie maternă, adică ele nu sunt controlate de factorii nucleici, ci de citoplasma celulelor. Aşa au apărut noţiunile de ereditate nucleară, sau cromozomică, şi de ereditate citoplasmatică, sau extracromozomică. Genele citoplasmatice se localizează în mitocondriile şi plastidele celulelor eucarioţilor, precum şi în plazmidele procarioţilor. Plazmidele sunt nişte molecule mici inelare de ADN, descoperite la bacterii. Aşa dar, datele noi au confirmat ideea că genotinul individului prezintă nu numai suma genelor nucleului, ci şi un sistem integral, format evoluţionar, de interacţiunea dintre toate elementele genetice ale celulei şi ale întregului organism. Acest sistem a fost numit genom. Genomul cuprinde, prin urmare, întreaga informaţie genetică a organismului, care se manifestă treptat şi succesiv în caracterele şi însuşirile concrete biochimice, fiziologice, morfologice, vizibile şi invizibile Ele determină toate manifestările vitale în decursul dezvoltării individuale Unitatea elementară a genomului este gena dar în ultimele decenii noţiunea de genă s-a schimbat esenţial, s-a îmbogăţit cu un conţinut nou, ea a suferit o evoluţie asemănătoare cu cea a atomului din fizica modernă. S-a constatat că structura genelor la procarioţi se deosebeşte într-o anumită măsură de cea a eucarioţilor după împachetare, transcriere şi translare, că grupele de gene, mai alee eucarioţii, au numeroase particularităţi func­ţionale În afară de aceasta, s-a confirmat în ultimul timp că unele gene sunt reprezentate prin succesiuni unicale de nucleotide, altele - prin succesiuni care se repetă multiplu, celelalte formează familii întregi sau sunt dispersate şi sar mereu în genom dintr-un loc în altul. Datorită acestui fapt a luat naştere o nouă reprezentare despre structura genomului organismelor, conform căreia genomul se aseamănă cu un oraş modern ce are pros­pecte unice şi numeroase ansambluri arhitecturale, unice în felul lor, dar care formează totodată o parte componentă a unor ansambluri mai mari, ce împodobesc partea centrală a oraşului, sau unul din microraioanele lui. Şi microraioanele se aseamănă prin ceva, prin ceva se deosebesc, deoarece în fiecare dintre ele se construiesc şi clădiri unice, precum şi grupe de clădiri, construite după proiecte - tip identice. Precum doar arhitectul poate cuprinde întreaga frumuseţe a compoziţiei arhitecturale a oraşului pe care l-a conceput, tot aşa arhitectura genomului nu este accesibilă fiecăruia. Vom profita, însă, de marea dorinţă a cititorilor de a pătrunde esenţa acestei compoziţii şi vom începe o excursie pentru a o cunoaşte. Aşa dar, pentru început, ce este gena? Gena este un fragment al ADN-ului cu o succesiune determinată a nucleotidelor şi în fiecare din acestea este cifrată sau codificată o anumită proteină În celula animalelor superioare şi a omului se află un asemenea volum de ADN, că ar ajunge pentru crearea a 3 milioane de gene. În realitate, însă, la om există şi funcţionează aproximativ 100 de mii de gene Fiecare genă individuală are o structură proprie primară a ADN ului specifică numai ei. Transcrierea genelor se face de pe anumite fragmente ale uneia din catenele ADN-ului. Catena ADN, care conţine codul veridic al unei anumite proteine, se numeşte catenă logică (de codificare). La majoritatea virusurilor, la procarioţi şi eucarioţi ambele catene de ADN conţin fragmente logice, dar la fiecare genă este logică numai una din cele două catene. S-a constatat că la multe virusuri şi bacteriofagi genele se suprapun, la bacterii ele prezintă o structură neîntreruptă, iar la organismele superioare – ele sunt fragmentare, aşezate în formă de mozaică. La început gena sau un grup de gene au un fragment special - promotor, care pune în funcţie gena, iar la sfârşit se află terminatorul, care dă semnalul încetării lucrului. La organismele pluricelulare numărul total al genelor este de aproape 100 de mii şi din ele partea covârşitoare o formează genele unice. Din genele unice fac parte succesiunile de nucleotide, care au structura lor specifică şi sunt prezentate în genom o singură dată. În genomul eucarioţilor în afară de gene unice întâlnim şi gene care se repetă de multe ori. Din ele fac parte genele ARN-ribozomal (ARNr), de transport (ARNt) şi de proteine-histone. Majoritatea organismelor au sute de astfel de gene. Genele ARNr se pot repeta de sute (la insecte) şi mii (la vertebrate) de ori. Deocamdată nu este limpede sensul acestei variaţii de gene. Numărul genelor pentru fiecare ARNt este mult mai mic - de la câteva până la zece şi rareori sute de unităţi. În majoritatea cazurilor ele se adună în grupuri, care se aşează în întregul genom. Genele de histone sunt interesante prin faptul că repetarea lor în genom este foarte variată: la drojdii - găsim câteva, la mamifere şi păsări-zeci, la drozofilă şi triton - sute, iar la axolotl - mii de unităţi, fără ca să existe vre-o legătură între aceşti indici şi poziţia organismului pe scara evolutivă. În genom genele-rude formează deseori familii, care apar ori drept consecinţă a duplicării genelor în cursul evoluţiei, ori, dimpotrivă, drept urmare a trecerii de la genele mult repetabile la un număr al lor mult mai mic. A fost studiată bine din acest punct de vedere familia genelor globine la om. Genele alfa-globine au fost localizate în cromozomul al 16, iar genele beta-globine - în cromozomul 11. Atât genele alfa-globine, cât şi cele beta-globine seamănă mult între ele după succesiunile nucleotidelor şi funcţionează la rând în cursul dezvoltării. Apropierea de rudenie a genelor din genom permite, probabil, să se dirijeze reglarea lor fină şi coordonată. În afară de tipurile de gene enumerate mai sus, în genomul eucarioţilor se întâlnesc şi alte gene: genele ce se restructurează şi pseudogenele, dar examinarea lor depăşeşte limitele temei noastre. Un interes aparte prezintă o altă grupă numeroasă de gene, care a căpătat diferite denumiri (gene mobile, săltăreţe, multiple ş. a. m. d.), pe care le vom examina acum. În anul 1983 savanta americană B. Mac-Clintock la vârsta de 82 de ani a fost distinsă cu Premiul Nobel pentru descoperirea «genelor săltăreţe» la păpuşoi, făcută de ea 40 de ani în urmă. Ea se ocupa cu studierea moştenirii genei care determină culoarea grăunţelor din ştiulete; dacă această genă lipseşte sau, în caz de mutaţie, grăunţele sunt decolorate. În timpul experienţelor ea a observat că în unele cazuri se întâlnesc grăunţe bălţate şi a presupus că există o a doua genă care poate cupla sau decupla gena coloraţiei, fapt ce conduce la apariţia sectoarelor colorate pe fondul grăuntelui lipsit de culoare. Mai târziu s-a constatat că gena a doua există în realitate şi că ea se află alături de gena coloraţiei (fig.20). În prezenţa genei a doua, pe care ea a numit-o «disociator cromozomic», gena coloraţiei nu funcţiona. Când, însă, gena-disociatoare dispărea, gena coloraţiei începea să acţioneze. Dacă aceasta se producea în perioada de dezvoltare a unor grăunţe, ele deveneau bălţate. Pe parcursul următoarelor cercetări Clintock a descoperit că există şi o a treia genă, dislocată mai departe de primele două. Această genă ea a numit-o activator. Ea era necesară pentru a se produce salturile genei-disociatore. Gena-activator avea şi ea capacitatea de a sări, precum şi de a modifica munca genelor vecine cu ea. În prezent concluziile lui Clintock despre existenţa a două tipuri de elemente mobile, pe care le-a făcut ea pe baza studierii moştenirii culorii la păpuşoi, au obţinut confirmare strălucită în utilizarea metodelor ingineriei genetice. Ba mai mult, diferiţi autori au dovedit existenţa celor mai diferite tipuri de gene săltăreţe sau mobile la multe obiecte. În ultimii ani în afară de restructurările cromozomice, cunoscute demult, au fost descoperite deplasări de la un loc la altul în cromozomi ale unor fragmente mici de ADN cu puţinele lor gene. Acest fenomen a fost numit transpoziţie a genelor, lui i se atribuie un mare rol în evoluţia aparatului genetic, pre­cum şi în reglarea acţiunii genelor în cursul ontogenezei. Pe la mijlocul deceniului al optulea colaboratorii ştiinţifici în frunte cu G. Gheorghiev (IBM AŞ URSS) şi D. Hognes (SUA) au constatat că printre genele ce funcţionează activ ale musculiţei drosofila multe n-au un loc stabil şi sunt plasate în fragmente ale tuturor cromozomilor, adică sunt multiple. Cel mai uimitor a fost, însă, faptul că aceeaşi genă la diferite musculiţe se află localizată la cromozomi în mod diferit. La muştele de diferite linii deosebirile erau foarte mari, la rude s-au constatat mai multe coincidenţe, dar, totuşi, la aproximativ o treime din ele genele erau dislocate absolut diferit. A devenit limpede că unele gene n-au dislocare definită în cromozom - la diferiţi indivizi de drosofilă de aceeaşi specie ele pot ocupa diferite poziţii. În genomul drosofilei până în prezent au fost studiate aproximativ 20 de familii de gene mobile câte 100-150 copii în fiecare familie. Numărul total al acestor gene este de aproape 1000, ele formând aproximativ 5% din întregul material genetic. Genele mobile sunt alcătuite de obicei din 5-10 mii de perechi de nucleotide, dintre care repetărilor terminale le revin câte 300-600 perechi. S-a constatat că în repetările acestor gene există toate elementele de conducere: promotorul, terminatorul şi amplificatorul. Deoarece aparatul de conducere este dislocat la ambele poluri ale genelor, el poate pune în funcţiune nu numai elementele mobile, dar şi genele din vecinătate cu el. E firească întrebarea: de ce avem nevoie de elementele genetice mobile? Elementele mobile ale genomului sunt purtători ai informaţiei referitor la fermenţi de care au nevoie chiar ele pentru a se disloca şi a se înmulţi. Majoritatea savanţilor consideră că genele mobile sunt ADN «egoist» sau «paraziţi geneticii», a căror sarcină principală este autoreproducerea. Ele toate prezintă un balast pentru celulă: dacă din genom va fi scos vre-unul din elementele mobile, aceasta nu va influenţa activitatea vitală a celulei. În asemenea caz se iscă întrebarea: cum influenţează dislocările elementelor mobile asupra vieţii celulei? Genele mobile într-un loc al genomului exercită o acţiune puternică asupra genelor vecine. Efectul poate fi diferit: dacă aceste elemente nimeresc în partea codificatoare a genei structurale, se modifică îndată textul înregistrat pe care îl poartă această genă. Şi încă o situaţie tipică: elementul mobil se inserează alături de genă. Ca urmare se modifică intensitatea funcţionării acesteia. În special se poate începe o transcripţie intensă a genei, care a ni-merit sub acţiunea promotorului sau amplificatorului, dislocat la polurile elementului mobil, iar sub acţiunea unor asemenea explozii de variabilitate moleculară se asigură o adaptare mai bună a organismelor la condiţiile schimbătoare ale mediului. Şi cum să nu ne amintim aici proverbul antic: în natură nimic nu este de prisos!

10.2 Direcţiile principale ale ingineriei genetice

Ingineria genetică se numeşte, de obicei, genetică celuară şi moleculară aplicată, care elaborează metode de intervenţie experimentală, ce permit restructurarea conform unui plan trasat în prealabil a genomului organismelor, modificând în el informaţia genetică. Conform opiniei cunoscutului geneticiian S. Gherşenzon, la ingineria genică pot fi referite următoarele operaţii: - sinteza genelor în afara organismelor; - extragerea din celule a unor gene, cromozomi sau nuclee; - restructurarea dirijată a structurilor extrase; - copierea şi multiplicarea genelor sau a structurilor sintetizate şi separate; - transferul şi inserarea unor asemenea gene sau structuri genetice în genomul ce urmează să fie modificat; - îmbinarea experimentală a diferitelor genomuri într-o singură celulă. Aşa dar este vorba de metode de manipulare la nivel molecular, cromozomic sau celular cu scopul de a modifica programul genetic în direcţia dorită. Ingineria genică îşi propune să introducă realizările ei revoluţionare într-o serie de ramuri ale economiei naţionale. Se aşteaptă ca ea să contribuie la asigurarea cu asemenea substanţe biologice active precum sunt aminoacizii, hormonii, vitaminele, antibioticele ş. a. Există mari speranţe de a mări pe această cale diferitele vaccinuri, care sunt utilizate în profilaxia bolilor infecţioase ale oamenilor şi animalelor, de a lichida rezistenţa diferiţilor microbi patogeni la antibiotice ş. a. m. d. Mari perspective se deschid în faţa ingineriei ge­netice în fitotehnie. Se ştie că soiurile mai roditoare de grâu, orez, porumb, sorg şi de celelalte culturi cerealiere, care au marcat epoca «revoluţiei verzi» într-un rând de ţări ale lumii, au nevoie de cantităţi enorme de îngrăşăminte minerale, şi în primul rând de cele azotice, de producerea cărora depinde în mare măsură economia acestor ţări. Totodată noi trăim la fundul unui ocean de aer, care conţine 79 % de azot. Crearea unor soiuri de plante capabile să capteze azotul atmosferic ar face de prisos producerea lui pe cale industrială, fapt ce ar elibera mijloace colosale pentru alte nevoi ale ţării. Un interes la fel de mare îl prezintă şi proiectele de creare a unor specii de alge, care ar avea capacitatea de a absorbi selectiv cationii diferitelor săruri pentru a face potabilă apa marină. A face potabilă apa marină este una dintre problemele cele mai arzătoare, care se află în centrul atenţiei unui comitet special al ONU. Cu fiece an pe planeta noastră se resimte tot mai mult deficitul de apă po­tabilă. Pentru a ne imagina mai bine acest deficit, vom aduce următorul exemplu: în lacul Baical sunt concentrate peste 20% din rezervele de apă potabilă din lume. şi peste 80% din cele ale fostei URSS. Doar noţiunea de «apă potabilă» include toţi gheţarii, toate râurile, apele subterane. Unele din proiectele ingineriei genice enumerate mai sus par a fi rezolvabile chiar astăzi, altele ţin de domeniul fantasticii, dar progresul tehnico-ştiinţific, pre­cum s-a dovedit de nenumărate ori, apropie de realizare chiar cele mai fantastice planuri. Direcţiile ştiinţifice fundamentale, care au fost elaborate relativ nu demult în acest domeniu de cercetători, sunt ingineria celulară, ingineria cromozomică şi ingineria genică. Ele pot fi, pe drept cuvânt, numite căi magistrale ale ingineriei genetice. Ingineria celulară are scopul de a obţine unele plante întregi din protoplaşti izolaţi, sau, precum le numesc savanţii, «plante din eprubetă»; cultivarea celulelor vege­tale într-un mediu nutritiv artificial, pentru obţinerea în mod accelerat a unui volum mare de masă biologică din care se vor extrage ulterior variate substanţe biologice active; cultivarea în comun a protoplaştilor («ce­lulelor goale») pentru a se obţine aşa-zişii hibrizi asexuaţi sau somatici, care îmbină caractere de valoare ale diferitelor specii, genuri şi chiar familii de plante. Ingineria celulară, fiind aplicată la animale, ar permite utilizarea celulelor sexuale şi somatice (corporale), precum şi a zigoţilor (ovulii fecundaţi) şi germenilor precoci ai unor reproducători ce se disting prin indicii lor geneticii, pentru accelerarea procesului de obţinere a unor rase de mare randament. Ingineria cromozomică îşi propune transferarea unor cromozomi de la unele specii de organisme la altele pen­tru a le transmite noi trăsături utile. Aceasta se mai ocupă şi de metodele de obţinere a hibrizilor depărtaţi fecunzi de plante şi chiar de obţinerea unor specii noi prin mărirea în celulele lor a garniturilor de cromozomi. Ingineria genică este calea magistrală, prospectul central al ingineriei genetice, deoarece anume pe această cale au fost obţinute rezultatele cele mai neaşteptate, cu privire la reconstruirea genomilor din celulele microorganismelor, plantelor şi animalelor. Prin metoda ingineriei genice se sintetizează gene noi, se realizează transmutarea şi inserarea lor în genomurile organismelor, se obţine în ele expresia genelor străine. Ingineria genică va face posibilă şi vindecarea oamenilor de numeroase defecte ereditare.

10.3 Separarea şi sinteza artificială a genelor

Pentru a înzestra un organism ne cale artificială cu noi proprietăţi, trebuie să introducem în el o nouă genă sau un grup de gene, ce ar funcţiona acolo, adică ar produce proteine. Gena necesară se obţine «în formă pură» prin câteva metode. Cel mai des ea este separată direct din ADN. Această procedură se realizează cu ajutorul a două opera­ţii de bază, care pot fi denumite simplu «secţionare» şi «suturare». Rolul de instrumente îl joacă nişte proteine speciale - fermenţii, care-s catalizatori biologici ai diferitelor procese şi reacţii, ce se produc cu moleculele în celule. Există un grup de fermenţi, care au o acţiune specifică asupra ADN-ului şi se utilizează pe larg în ingineria genetică. Aceştia sunt: restrictazele, ADN-ligazele, revertazele, transferazele ter­minale ş. a. m. d. Cel mai des sunt utilizate în acest scop restrictazele şi ligazele. Restrictazele funcţionează ca nişte «foarfece» moleculare, iar ligazele, dimpotrivă, unesc într-un tot întreg moleculele tăiate de ADN. Restrictazele, acţionând asupra catenei de ADN, recunosc o anumită succesiune de nucleotide. În fig. 21 este prezentat schematic sectorul molecular ADN cu două catene. Restrictaza, numită Hind II, «recunoaşte» succesiunea compusă din şase nucleotide GTC, GAC, pe care o taie exact la mijloc. Restrictaza cu denumirea convenţională RI «recunoaşte» o altă succesiune a nucleotidelor GAA TTC şi «taie» ADN-ul în acest loc asimetric, «în trepte». La fel de asimetric, dar în altă direcţie ADN-ul este tăiat de restrictaza PstI ş. a. m. d. Toate aceste fragmente tăiate pot fi suturate din nou într-un tot întreg de fermentul ligaza. În prezent cunoaştem peste patru sute de restrictaze şi lista lor se completează mereu. Cu ajutorul fermenţilor polii fragmentelor ADN pot fi lungiţi, din ei pot fi îndepărtate sectoare aparte, ADN-ul poate fi tăiat exact în locul necesar, adică genele pot fi separate, croite şi recroite după voia experimentatorului, ceea ce este foarte important pentru construirea moleculelor de ADN hibride sau recombinante. Deoarece savanţii dispun de un număr limitat de gene pentru obţinerea moleculelor recombinante, ei utilizează în calitate de surse de gene, în primul rînd, ADN-ul total, fragmentat sau tăiat în segmente aparte de fermenţii restricţiei. Această metodă a fost numită metoda fragmentării. Datorită acţiunii restrictazelor ADN-ul se scindează în numeroase fragmente, unele dintre ele conţinând gene. Populaţia acestor molecule de ADN este multiplicată în sistemul bacterial, după care se selectează genele necesare. La selectare este folosit de obicei ca probă-test ARNi radioactiv, sau copia ADNc, care corespunde acestei gene. Această metodă permite separarea atât a genelor ce se repetă, cât şi a genelor unice. Dificultăţile legate de selectarea genelor unice se datoresc concentrării lor mici în ADN-ul total. Astfel, bunăoară, printre fragmentele de ADN total un fragment de genă unică revine la un milion de toate celelalte fragmente. În prezent din ADN-ul total al unei serii de obiecte au fost separate genele structurale. S. Cohen şi D. Hogness împreună cu colaboratorii lor au separat pentru prima oară din ADN-ul ariciului-de-mare şi drosofilii cloni, care conţin gene histonice şi ribozomice. La Institutul de biologie moleculară al AŞ al fosteî URSS (laboratorul lui G. Gheorghiev) în colaborare cu Institutul de energie atomică I. V. Curceatov (V. Gvozdev şi cola­boratorii săi) s-a obţinut prin intermediul acestei metode o serie de gene structurale din ADN-ul drosofilei. Deoa­rece acest obiect a fost bine studiat din punct de vedere genetic, prezintă interes determinarea directă a localizării şi funcţiei posibile în cromozom a genelor se­parate. Savanţii au învăţat nu numai să separe din ADN gene ale diferitelor organisme, dar şi să sintetizeze gene artificiale. Prima genă artificială, care a început să funcţioneze, a fost sintetizată de un grup de colaboratori ai Institutului tehnologic din Massaciusets (SUA) în frunte cu X. Khorana - laureat al Premiului Nobel. Acasta a fost gena ARNt al tirozinei. În anul 1970 la Simpoziumul internaţional de chimie ai compuşilor naturali din oraşul Riga X. Khorana a făcut o comunicare cu privire la sintetizarea părţii structurale a unei alte gene - ARNt al alaninei. Acestei gene îi lipseau, însă, încă câteva părţi componente, şi de aceea n-a putut funcţiona în celule străine. Tot atunci colaboratorii laboratorului lui X. Khorana au reuşit să sinte­tizeze un segment din 85 de perechi de nucleotide, care corespundea succesiunii iniţiale a ARNt-ului tirozinei. Dar şi această genă ca şi cea a ARNt-ului alaninei s-a dovedit biologic inactivă. Mai curând s-a clarificat una din cauzele eşecului - în celulă se sintetizează la început ARNt-ul precursor compus din 126 de nucleotide. După aceasta un ferment special taie o parte din molecula precursoare şi abia atunci se transformă în moleculă lucrătoare. A fost determinată succesiunea acestei precursoare şi sintetizat segmentul respectiv de ADN compus din 126 perechi de nucleotide. Dar nici Această genă nu era activă din punct de vedere bio­logic. Şi aici a devenit limpede că gena artificială nu va putea funcţiona în celulă, dacă nu va fi înzestrată cu sectoare de reglare - cu promotorul care pune în funcţiune sinteza ARNt-ului şi terminatorul care pune capăt sintezei. A fost nevoie de metode speciale pentru a determina succesiunea acestor sectoare de reglare. S-a constatat că promotorul conţine 59 perechi de nucleotide, iar ter­minatorul - 21 de perechi. A fost sintetizată o genă complicată cu promotor şi terminator. Ba chiar mai mult, pentru ca celula să nu recunoască în genă un străin, s-a decis că ea să nu se plimbe la voie, că ea trebuie suturată în ADN-ul celulei. În acest scop la ambele poluri ale genei sintetizate au fost unite capete «lipicoase» cu un singur filament. Tocmai aceste poluri se formează în ADN, când fermentul restrictaza îl taie în bucăţi. Dacă se va acţiona asupra ADN-ului cu restrictaza, iar apoi se va adăuga gena sintetică, capetele ADN-ului şi ale genei se vor lipi unul de altul şi gena se va încorpora în ADN. Rămâne doar de suturat joncţiunile cu fermentul ligaza. Savanţii au procedat tocmai aşa. Şi... iar au eşuat. Bacteria E. coli n-a receptat gena străină. Cercetătorii erau aproape disperaţi. Şi atunci au încercat să sutureze gena nu în ADN-ul colibacilului, ci în ADN-ul unuia din virusurile, care se înmulţesc în această bacterie. De data aceasta savanţii au lucrat bucurându-se de succes: după ce celula colibacilului a fost infectată cu virusul, în gena căruia a fost încorporată gena artificială, bacteria a început a sintetiza ARNt-ul codificat în această genă. Aşa dar, a început a funcţiona prima genă sinte­tică. De atunci familia genelor sintetice artificiale creşte mereu. Îndată ce a fost descoperit fenomenul reverstran-scripţiei, adică procesul de transferare a informaţiei genetice de la ARN la ADN, savanţii au început să vorbească despre posibilitatea unei noi căi, fermentative, de sinteza genei. Pentru această sinteză serveşte ca matriţă ARN-ul, care se elaborează în celulă şi prezintă, precum ştim, o copie complementară a unui fragment anumit al ADN-ului. După ce am separat acest ARNi, putem obţine prin transcriere inversă o moleculă de ADN complementară ei. Probabil că ea va fi o copie fidelă a genei iniţiale. Primele experienţe reuşite de sintetizare fermentativă a genei au fost efectuate în laboratoarele din străinătate în anul 1972. În anul 1973 L. Chiseliov şi L. Frolova, colabora­tori la Institutul de biologie moleculară, precum şi C. Gazarean şi V. Tarantul de la Institutul de energie atomică «Curceatov», dirijaţi de academicianul V. A. Enghelgard, au obţinut partea informatică a genei, globina, utilizând matriţa ARNi-ului globinic din celulele porumbelului. În acest timp în cadrul proectului «revertaza» a activat şi un alt grup de savanţi - V. Cavzan şi A. Rândici de la Institutul de biologie moleculară şi genetică al AŞ Ucrainene, care au reuşit şi ei să sintetizeze gena globină, utilizând drept matriţă ARNi-ul globinic al iepurelui de casă, nu al porumbelului. În anul 1979 s-au soldat cu succes lucrările de sinteti­zare a genelor de bradichinină, datorită eforturilor comune ale savanţilor de la Institutele de genetică generală şi de chimie bioorganică şi de anghiotenzină - de către savanţii Institutului de citologie şi genetică al AŞ a Federaţiei Ruse. În anul 1981 la Institutul de biologie moleculară un grup de colaboratori (S. Deev, N. Barbacari, O. Poleanovschii ş. a.) au sintetizat şi au transferat într-o celulă bacteriană o genă care codifica una din catenele uşoare ale imunoglobulinei. Mai târziu în ţara noastră, cât şi în laboratoarele străine au fost sintetizate multe gene: a somatostatinei, somatotropinei, insulinei, interferonului ş. a. care şi-au găsit aplicare largă în practică.

10.4 Clonarea genelor

Genele separate din alte organisme sau sintetizate artificial pe cale chimică. fiind transferate în celule noi, nu sunt în stare să se reproducă nici să se transmită descendenţei acestor celule. Acest lucru se poate obţine, dacă ele se vor introduce în prealabil în componenţa structurii genetice, care are un aparat propriu de reproducere. În ingineria genetică această structură este cu adevărat figura centrală în toate manipulările ingineriei genice. poartă numele de vector, sau «transportor». Vectorul este o moleculă de ADN capabilă să transfere în celulă o genă străină şi să asigure acolo înmulţirea ei, sintetizarea produsului proteic şi încorporarea în cromozom. De cele mai multe ori în calitate de vector sunt utilizate plazmidele bacteriilor, virusurile bacteriilor (bacteriofagii) şi virusurile animalelor, precum şi cosmidele, care conţin elemente genetice ale plazmidelor şi ale bacteriofagilor. Molecula-vector trebuie să aibă capacitatea de replicare autonomă şi să conţină anumite gene de semnalare (marcatori), bunăoară gene de rezistenţă la antibiotice, ca­re permit descoperirea şi identificarea celulelor modificate. Plazmidele sunt larg răspândite în lumea bacteriilor. Sunt, precum s-a notat mai sus, mici molecule inelare de ADN, care se află în celulele bacteriale. Poate fi o moleculă sau câteva. Plazmida conţine genele necesare pentru reproducerea ADN-ului şi genele rezistente la antibiotice, de exemplu la ampicilină şi tetraciclină, precum vedem în fig. 22. În interiorul acestor gene se află fragmente pe care le recunosc restrictazele. Asemenea fragmente există bineînţeles şi în alte locuri ale plazmidei, dar cele din interiorul genelor de rezistenţă sunt deosebit de importante, deoarece anume acolo se inserează ADN-ul străin. Gena este vătămată şi bacteria care conţine o astfel de moleculă hibridă devine incapabilă să opună rezistenţă acţiunii antibioticicor. Această particularitate permite selectarea pentru înmulţirea continuă numai a bacteriilor care conţin molecula hibridă sau molecula recombinantă de ADN. Aşa dar, moleculele recombinate conţin gene care trebuie înmulţite şi vectorii cu ajutorul cărora se realizează acest proces. Toţi vectorii plazmidici utilizaţi în ingineria genetică sunt creaţi pe cale artificială prin reunirea unor părţi aparte a diferitelor plazmide naturale. Unele plazmide au o particularitate foarte importantă: dacă asupra celulelor în care există acest vector se va acţiona cu antibioticul cloramfenicol, în ele numărul copiilor de plazmidă va spori până la 1-3 mii. Astfel se măreşte doza genei necesare. ceea ce permite a se obţine gena încorporată în plazmidă (sau produsul acestei gene) în mari cantităţi. Dar cum se obţine o moleculă recombinată? Cum se realizează clonarea (inserarea) genei străine în plazmidă? Principalele operaţii ale acestui proces sunt indicate în fig. 23. În acest scop trebuie să avem un ADN al plazmidei - vector (de exemplu P1 şi ADN-ul organismului care ne interesează. ADN-ul plazmidic şi cel străin este tratat cu restrictază (bunăoară Bam1), după care la plazmidă în gena de rezistenţă faţă de tetraciclină se formează o ruptură şi moleculele inelare se transformă în liniare. Apoi ambele preparate scindate ale ADN-lui se amestecă unul cu altul şi sunt tratate cu ligază. Fragmentele de ADN se unesc şi formează plazmida recombinantă sau un ADN hibrid. După aceasta urmează procedura de selectare a acestor molecule hibride: tot amestecul de molecule prelucrate cu ligază se introduce în celulele bacteriale. Apoi aceste celule sunt aşezate într-un mediu nutritiv solid cu antibioticele ampicilină şi tetraciclină. Celulele care conţin plazmida hibridă vor creşte în mediul cu ampicilină, dar nu vor creşte împreună cu ambele antibiotice, deoarece gena rezistenţei din plazmida tetraciclinei a fost defectată de inserţie. Creşterea selectivă permite colectarea celulelor ce conţin molecula hibridă ADN. În continuare ele se înmulţesc şi ADN-ul recombinant, obţinut din ele în cantităţi mari, este utilizat în diferite scopuri. Aşa dar, din momentul introducerii ADN-ului recom­binant în celulă începe clonarea moleculară, adică obţinerea urmaşilor moleculei recombinate, create în mod artificial. În acest scop pentru celulele transformate sunt create condiţii specifice în vederea selectării lor, ţinându-se seama de marcatorii geneticii, care semnalează prezenţa celulelor pentru selecţie. Drept urmare se obţine o tulpină absolut omogenă, din care, în dependenţă de scop, se separă ori gena clonată, ori produsul ei. Acestea sunt în linii generale bazele teoretice ale ingineriei genetice. Ingineria genetică face abia primii paşi, dar de acum astăzi putem vorbi despre perspectivele aplicării realizărilor ei într-o serie de domenii din sfera materială. În etapa actuală cea mai largă aplicare o are ingineria genetică a microorganismelor.

XI. INGINERIA GENETICĂ LA MICROORGANISMELE INDUSTRIALE

11.1 Activitatea enigmatică a microorganismelor vii

La majoritatea oamenilor noţiunea de «microb» sau «bacterie» se asociază înainte de toate cu gravele boli infecţioase, provocate de ei. Puţini însă cunosc activitatea cu adevărat fantastică a acestora, participarea extrem de activă a bacteriilor la procesul de formare a scoarţei pământului, la formarea sedimentară, zăcămintelor de petrol, cărbune, metale şi a celorlalte minerale utile Pe uscat activitatea biologică a bacteriilor a pus temeliile regnului vegetal, inclusiv bazele agriculturii - solul roditor. Savanţii consideră că solul este un laborator microbiologic al naturii. Plantele agricole absorb din sol anual peste 110 mln tone de azot. Odată cu sporirea recoltei creşte şi consumul de azot de către plante. Oamenii îi restituie solului în formă de îngrăşăminte minerale numai jumătate din azotul absorbit de plante, de aceea, dacă n-ar exista microorganizmele care asimilează azotul din aer, lanurile ar fi de mult secătuite Un mare aport în fondul «azotului biologic» îl aduc în primul rând bacteriile care trăiesc în nodozitdţile de pe rădăcinile plantelor leguminoase. Tocmai ele fixează azotul liber şi îl transmit plantelor. Cele mai bune culturi de bacterii radicicole sunt utilizate la prepararea nitraginei - îngrăşământ bacterial care este introdus în sol împreună cu seminţele leguminoaselor pentru a intensifica fixarea azotului din atmosferă. La fabricile industriei microbiologice bacteriile şi drojdiile se utilizează cu succes la fabricarea unui produs nutritiv de valoare - a concentratului de proteină-vitamină. Savanţii se stăruie cu insistenţă să crească prin metodele ingineriei genetice nişte microbi în stare să «mănânce» petrolul şi consideră aceste organisme drept prieteni, nu duşmani, deoarece ele vor ajuta la purificarea suprafeţei mărilor şi oceanelor de petrolul care ar nimeri în ele în cazurile de avariere a petrolierelor. Academicianul A. A. Imşeneţchii consideră, pe bună dreptate, că împărţirea microbilor în microbi dăunători şi microbi utili, în microbi buni şi microbi răi este foarte convenţională şi nu totdeauna justă. Fără activitatea gigantică a acestor sanitari, inaccesibili ochiului nostru, apa şi pământul demult ar fi acoperiţi cu resturi de plante şi cadavre ale animalelor şi peştilor. În lumea microbilor au fost descoperite fenomene noi, cu totul neaşteptate, cu adevărat «minunate» S-a constatat, bunăoară, că bacteriile elimină în mediu ambiant şi asimilează din el unele gene şi chiar blocuri întregi de gene sub formă de fragmente de ADN. Aşa se realizează metoda de schimb de informaţie ereditară între microorganismele necunoscute înainte şi între cele ce aparţin speciilor îndepărtate. Majoritatea covârşitoare a microorganismelor descoperite până în prezent ne sunt prietine, în anumite condiţii ele pot fi utilizate cu eficacitate în interesele omului. Important este să fie utilizate «la maximum» formele de microorganisme producătoare de proteină şi de substanţe cu activitate biologică atât de necesare pentru medicină, agricultură, diferite ramuri ale industriei, precum şi de microorganisme capabile să extragă metale neferoase, nobile şi rare, să distrugă resturile de pesticide, deşeurile materialelor sintetice care poluează mediul ambiant. În anii războiului al doilea mondial frontul şi spatele frontului aveau nevoie de substanţe medicamentoase antimicrobiene de mare eficienţă. Medicii ştiau că încă în anul 1929 microbiologul englez A. Fleming a descoperit că ciuperca de mucegai, penicilium, secretă nişte substanţe nimicitoare pentru bacterii şi care nu sunt dăunătoare pentru celulele omului şi animalelor. În anul 1941 savanţii de la Universitatea din Oxford (SUA) au creat pe baza acestor date primul preparat antibiotic penicilina , despre însuşirile lui tămăduitoare circulau legende. Microbiologii din fosta URSS n-au avut la dispoziţie o tulpină (o cultură) asemănătoare de ciupercă de mucegai care să producă penicilina. S-au început căutări îndelungate şi dificile pentru a găsi un producător propriu 3. Ermoleva şi T. Balezina, colaboratoare la Institutul unional de medicină experimentală, controlau pe rând activitatea biologică a diferitelor probe de ciupercă de mucegai şi numai una dintr-o sută de probe - penicilium crustozum s-a dovedit a fi potrivită. Ea a devenit «producătorul» preparatului de penicilină. În anul 1944 dintr-o altă cupercă-actinomicetă a fost separată streptomicina. Acest antibiotic a devenit pentru mult timp substanţa medicamentoasă fundamentală contra multor boli: tuberculoză, pestă, tularemie, bruceloză ş. a. În multe ţări au fost organizate lucrările în vederea căutării de noi specii de actinomicete, producătoare de antibiotice. Dacă până la descrierea streptomicinei microbiologii cunoşteau 35 de specii de actinomicete, în prezent se cunosc sute de acestea. Astfel pe parcursul studierii resurselor inepuizabile ale microorganismelor sălbatice (naturale), microbiolo­gii asemeni geologilor, care efectuează lucrările de explorare a minereurilor utile, caută şi găsesc mereu noi specii şi tulpini de bacterii, ciuperci, virusuri cu caractere şi însuşiri utile, descoperă capacităţile şi «talentele» lor. Dintre aceste ciuperci fac parte şi nişte organisme monocelulare enigmatice - drojdiile. La multe fabrici de drojdii furajere sunt instalate aparate ce produc 28-30 tone de masă biologică uscată pe zi. O tonă de drojdii conţine aproximativ 500 kg de proteină digerabilă. Prin urmare, în fiecare dintre aceste aparate (fermentiere) se formează într-o zi aproape 15 tone, iar într-un an 4-5 mii tone de proteină digerabilă de înaltă calitate. Este mulg sau puţin? Un fermentier este egal ca productivitate cu aproxi­mativ 4-5 complexe de creştere a porcilor a câte 100 mii de porci fiecare. Aceste cifre demonstrează convingător ce prezintă sinteza microbiană, cât de mare este intensitatea şi productivitatea ei. E de la sine înţeles că drojdiile nu au calităţile cărnii de vită sau ale celei de porc. Din ele nu se pot prepara biftecuri. Dar nutreţurile în care se adaugă droj­dii şi alte substanţe microbiologice - vitamine, fermenţi, aminoacizi - fac minuni. Animalele tinere devin mai sănătoase, mai puternice, cresc şi se dezvoltă mai repede, sporeşte prolificitatea femelelor, se ridică sporul în greutate, iar termenele de îngrăşare se reduc. Proteina ce se conţine în drojdii este doar mai bine echilibrată din punct de vedere al componenţei aminoacizilor (lizină, metionină, triptofan, treanină) indispensabili, decât proteinele cerealierelor. Drojdiile de nutreţ, fiind un concentrat natural de proteină, vitamine şi alte substanţe biologice active, întrec după valoarea lor biologică cu mult boabele de graminee. Se ştie, că dacă la un kilogram de grăunţe de grâu se adaugă numai patru grame de lizină, 1,5 grame de treanină, proteina acestei pâini, conform valorii biologice, aproape nu se va deosebi de cazeină - prote­ina principală a laptelui. Se mai ştie că animalele pot utiliza cu eficacitate numai o parte de proteină din nutreţ care este proporţională cu partea cea mai deficitară a aminoacidului indispensabil. De aceea dacă cel mai valoros component al boabelor furajere - proteina - nu este echilibrată după lizină, organismul animalelor o cheltuieşte nu pentru formarea de carne, lapte, ouă ş. a., ci în calitate de combustibil - pentru necesităţile energetice, lucru ce nu este deloc convenabil. Acelaşi lucru se întâmplă dacă cerealele furajere conţin o cantitate insuficientă de alţi aminoacizi - triptofan şi treonină. Drojdiile întrec mult după calităţile lor nutritive toate celelalte plante superioare. De aceea ele au găsit o utilizare largă în calitate de adaos furajer. Ele «se hrănesc» cu plăcere cu hidrocarburi de petrol, purificând mediul ambiant de aceşti poluanţi. Lista «bunelor servicii» ale lumii fiinţelor invizibile poate fi continuată la infinit. Industria de producere a acestor celule vii are ca scop tocmai transformarea microbilor în producători cu profil larg, mai ales ţinându-se cont de viteza cu care ele fabrică produsele. Vom aduce aici următoarea comparaţie a lui B. Neiman: dacă s-ar iniţia o competiţie - cine va putea da mai multă producţie, de exemplu de cea mai valoroasă proteină, comunitatea celulelor microbiene mici la infinit şi-ar dovedi cu siguranţă superioritatea faţă de un taur. Aducem calculul lui B. Neiman: taurul cu o greutate vie de 300 kg după o zi de îngrăşare intensă sporeşte în greu­tate cu 1,1-1,2 kg, inclusiv cu 20 grame de proteină. 300 kg de celule de drojdii timp de o zi dau un spor de 25-30 mii kg de masă biologică, care conţine II-13 mii kg ^ proteină digerabilă. Aşa dar, drojdiile acumulează proteina de 100 mii de ori mai repede decât organismul unui taur! Iar bacteriile acumulează masa biologică şi proteina încă mai repede de­cât drojdiile. După componenţa lor chimică şi structurală aminoacizii bacteriilor, drojdiilor, plantelor superioare şi animalelor sunt absolut identice. De aceea insuficienţa de lizină, bunăoară din furajul animalelor sau din hrana omului, poate fi compensată cu lizina bacteriilor sau drojdiilor. , Ştiinţa contemporană a pus în faţa industriei de producere a celulelor vii, a microbiologiei industriale, care în strânsă alianţă cu industria biochimică şi ingineria genică formează esenţa noii orientări, numită biotehnologie - sarcini complicate, de mare răspundere. Să examinăm acum în mod separat unele aspecte ale biotehnologiei. 11.2 Ingineria genică în natură: transformaţia, transducţia şi conjugarea la bacterii Pentru a înţelege de ce microbii au ocupat un loc atât de important în ingineria genică, trebuie să ne familiarizăm măcar în mod sumar cu metodele uimitoare ale schimbului de informaţie genetică, ce le oferă natura. Celula bacteriană se înmulţeşte prin diviziune simplă, după care dintr-o celulă se formează două, şi fiecare din ele conţine câte un analog propriu al nucleului - nucleoidul cu ADN. De aceea celula maternă, înainte de a se diviza, trebuie să aibă două genome absolut identice, cu alte cuvinte, două molecule de ADN pentru a transmite una din ele celulei-fiice, iar pe cealaltă pentru a o păstra pentru ea. Înainte de diviziune celula maternă începe să sintetizeze o copie exactă a ADN-ului său. Deoarece procesul înmulţirii se produce fără participarea organismului masculin, celula-fiică poate moşteni numai genele mamei - supersolitare. Ambele celule noi vor avea garnitura de gene absolut iden­tice. Va fi bine dacă aşa va continua din generaţie în generaţie? Din cauza lipsei unor combinaţii ereditare noi selecţia naturală ar fi rămas «şomeră», şi evoluţia n-ar fi avut nici o şansă de reuşită. Pentru a înfrunta aceste piedici, natura a inventat multe metode, uneori uimitor de simple, alteori cu adevărat fantastice. În primul rând, trebuie să ne oprim asupra mutaţiilor, adică a modificărilor în gene, moştenite de celulele-fiice. Despre ele am mai pomenit. Dar probabilitatea muta­ţiilor este foarte mică. Afară de aceasta, majoritatea lor covârşitoare poate provoca apariţia unor caractere şi însuşiri inutile sau dăunătoare, descendenţa purtătoare de aceste mutaţii va fi rebutată pe parcursul selecţiei naturale. Tocmai aici va apare o altă descoperire - recombinarea - un mijloc de schimb de informaţie genetică în lumea fiinţelor invizibile. Ca exemplu al acestui fapt serveşte capacitatea uimi­toare a bacteriilor de a absorbi din mediul ambiant gene străine şi de a degaja gene proprii. Acest fenomen se numeşte transformare. Despre el am menţionat în legătură cu studierea naturii factorului care îl provoacă. Transformarea este larg răspândită printre procarioţi în condiţii naturale. Ea se produce şi în celulele animalelor. Cum se produce ea în cazul transformării schimbului de material genetic? În ciclul de dezvoltare a bacteriilor apare periodic o stare specifică, când peretele celulei devine penetrabil pentru ADN. Celula care se află în această stare se numeşte celulă competentă, ea poate absorbi din mediul ambiant o mare cantitate de ADN străin. În acest scop la început ea secretă o proteină specială, care se fixează de acest ADN, după care ADN-ul străin este absorbit de celulă asemeni unei frânghii, care este trasă de un capăt al ei. Ce se întâmplă cu ADN-ul absorbit? Aproape jumătate din el se scindează, iar partea rămasă este utilizată ca sursă pentru noua informaţie genetică. La început sistemele fermentative ale celulei desfac spirala dublă a ADN-ului, apoi o descheie ca pe un fermoar şi taie în fragmente filamentele de transmisie obţinute. După aceasta pe fiecare fragment care conţine o genă «străină» se construieşte ca pe o matriţă a doua catenă şi sectorul spiralei duble construit astfel se încorporează în ADN-ul propriu al celu­lei (fig. 24). La bacterii, spre deosebire de eucarioţi, schimbul de blocurile gata de ADN este posibil nu numai între organismele de aceeaşi specie, dar şi între cele de diferite specii, genuri şi chiar familii, ceea ce conduce la modificări în salturi a proprietăţilor ereditare. Cercetarea multilaterală a procesului natural de transformare la bacterii a deschis calea spre dirijarea eredităţii microorganismelor, spre ingineria genetică şi biotehnologia modernă. Transformarea determină schimbul direct, nemijlocit de blocuri de ADN între bacterii. Dar, după cum s-a constatat, natura mai are alte metode de transmitere a genelor de la o bacterie la alta. Deseori transportori de gene aparte sau de grupe de gene sunt virusurile bacteriilor - bacteriofagii. Nu fagii agresivi (virulenţi) care, pătrunzând în celulă şi înmulţindu-se rapid, o devorează, o distrug, o dizolvă şi, după ce ies din ea, se năpustesc asupra celorlalte celule. Aceştia sunt fagi paşnici, aşa-zişii fagi moderaţi. După ce au pătrunse în celulă, ADN-ul şi ARN-ul lor se inserează în cromozomul bacteriei-gazde şi se transformă în profag. Fagul inserat în genomul bacteriei (sau care i s-a aliniat) se înmulţeşte împreună cu el, se transmite celulelor-fiice şi se răspândeşte în felul acesta în populaţie. El nu-şi pierde însă «esenţa sa de lup». Dacă aceste celule nimeresc în condiţii nefavorabile, fagul îşi leapădă «blana de oaie» şi distruge celula ce l-a adăpostit. Separându-se de genomul celulei, fagul ia cu dânsul o parte din genele acestuia. Fagul moderat, molipsind o altă celulă şi inserându-se în ADN-ul ei, aduce aici atât genele sale, cât şi pe cele «furate» de la fosta gazdă, modificând ereditatea celulei noi. Acest proces se numeşte transducţie (fig. 25). Cunoscutul geneticiian S. Alihanean a menţionat că genele donorului transdus (adică transportate de fag) joacă rolul de «pasageri», iar fagul - de «birjar». Lipsa la bacterii a înmulţirii sexuale, caracteristice pentru eucarioţi, părea că trebuie să complice recombinarea genelor şi a genomilor, prin urmare şi evoluţia lor. Dar descoperirea la bacterii a factorilor acromozomici - a plazmidelor, a introdus în aceste noţiuni rectificări serioase. Savanţii au constatat că plazmidele sunt independente de ADN-ul celulei şi se pot înmulţi independent, pot produce propriile copii. Plazmidele poartă gene care atribuie bacteriilor unul sau câteva caractere, de exemplu rezistenţă faţă de preparatele medicamentoase, capacitatea de a sintetiza substanţe active biologice ş. a. Plazmida poate, ca şi fagul, să se insereze în cromozomul bacteriei şi să se separe de el. Asemenea fagului ea lasă uneori în cromozom una sau câteva gene proprii şi la plecare duce cu ea gene ale gazdei. În aceste cazuri proprietăţile ereditare atât ale celulei, cât şi ale plazmidei se pot modifica în mod simţitor. S-a stabilit că un tip aparte de plazmide, numite plazmide F (prima literă a cuvântului englez «fertilitate»), reconstituie la bacte­rii un proces asemănător celui sexual. Bacteria purtătoare a plazmidei F obţine însuşiri ale donatorului - ale organismului masculin. Pe suprafaţa acestei celule se formează vilozităţi fine. Când se întâlneşte cu bacteria feminină care nu conţine plazmida F (ea e numită recipient), bacteria masculină «se căsătoreşte» cu ea, se conjugă, unindu-se cu ajutorul vilozităţilor tubulare. Pe această punte prin canalul de vilozităţi acoperit se transmite plaz­mida F şi celelalte plaz­mide din celula donatorului în celula feminină. Dacă plazmida F s-a încorporat în componenţa cromozomului celulei, lucrările se vor desfăşura altfel. Plazmida provoacă ruptura uneia din cele două catene de ADN ale donatorului, după care capătul liber al filamentului cu o singură catenă se transmite prin canalul vilozităţii bacteriei feminine, unde pe acest filament se sintetizează îndată catena lui complimentară. Plazmida F parcă împinge din spate segmentul ADN al donatorului spre celula feminină. Astfel cu ajutorul plazmidei F cromozomul donatorului sau o parte a lui se transmite celulei recipientului. Ultima capătă caractere noi, care nu-i sunt proprii dar care sunt caracteristice pentru donator. Astfel se produce amestecul caracterelor ereditare a două celeule diferite. Nu este oare acesta un adevărat proces sexual? (fig. 26) Plazmida F, după ce a pătruns în celulă, produce curând descendenţa sa. Celula feminină, devenind stăpână a acestei plazmide, ce transformă imediat în donator şi, venind în contact cu alte celule feminine, le transmite factorul F şi celorlalte plazmide, de exemplu plazmida R. Plazmida R (R-prima literă a cuvântului «rezistent») transmite bacteriilor imunitatea pentru antibiotice şi pentru preparate medicamentoase. Răspândirea fulgerătoare a acestor plazmide prezintă un mare pericol, căci chiar cele mai eficiente mijloace de combatere a bolii infecţioase devin inactive. În asemenea cazuri trebuie schimbat de urgenţă medicamentul. Interesant este că în condiţii naturale plazmidele R se întâlnesc mai des la bacteriile patogene, contra cărora medicii duc o luptă permanentă. Prin urmare, utilizarea largă a antibioticelor contribuie la selectarea unor bacterii, ce conţin plazmida R, rezistente la aceste antibiiotice. Bacteriile manifestă caractere de mare valoare în lupta pentru existenţă în condiţii extremale. Oare nu este aceasta o adevărată inginerie genică, care are loc în natură? Toate aceste unelte şi subterfugii fine, elaborate de lumea microbilor pe parcursul luptei crâncene pentru existenţă, trebuie însuşite pentru a-i sili pe muncitorii microlumii să acţioneze spre binele omenirii.

11.3 Ameliorarea microorganismelor

Separarea din natură a unor noi tulpini de microorganisme prezintă doar prima etapă a muncii de selecţionare. Sarcina ulterioară constă în ridicarea gradului de calificare a acestor microbi. Savanţii caută să înţeleagă nu numai tehnologia proceselor de sinteză şi de metabolism din celulele microbiene, dar şi să descopere posibilităţile de ameliorare, de perfecţionare, de modificare a eredităţii cu ajutorul acestei tehnologii. În prezent industria microbiologică utilizează mii de tulpini ale multor sute de specii. Ele au fost izolate de sursele naturale şi ameliorate prin intermediul mutagenezei induse şi selecţiei ulterioare a caracterelor utile. Pentru antrenarea potenţialului genetic al unui număr tot mai mare de microorganisme, la construirea tulpinilor industriale sunt utilizate atât microorganismele «de model», cât şi tulpinile folosite în industria microbiologică. În calitate de model de bază se utilizează cunoscutul bacil coli, mulţumită căruia biologia moleculară modernă a atins nişte culmi nemaivăzute; de el ţin şi primele succese importante în domeniul biotehnologiei şi ingineriei genice. Există tulpini de bacili coli producători de hormoni (somatostatină, somatotropină, insulină ş. a.), de aminoacizi (treonină, prolină, homoserină ş. a.), de diferiţi interferoni ş. a. Printre tulpinile utilizate în industria microbiologică menţionăm în primul rând drojdiile, bacilii, ciupercile inferioare, actinomicetele ş. a. Ele toate produc substanţe variate de mare valoare biologică. Men­ţionăm că în prezent 70% din antibiotice se produc numai cu ajutorul actinomicetelor. Este cea mai mare subramură a industriei microbiologice mondiale, care aduce un venit anual de 8-9 miliarde de dolari. Bacteriile de genul pseudomonas conţin plazmide purtătoare ale genelor degradării biologice a compuşilor organici, inclusiv a acelora care nu se întâlnesc în natură (de exemplu, pesticidele), fapt ce deschide mari perspective în utilizarea lor pentru protecţia mediului ambiant. Selectarea tulpinilor de microorganisme cu înaltă productivitate a obţinut în unele decenii mari succese pe baza realizărilor multor ştiinţe. Geneticiienii şi selecţionatorii, utilizând pentru provocarea mutaţiilor mutagenele chimice şi radiaţiile ionizate, au obţinut noi tul­pini care întrec ca productivitate de 100 şi chiar de mai multe ori formele iniţiale. Dacă penicilina a devenit în prezent accesibilă fiecăruia, aceasta se explică, în primul rând, prin faptul că selecţionatorii au crescut o cultură de microorganisme cu o capacitate de 20-25 mii de unităţi la un mililitru cub de mediu, în loc de 100 de unităţi, obţinute la tulpinile iniţiale. Conform opiniei lui S. Alihanean, aceasta înseamnă că în loc de 200 de fabrici de penicilină este destul să avem doar una singură. Prin metoda conjugării la pseudomonade a fost realizată cu succes transferarea genelor şi construită o tulpină ce are drept sursă de carbon unul din cei doi componenţi ai «substanţei de oranj» - un defoliant toxic pen­tru oameni, folosit pe larg de SUA în războiul din Vietnam. Aducem încă un exemplu despre geneticiienii şi selecţio­natorii care în colaborare cu inginerii genici «domesticesc» microbii şi crează pentru industrie noi tulpini cu caractere proiectate. Este vorba despre crearea de către savanţii Institutului de cercetări ştiinţifice în domeniul geneticiii şi selecţiei microorganismelor industriale (IUCŞ) a unei tul­pini noi de bacterii producătoare de treonină. Treonina, la fel ca şi lizina, este necesară pentru îmbogăţirea nutreţurilor şi produselor alimentare. Aminoacizii lizina, metionina, treonina şi izoleucina, în ordinea în care sunt prezentate aici, sunt sintetizate de bacterii din acid asparagic. Aici se respectă ordinea următoare: ca să oprim sinteza, de exemplu, la etapa de lizină, trebuie să închidem drumul pentru transformările continue ale acidului asparagic în metionină, treonină şi izoleucină. Şi atunci în bacterie începe suprasinteza, adică producerea accelerată a lizinei. Iar dacă este nevoie de reducerea intensă a treoninei, trebuie blocată transformarea ei continuă în izoleucină. Specialiştii IUCŞ în domeniul geneticiii microorganismelor, în frunte cu directorul său V. Debabov, au ales pentru efectuarea cercetărilor lor colibacilul de care ţin multe din succesele obţinute în ingineria genetică. Sectorul ADN al acestei bacterii, responsabil pentru sinteza treoninei (acest sector poartă numele de operon), este compus din trei gene şi din regiunea reglatoare care le dirijează. Acest operon codifică formarea a patru fermenţi care transformă succesiv acidul asparagic în treonină, iar apoi în izoleucină. Cu preţul unor mari eforturi savanţii au reuşit să provoace mutaţii ale genelor operonului, datorită cărora celulele mutante au încetat a sintetiza izoleucina, acumulând astfel mai multă treonină. Dar şi aceste celule sintetizau foarte puţină treonină. Atunci în ele a fost inserat cu ajutorul fagului o genă specială, al cărei produs activiza, la rândul său, munca genelor responsabile pentru sintetizarea treoninei. După efectuarea acestei operaţii celulele colibacilului au început să elaboreze câte 2-3 grame de treonină la un litru de lichid cultural. Începutul promitea multe, cu toate că pentru a fi bună pentru producţia industrială tulpina trebuia să producă cel puţin de 10--15 ori mai mult aminoacid de acest fel. Ce se putea face? Şi aici specialiştii şi-au concentrat atenţia asupra uneia din particularităţile foarte importante ale plazmidelor, care, pătrunzând în bacterie, începe să se reproducă repede şi formează, de obicei, 15-20 de copii. Dacă însă în mediul cultural se introduce şi cloramfenicolul, în celulă se opreşte sintetizarea proteinei şi sporeşte brusc numărul de copii ale plazmidei. Uneori ele ating cifra de 3000. Tocmai acest fapt le-a sugerat savanţilor cum să procedeze în acest caz. Iniţial, cu ajutorul fermenţilor respectivi, ei au tăiat din cromozomul tulpinii de bacterie obţinute înainte un fragment de ADN, care conţinea un operon de tulpină cu toate cele trei gene ale sale şi cu sectorul de reglare. După aceasta, în laboratorul de inginerie genică, operonul a fost inserat într-o plazmidă, iar ea - într-o altă bacterie de aceeaşi tulpină. Plazmida hibridă s-a înmulţit acolo şi a intensificat sinteza treoninei. În 48 de ore de fermentare această nouă tulpină sintetiza aproape 20 grame de treonină la un litru de lichid cultural, iar când au fost ameliorate condiţiile de cultivare a tulpinii, în 30 de ore au început să se acumuleze aproape 30 de grame de treonină. Astfel a fost creată pentru întâia oară în lume o tulpi­nă industrială de microorganisme, care sintetizează treonina, unul din aminoacizii cei mai importanţi pentru creşterea animalelor. Pentru întâia oară în lume această tul­pină a fost obţinută printr-o metodă de construire a ingineriei genice numai în trei ani; separarea unor noi tulpini prin metodele tradiţionale de selectare dura zeci de ani.

11.4 Industria ADN şi biotehnologia

Pe parcursul ultimilor ani ia naştere o nouă ramură, absolut nouă, de producţie materială - biotehnologia, care utilizează procesele şi sistemele biologice pentru a obţine cele mai diverse produse. Oamenii au însuşit unele metode biotehnologice încă din timpurile străvechi. Şi procesele de fermentaţie care permit obţinerea produselor acidolactice, pâinii, oţetului ş. a. fac parte din domeniul biotehnologiei. În ultimele două-trei decenii, datorită schimbărilor radicale ce s-au produs în ştiinţa biologică, s-a ridicat la un nivel calitativ nou şi biotehnologia. Datorită acestor realizări omul poate azi nu numai să folosească microorganismele «gata», dar şi să modifice programul genetic al celulelor lor, să le imprime caractere cu totul noi: tocmai în aceasta din urmă constă sarcina ingineriei genetice moderne. Datorită dezvoltării biologiei moleculare şi ingi­neriei genice, biotehnologia a devenit o metodă universală de obţinere în orice proporţii a celor mai diverse substanţe organice, permiţându-ne să renunţăm la proce­sele tehnologiei chimice care-s voluminoase şi deseori puţin eficace. Savanţii şi-au concentrat atenţia în primul rând asupra problemelor de sinteză a hormonilor, care, alături de vitamine, servesc drept reglori de mare importanţă ai metabolizmului şi ai multor procese fiziologice din organismul omului şi animalelor. Moleculele hormonilor au dimensiuni mici. Structura multor dintre ele a fost studiată detaliat, dar sinteza lor chimică s-a dovedit a fi prea dificilă şi scumpă. Deaceea savanţii au ales în acest scop o altă cale: sintetizarea prin metodă chimică nu a proteinei-hormon, ci a unei gene incomparabil mai simple care codifică sintetizarea hormonului necesar. Dar pentru aceasta gena trebuie inserată în componenţa moleculei recombinante de ADN şi, sub coman­da ei, să se organizeze în bacterie sinteza biologică a unui hormon uman de valoare complectă. Pentru prima dată a fost creată prin metoda aceasta tulpina bacteriilor - producătoare de somatostatină. Acest hormon este produs de lobul anterior al hipofizei şi reglează secreţia unei serii de alţi hormoni, inclusiv a hormonului creşterii, insulinei şi glicogenului. Somatostatina utilizată în practica medicală se obţine din hipofiza vitelor cornute mari. Însă din punct de vedere chimic ea se deosebeşte întrucâtva de hormonul amului şi de aceea nu dă întotdeauna rezultatul dorit. Molecula somatostatinei este compusă din 14 aminoacizi. Un grup de experimentatori de la Universitatea din California (SUA), în frunte cu G. Boyer, au sintetizat o genă în care a fost codificată formarea somato­statinei. Apoi cu ajutorul plazmidei savanţii au inserat această genă într-un colibacil. Într-un timp scurt bacteria a sintetizat un volum mic de lichid cultural ce conţinea o cantitate de hormoni care, de obicei, se extrage din hipo­fiza a sute de mii de tauri. Somatostatina a găsit de acum o largă aplicare la tratamentul bolilor pancreasului (pancreatitelor şi diabetului), precum şi a acromegaliei - creşterea ne proporţională a părţilor proeminente ale corpului. Aceasta a fost o mare victorie a ingineriei genice. Astfel a devenit reală posibilitatea de a se obţine gene artificiale pentru ceilalţi hormoni şi de a deschide perspective ademenitoare pentru producerea celor mai diferite proteine, precum şi a altor produse. Aceste produse pot fi obţinute în cantităţi nelimitate, ele vor fi ieftine şi, ceea ce este şi mai important, acţiunea lor nu se va deosebi de cea a hormonilor omului şi a altor compuşi biologici activi. În lobul anterior al hipofizei omului şi animalelor se sintetizează în afară de somatostatină un întreg buchet de hormoni de natură proteică, printre care cel mai cunoscut este hormonul creşterii sau somatotropina. Dacă organismul în creştere duce lipsa lui, apare nanismul, iar dacă îl conţine în cantităţi prea mari, apare gigantismul. Despre participarea acestui hormon la reglarea creşterii s-a aflat încă la începutul secolului XX. În anul 1921 cu ajutorul extractului hipofizei au fost crescuţi nişte şobolani giganţi. Hormonul creşterii se conţine în hipofizele animalelor cornute mari şi s-ar putea extrage în cantităţi necesare. Dar s-a constatat că somatotropina este un hormon specific pentru fiecare specie: în organismul uman somato­tropina animalelor cornute mari nu este activă. Omul are nevoie de somatotropina omului. Numai organismul şobolanilor reacţionează la somatotropina «străină» ca la cea «proprie». Un grup de savanţi sub conducerea academicianului A. A. Baev, bazându-se pe experienţa obţinerii somatotropinei prin metodele ingineriei genice, s-a apucat de sintetizarea somatotropinei pe cale microbiologică. Ei ştiau că pentru a sili colibacilul să producă somatotro­pina în ADN-ul lui trebuie inserată o genă care va dirija sintetizarea acestei proteine în hipofiza omului. În principiu aceasta se poate realiza, deoarece codurile genetice ale omului şi bacteriei sunt similare; aparatul biosinte­tic al celulei bacteriene, înşelat de această asemănare exterioară, va produce proteina de care n-are nevoie, la fel precum păsările înşelate clocesc pui de cuc. Scopul era următorul: din celulele hipofizei trebuia obţinută o genă, care ar fi dirijat sinteza somatotropinei. Celula care sintetizează activ proteina urma să conţină numaidecât o cantitate sporită de ARNi, o copie a genei pregătită parcă de însăşi celula care codifică succesiunea aminoacidă. Acest proces biosintetic furtunos se produce în celulele tumorale ale hipofizei; o părticică de ţesut tumoral cu o greutate de mai puţin de un gram a servit drept material iniţial pentru obţinerea genei de somatotropină. În urma unor numeroase şi foarte fine operaţii de separare a genei din părticica de hipofiză a rămas o cantitate infimă de ARNi. A dispune de soluţia pură de ARNi, înseamnă a avea o copie a genei, iar gena mai trebuia pregătită în corespundere cu copia. În acest scop s-a folosit un fer­ment special numit revertază (trancriptază inversă), care ia automat o copie a ARNi. ADN-ul obţinut este compus din catene unice, în timp ce în genă fiecare catenă de ADN trebuie să fie unită cu catena ei complimentară. Operaţia de sintetizare a acestei catene complimentare o efectuează automat cunoscutul fer­ment ADN - polimeraza 1. Astfel preparatul care conţine gena de somatotropină nimereşte în eprubetă. Sarcina următoare, care se afla în faţa experimentatorilor, consta în înmulţirea acestei gene până la obţi­nerea unei cantităţi suficiente pentru munca continuă. În acest scop era nevoie, în afară de fermenţi, de încă un instrument universal obţinut prin distrugerea învelişului celulelor colibacilului ce conţine plazmide libere. După tratarea plazmidelor cu fermentul restrictaza care scindează molecula de ADN în sectoare strict determinate, inelele plazmidei se desfac, transformându-se în catene liniare. Restrictaza are capacitatea de a face ca la polii moleculei rupte de ADN să apară sectoare «lipicioase», formate din două catene complimentare deschise, însă dacă şi gena separată va fi înzestrată cu asemenea poli «lipicioşi», plazmida, închizând inelul ei, va prinde cu ajutorul lor şi garnitura suplimentară - gena somatotropinei. Anexarea polilor «lipicioşi» de gena separată este una dintre cele mai fine operaţii ale ingineriei genice. La început pe cale pur chimică se sintetizează un mic frag­ment de ADN, care reproduce cu exactitate succesivitatea nucleotidelor capabile să fie scindate de restrictază, apoi cu ajutorul fermentului ligaza acest fragment de ADN este suturat de ambii poli ai genei. Urmează tratarea produsului cu restrictază şi gena cu polii «lipicioşi» este gata. Dacă această genă este amestecată cu plazmidele fragmentate şi acest amestec este tratat cu ligază, toate rupturile se vor uni şi în epruveta noastră vom obţine nu o simplă genă, ci o genă inserată într-o plazmidă. Plazmida singură nu este bună pentru nimic. Dar dacă va nimeri din nou într-o bacterie, ea va înmulţi şi gena inserată în ea. Aşa că gena de somatotropină se poate obţi­ne în orice cantităţi necesare. Ce urma să se mai întâmple? Doar gena pe care am obţinut-o deocamdată «tace»: cu toate că se înmulţeşte împreună cu bacteriile, ea nu funcţionează, nu dă comanda de sintetizare a proteinei pe care o codifică. Căci pentru a începe «să vorbească», gena trebuie înzestrată cu elemente de semnalare, care induc transcrierea (sinteza ARNi) şi trans­larea (sinteza proteinei în ribosome). În acest scop din plazmidele colibacilului a fost separat fragmentul ADN - promotor, care semnalează necesitatea de a începe citirea informaţiei şi de a se sutura cu gena somatotroninei. Această genă capabilă de muncă a fost din nou inserată în plazmide, iar plazmidele - încorporate în bacterii, înzestrându-le cu capacitatea de a sintetiza hormonul creşterii. Această parte finala a fost numită expresia genei. Astfel colibacilul reconstruit a devenit un producător extrem de activ de somatotropină a omului. Dintr-un litru de cultură de bacterii astăzi se separă atâţia hormoni ai creşterii, cât s-ar fi putut obţine din cincizeci de hipofize. În schema descrisă au fost omise multe operaţii esenţiale. Am încercat doar să reprezentăm aici într-o forma cât mai simplă munca enormă şi extrem de fină, în care a fost antrenat un colectiv de savanţi pentru a separa genele, a le modifica, amplifica (înmulţi) şi a le schimba expresia în celule străine cu scopul de a obţine anumite preparate medicamentoase. Ne-am oprit intenţionat mai detaliat asupra descrierii operaţiilor principale de creare a somatotropinei prin metodele ingineriei genice pentru a evita mai apoi repetările, deoarece aceste operaţii sunt comune şi la sintetizarea altor compuşi activi d. p. d. v. biologic. În realitate operaţiile ingineriei genice se reduc la crearea dintr-o garnitură de fragmente de ADN inactive a unei noi structuri genetice - a unei molecule recombinate de ADN activă d. p. d. v. fiziologic şi care se includea în activitatea vitală a celulei. Din aceste considerente în deceniul al optulea în ţările dezvoltate au apărut firme speciale, care au elaborat procese industriale bazate pe tehnologia ADN-ilor recombinanţi. Această nouă ramură a industriei biologice a fost numită industria ADN-ului ., La început marile centre ştiinţifice şi-au limitat activitatea la ingineria genetică a microorganismelor, mai târziu au început a se ocupa paralel cu ingineria genetică a plantelor, animalelor, precum şi cu obţinerea de anticorpi monoclonali. Ingineria genică şi ingineria celulară, care se dezvoltă paralel cu ea, au lărgit posibilităţile biotehnologiei şi industriei bazate pe procesele biologice. A de­venit posibilă folosirea celulelor microbiene, vegetale şi animale, precum şi a moleculelor şi genelor sintetice. Despre acestea se va vorbi în capitolele următoare.

XII. INGINERIA GENETICĂ LA PLANTE

12.1 Clonarea plantelor

Dacă vom înfige în pământul umed o crenguţă de salcie sau de plop, ea va da rădăcini, va creşte şi se va transforma într-un copac falnic. Dintr-un «ochi» de tubercul de cartof se poate obţine o tufă de cartofi. Poate oare o singură celulă pune începutul unei plante? Încă nu demult această întrebare ţinea de domeniul fantasticii. Biologii, însă, au răspuns afirmativ la ea, iar experimentatorii au învăţat să crească în medii nutritive celule aparte, care devin organisme monocelulare: trăiesc, se divizează, sporindu-şi descendenţa, dar rămân celule aparte. Părea că experienţele au menirea să satisfacă un interes teoretic. Savanţii căutau, bunăoară, să clarifice: ce deosebire există între celulele ce formează ţesuturile plantei întregi şi celulele separate, care trăiesc «liber»? O mare importanţă în acest sens a avut-o descoperirea că celulele ce trăiesc liber se transformă în anumite con­diţii într-o plantă întreagă. Această descoperire a trasat căi noi pentru cunoaşterea legităţilor de dezvoltare a organismului pluricelular. Chiar la prima etapă a cercetărilor au fost proiectate perspectivele aplicării în practică a acestor proprietăţi ale celulelor. Celula izolată şi cultivată în eprubetă cu mediul nutritiv artificial, după o serie de diviziuni, este capabilă să pună începutul tuturor organelor vegetative şi generatoare ale plantei. A devenit clar că orice celulă specializată conţine întreaga garnitură de gene, care codifică dezvoltarea ei în orice direcţie şi, în cele din urmă, transformarea ei în plantă. O asemenea celulă, cu toate că a apărut în urma diviziunii celulelor somatice (asexuate), seamănă ca funcţie cu ovulul fecundat sau zigotul. Despre aceste celule se spune că sunt totipotente, adică au capacitatea potenţială de a se dezvolta în orice direcţie. Fenomenul transformării celulei într-o plantă întreagă a fost numit embriogeneză somatică în cultura ţesutului. Ea poate fi observată bine în epruveta cu cultura ţesutului de morcov. Aici, în masa de celule omogene, apare treptat o celulă ce începe să se transforme într-o celulă zigotiformă tipică cu un nucleu mărit. În continuare diviziunea ia contururile germenelui din ovarul florii. Dar aici n-avem încă nici floare, nici plantă, iar germenele înconjurat de celulele callus nu se află în sol, ci în eprubetă. Ea trece toate fazele principale ale dezvoltării sale: se pun bazele viitoarei rădăcini necesare pentru creşterea tulpinii, mugurelui şi totodată a primelor frunze, cu cotiledoane. În această etapă germenele poate fi separat din ţesutul callus şi aşezat. într-un mediu fără hormoni, deoarece acest mic organism vegetal poate să-i sintetizeze singur. El începe repede să formeze sistemul radicular, apoi frunzele sectate tipice pentru morcov. Dacă această plantă minusculară o vom sădi în sol, ea va pune începutul unei plante normale, ce formează o rădăcină şi o rozetă de frunze. Mai târziu va apare, ca la orice plantă bienală, o tulpină floriferă şi va înflori. Bineînţeles, posibilitatea de a creşte o plantă întreagă dintr-o celulă ne fecundată este o mare realizare ştiinţifică. Acest fenomen este utilizat cu succes la crearea unor soiuri noi, la înmulţirea unui exemplar interesant, de exemplu în floricultură. Aici avem posibilitatea să nu aşteptăm până când vor apare şi vor creşte seminţele, ci să obţinem materialul celular necesar şi să creştem din el într-un termen scurt un număr mare de flori noi, identice cu exemplarul primar. Această metodă poartă numele de clonarea plantelor. Ea este folosită pe larg la creşterea plantelor care nu conţin virusuri. Există sute de specii de virusuri vegetale. Ele nu sunt periculoase pentru om, dar aduc daune mari, pentru că reduc productivitatea culturilor agricole. Virusurile atacă mai alee plantele care se înmulţesc prin tuberculi, butaşi şi bulbi. Numai cartoful este afectat de aproape 20 de virusuri. Din cauza lor pierderile ajung până la 20—30% din recoltă. În fiecare an se pierd milioane tone de producţie. Obţinerea cartofului avirotic sporeşte recolta lui cu 80 de procente. A fost elaborată o serie de metode de cultivare a cul­turilor celulare vegetale şi de creştere a unor plante în­tregi din celulele mugurilor terminali sau ale vârfurilor rădăcinilor — ale părţilor lipsite de virusuri. În felul acesta se face asanarea contra virusurilor materialului săditor al cartofului, viţei-de-vie, căpşunei, zmeurii, florilor ş. a. Experienţele au demonstrat că de la vârful unui lăstar se pot obţine repede zeci de mii de germeni. Dintr-o singură celulă a vârfului de lăstar al viţei-de-vie, bunzoară, peste trei-patru săptămâni se obţin cinci germeni care se apucă şi ei «de lucru» şi dau noi germeni. De acum din primul model de plantă nouă se obţin în felul acesta mii de exemplare. Astfel cu ajutorul epruvetei, fără folosirea câmpului şi a pepinierei, se pun bazele substituirii rapide a soiurilor perimate. La fel de actuală este trecerea la plante avirotice în pomicultură. Intensificarea acestei ramuri este determinată în mare măsură de sădirea pe plantaţiile industriale a unui material săditor asanat. Căci ce prezintă pueţii avirotici? Ei nu se tem de îngălbenirea şi rugozitatea frunzelor, de pete şi de adâncituri, formate prin lovire, pe fructe, de îmbătrânire rapidă ş. a. Recolta în livada avirotică este cu aproape o treime mai mare decât cea medie. La «Codru», asociaţie ştiinţifică de producţie din RM, s-a însuşit deprinderea de a obţine acest material săditor pentru livezile şi plantaţiile de arbuşti fructiferi: în una dintre gospodăriile asociaţiei — a fost dat în exploatare un mare complex de pepinieră pomicolă. În Moldova au fost sădite plantaţii mari de fragi, baza cărora a fost pusă în eprubetă. Este o privelişte încântătoare să vezi cum din părticica minusculă a mugurelui terminal se naşte treptat o tufă de frag, micşorată de sute de ori. Acest proces, precum ne spune colaboratorul ştiinţific N. Abramenco, seamănă cu un film cu de-sene animate: la început punctul de jumătate de milimetru se transformă într-un ghemuşor de culoare deschisă, apoi se formează frunzuliţe verzi-deschise pe nişte radicele foarte scurte. După acesta spaţiul epruvetei este cucerit de un buchet de muguri, strâns uniţi între ei, şi, în sfârşit, apare o miniatură exactă a cunoscutei rozete de frunze de frag. Este un material semincer de mare valoare. Doar virusurile, de regulă, atacă toate celulele vii ale plantei, dar nu dovedesc să acapareze ţesutul tânăr care se divizează activ în punctul de creştere al lăstarului. Planta care regenerează din el este absolut sănătoasă. Recolta de la aceste plan­taţii de frag sporeşte de două-trei ori. Tot prin această metodă poate fi mărită mult roada de zmeur, agriş, de culturi sâmburoase şi seminţoase. Prin clonare se poate obţine nu numai material săditor avirotic. Prin această metodă în principiu se pot transmite întregului clon multe alte caractere utile, bunăoară productivitate înaltă a unor exemplare aparte ale plantei. Aşa, în Nigeria, la Institutul de cercetări ştiinţifice în domeniul cauciucului, au fost separaţi cloni de heveia, care dau 1600—3600 kg de cauciuc la hectar comparativ cu 300 kg cât se obţinea de obicei. J. Şepard, geneticiian american, a obţinut din celule vegetale separate ale frunzelor de cartof cloni rezistenţi la una dintre cele mai periculoase boli ale cartofului — mana cartofului. Împreună cu unul din colegii săi, Şepard a crescut cloni ai cartofului rezistent contra fitoftorei timpurii. În prezent ei încarcă «să creeze» un clon de cartof rezistent la ambele boli. Înmulţirea pe cale vegetativă a plantelor începe să atragă tot mai mult atenţia selecţionatorilor, care, prin intermediul ingineriei celulare, obţin soiuri noi de plante agricole. În primul rând sunt aplicate mai pe larg metodele de obţinere şi utilizare a plantelor cu o garnitura unică (haploidă) de cromozomi, care accelerează şi uşurează crearea liniilor hibride nescindabile. Plantele haploide sunt urmaşii nu a doi părinţi, ca de obicei, ci a unui singur părinte. Ele se obţin de cele mai multe ori din polen — din celula sexuală masculină. Asupra ei se acţionează cu stimulatori speciali şi ea este silită să se dezvolte, de parcă ar fi o celulă embrionară normală, apărută în urma contopirii' celulei masculine cu cea feminină. De obicei, copiii moştenesc însuşirile lor de la tatăl şi mama, de fiecare dată în proporţii diferite. Haploizii fixează trainic însuşirile valoroase ale plantei genitoare. Faptul acesta reduce mult termenele de creare a soiurilor noi. În prezent din celulele de polen s-a reuşit să se crească peste 50 specii de plante haploide, printre care: grâul, secara, orzul, cartoful, tutunul ş. a. Schema generală de obţinere a haploizilor este prezentată în fig. 27. Metoda de obţinere a plantelor haploide din celulele gametofitului (polenului) masculin a fost numită androgeneză. Cu ajutorul cultivării anterelor sau a polenului în medii nutritive speciale, la început se formează aşa-zişii embrioizi, iar apoi plantele haploide. Uneori în cultura anterelor nu se formează embrioizi, ci un ţesut nediferenţiat, numit calus, şi, numai după aceasta, într-un mediu nutritiv specific pentru diferenţiere, din celulele calusului apar plante întregi. Obţinerea plantelor din celule haploide aparte prezintă una dintre cele mai mari realizări ale ingineriei genice. Ea prezintă o importanţă colosală atât teoretică, cât şi practică. Astfel plantele haploide, care conţin numai o singură garnitură de cromozomi, manifestă în fenotip activitatea tuturor genelor: atât a celor dominante, cât şi a celor recisive. Dacă anterele sau polenul din care urmează să fie obţinute plantele haploide sunt expuse radiaţiei sau tratate cu mutageni chimici, toate mutaţiile induse în ei se vor manifesta în prima generaţie a plantei. Aceasta are o mare importanţă, deoarece majoritatea mutaţiilor, de regulă, sunt recisive şi la plantele diploide se află în stare latentă. Iar la plantele haploide toate mutaţiile utile pot fi separate imediat, iar apoi, într-un timp incomparabil mai scurt, prin diploidizarea acestor plante mutante, se pot obţine noi soiuri de plante culturale cu caractere economice utile. Obţinerea haploizilor prin metoda androgenezei şi utilizarea lor la selecţia plantelor are o mare importanţă. În primul rând, pe această cale se reduce de la 7— 10 până la 1—2 ani timpul necesar pentru obţinerea liniilor homozigote. În rândul al doilea, numărul plantelor experimentale care trebuie studiate, de regulă, se reduce mult la acest proces. Prin urmare, volumul total de muncă se reduce brusc şi şansele selecţiei accelerate, mai exact, a exemplarelor de valoare, sporesc. Aceasta este principalul în munca migăloasă a selecţionatorului. În ultimul timp se dezvoltă intens o nouă direcţie în genetica plantelor — selecţia gametică şi celulară. La Academia de ştiinţe a RM a fost creat un centru interdepartamental de selecţie gametică şi celulară, care va realiza toate cercetările. la nivelul celulei şi selecţia prealabilă a celor mai reuşite forme recombinate de plan­te pentru selecţia continuă. În faţa colectivului de savanţi se pune o sarcină dublă: a lărgi spectrul variabilităţii ereditare a plantelor, apoi a selecta din sursele de gene pe cele mai de perspectivă. Prima jumătate a acestei sarcini savanţii moldoveni o realizează pe baza cercetărilor în domeniul recombinogenezei — transmutării genelor în perioada formării polenului. Ei reuşesc să obţină cu ajutorul unor inductori geneticii speciali o mult mai mare variabilitate decât chiar după efectuarea unor acţiuni externe puternice: de radiaţie, chimice, calorice ş. a. Bogata varietate de genotipuri mai trebuie însă şi menţinută. Acesta este un lucru foarte anevoios. Mecanismele naturii funcţionează astfel, încât masa principală de polen cu combinări atipice de gene să nu producă descendenţă. S-a constatat că acestui polen i se poate ajuta aplicând substanţe biologic active. La selectarea acestor surse de gene, s-a ţinut cont de o observaţie foarte importantă, făcută de geneticiieni. Dacă în perioada polenizării este secetă, grăuncioarele de polen, purtătoare a genei rezistenţei faţă de ea, au mai multe şanse de a produce descendenţă. Dacă este foarte frig, se transmit genele rezistente la frig. Astfel se întâmplă aproape cu toţi factorii ne favorabili ai mediului ambiant. Savanţii realizează selec­ţia artificială în camere climaterice speciale, reproducând diferite condiţii naturale extremale. În felul acesta au fost crescute formele de tomate rezistente la salinizarea solului. La selecţia celulară acţionează acelaşi principiu: la început se induce variabilitatea, apoi se selectează cele mai reuşite combinări de gene. Dar aceasta se face de acum cu celulele obişnuite, care fac parte din anumite ţesuturi ale plantelor — frunza, tulpina, rădăcina. În prealabil cu ajutorul unor soluţii chimice speci­ale ei sunt aduşi în stare «de suspensie», adică celulele încep să trăiască separat unele de altele. Apoi din celule aparte se formează plante întregi cu caractere ereditare programate în prealabil. Astfel savanţii moldoveni au obţinut tomate rezistente la variaţii considerabile de temperatură.

12.2 Industria celulelor vegetale

De multe ori celulele care au fost crescute un timp îndelungat în afara organismului plantelor îşi menţin capacitatea de a sintetiza substanţele active (alcaloizii, hormonii, fitoncizii, uleiul eteric ş. a.), pe care ele le produc în plantă. Înseamnă că pentru a obţine aceste produse de valoare celulele vegetale pot fi cultivate în aparate speciale. Astfel, în industria microbiologică ciupercile microscopice şi bacteriile produc vitamine şi antibiotice. Aceasta este deosebit de important în cazurile când ma­teria primă vegetală necesară este puţin accesibilă (plantele tropicale, speciile rare sau pe cale de dispariţie) sau se cultivă greu. Cultivarea celulelor trebuie să se folosească în industrie la fel de larg ca şi microorganismele. Celulele vegetale însă nu sunt bacterii. Mult timp experienţele de cultivare a lor în medii artificiale eşuau. S-a constatat că celulele plantei, care au determinat deja apartenenţa lor la diferitele ei părţi, pierd capacitatea de a se diviza. Tocmai din această cauză toate experienţele de creştere a unor celule aparte n-au dat nici un rezultat. Atunci savanţii au înţeles că experienţele cu ţesuturi specializate sunt inutile. Şi au hotărât să facă experimente cu celulele ce formează împreunări de ţesuturi în locurile unde planta a fost vătămată. S-a constatat că aceste ţesuturi sunt extrem de nepretenţioase şi pot fi crescute cu uşurinţă în condiţii artificiale. În continuare s-a constatat că în mediul nutritiv poate fi pus un fragment de ţesut şi peste câteva zile în locul tăieturii (rănii) va apare o suprapunere amorfă de ţesut, a cărei celule se vor dezvolta apoi în retorte sau epruvete, ca o masă ne organizată ce creşte repede. În cursul acestui proces se produce aşa-zisa dediferenţiere a celulelor, revenirea lor la starea iniţială, nespecializată, după care este uşor să le comutăm pentru efectuarea altor funcţii. Un fragment din acest ţesut poate fi separat oricând şi mutat într-un mediu nutritiv proaspăt. Astfel viaţa plantei va continua la infinit. În multe laboratoare din lume există culturi de celule, care trăiesc mai bine de 30 de ani. Conform modului de nutriţie, această cultură de celule nu seamănă, însă, cu o plantă întreagă, care poate să se asigure singură cu substanţe organice, formându-le în procesul fotosintezei. Atunci când pentru ele se creează medii nutritive speciale, trebuie să se ţină cont nu numai de componenţii pe care planta îi absoarbe cu rădăcinile din sol, dar şi de componenţii sintetizaţi de frunze, adică de glucide. Celulele sunt capabile să veţuiască şi să se divizeze numai dacă mediul nutritiv conţine toate mineralele, glucidele şi substanţele stimulatoare (vitaminele şi hormonii) necesare. În prezent a fost acumulată o experienţă bogată de creştere a ţesuturilor diferitelor plante: tutunului, bradului, tomatelor, lămîiului, genşenului ş. a. m. d. Obţinerea produselor de valoare de origine vegetală din biomasa celulelor cultivate se bazează pe capacitatea acestor celule de a sintetiza aceleaşi substanţe secundare, pentru care sunt cultivate aceste plante sau culese în natură. Prezintă interes în primul rând substanţele folosite în industria alimentară, medicală şi parfumerie. Activitatea fiziologică a acestor culturi este foarte înaltă şi permite elaborarea de tehnologii rentabile. În prezent este rentabilă cultivarea, bunăoară, a celulelor de genşen, care conţin panaxozizii proprii vestitei «rădăcini a vieţii». Au fost create întreprinderi la care în vase speciale sunt cultivate celule de plante, ale căror rezerve în lume sunt limitate sau se epuizează. Din ele fac parte în primul rând rauvolfiea, dioscoreia, genşenul, eleuterococul ş. a. Rauvolfia este singura sursă a preparatului medicamentos de valoare rezerpina; dioscoreia sintetizează compuşii steroizi necesari pentru producerea cortizonei şi a celorlalte preparate hormonale. Planta rauvolfia, mai alee rădă­cinile ei, conţin o mare cantitate de diferiţi alcaloizi din care cea mai mare răspândire o au rezerpina şi aimalina, necesare pentru tratamentul bolii hipertonice — ele scad tensiunea arterială. Rauvolfia este o plantă tropicală. Din cultura celulelor ei, însă, aceşti alcaloizi se obţin la noi în ţară. Este in­teresant că celulele cultivate conţin mai bine de două ori mai multă aimolină decât celulele plantelor întregi, şi această substanţă poate fi obţinută pe parcursul întregului an. Căci pentru creşterea celulelor «în eprubetă» nu e nevoie de un sol potrivit, nici de o climă favorabilă. Ştim toţi care e valoarea genşenului. Rădăcinile lui conţin multe substanţe tămăduitoare. Esenţele de genşen sunt folosite în cazurile de scădere a tensiunii arteriale, de oboseală, de surmenare, la tratamentul unor boli nervoase. Preparatele din rădăcină sunt folosite larg şi în parfu­merie. La fel de bine se ştie, însă, că genşenul sălbatic creşte foarte încet — într-un an sporeşte cu 1 gram. În eprubetă celulele lui formează repede o masă biolojică mare: în 21 de zile — aproape 100 de grame la un litru de mediu nutritiv. Aceste celule sintetizează aceeaşi panaxozizi ca şi planta. În laboratoarele fabricilor din in­dustria microbiologică s-a început deja producerea artificială a genşenului. Şi primele «livrări industriale» îi bucură pe savanţi. Academicianul C. A. Ovcinicov indică că, datorită eforturilor enorme depuse de «vânătorii de genşen», industria medicală produce anual 250—300 kg de extract al rădăcinii-minune, pe când întreprinderile specializate de acum în primul an de producţie industrială au fabricat aproape 5 tone de acest extract. Experimentele biologice arată că nu există nici o deosebire între efectele obţinute de la preparatele din rădăcina genşenului şi cele obţinute din masa lui celulară. La ordinea zilei se află metodele de cultivare în condi­ţii industriale a biomasei celulare de eleuterococ, care după complexul de substanţe cu activitate biologică se deosebeşte prea puţin de genşen. Pe baza extractului de eleuterococ a fost creată băutura «Bodrosti». Esenţa lui se vinde la farmacii ca tonifiant adaptogen şi stimulator al muncii intelectuale. O altă cale de dezvoltare a biotehnologiei celulare este crearea prin metode genetice a liniilor celulare sau a clonilor supraproducători de substanţe valoroase. Se pune sarcina de a obţine mutanţi biochimici supraproductivi la nivelul celular, care să nu copie cele ce se produc în plantă. Probabil că nu numai mutogeneza şi selecţia plantelor de mare randament, dar şi hibridizarea celulelor din diferite plante are perspective frumoase şi promite în viitor crearea unor cloni supraproductivi prin metodele ingineriei celulare. Avantajul esenţial pe care îl prezintă obţinerea produselor de valoare prin intermediul culturilor celulare constă în faptul că recoltele nu sunt limitate de timp, se­zon şi climă. Culturile celulare au fost încă puţin studiate ca producători ai substanţelor obişnuite cu activitate fiziologică şi ca analogii ale lor, care pot avea o activitate mai înaltă. Şi încă un detaliu: celulele cultivate sunt, de fapt, o materie primă nouă, care trebuie studiată pentru a se evidenţia compuşi activi neobişnuiţi, care n-au fost descoperiţi încă în natură. Primele încercări de separare au condus la descoperirea substanţelor cu activitate antivirotică anticancerigenă, fitoncidă. Sperăm că cercetările acestea se vor solda cu succes. Una dintre variantele de utilizare a culturilor celulare pentru obţinerea pe cale industrială a produselor de valoare este folosirea lor pentru transformarea biologică a precursorului neactiv într-un produs activ. Precum vedem, industria celulelor vegetale se află la început de cale. De ea ţin, însă, multe orientări de perspectivă în domeniul cercetărilor şi, nu încape îndoială, că are un mare viitor.

12.3 Hibridarea celulelor somatice şi obţinerea hibrizilor asexuaţi

Hibridizarea este un fenomen foarte răspândit în natură. Toţi indivizii de aceeaşi specie se încrucişează liber între ei şi dau o descendenţă fecundă. Deaceea putem alege pentru încrucişare reprezentanţi ai diferitelor linii, care se deosebesc după anumite caractere de valoare, pentru a-i îmbina în descendenţa hibridă. Această încrucişare între diferitele linii de plante ale aceleiaşi specii poartă numele de hibridizare intraspecifică. Ea se produce mereu în natură. Mult mai rar se încrucişează plantele ce aparţin la diferite specii şi cu atât mai puţin la diferite genuri, iar dacă aceasta se întâmplă , aceşti hibrizi îndepărtaţi sunt sterili. Totodată, hibridizarea îndepărtată este unica metoda eficace prin intermediul căreia se realizează cu succes «ingineria selecţionară» a plantelor. Perspective deosebit de largi se deschid în faţa hibridizării îndepărtate la încrucişarea plantelor culturi cu cele sălbatice, când selecţionatorul realizează transmiterea programată a unor caractere valoroase din punct de vedere genetic ale speciilor sălbatice şi cultivate unui nou hibrid. Dacă la o hibridizare obişnuită în limitele unei specii nu apare nimic nou în principiu, la hibridizarea îndepărtată se formează plante cu totul noi, nemaivăzute, pe care le putem numi, pe bună dreptate, specii noi. Formele obţinute pe această cale reunesc proprietăţile a două specii şi genuri sau chiar a mai multora şi prezintă un fond de acumulări a materialului genetic, cu ajutorul căruia se poate «construi» în continuare, crea noi specii, varietăţi şi soiuri. Precum se ştie, în celulele sexuale ale plantelor şi animalelor se află o garnitură unică (haploidă) de cromozomi. La diferitele specii numărul de cromozomi este diferit, dar el este constant la fiecare specie. De exemplu, celulele sexuale ale grâului moale conţin 21 de cromozomi, ale grâului tare — 14, ale secării —7 ş. a. m. d. Fiecare cromozom este purtătorul unei anumite garnituri de gene. Prin contopirea celulei paterne cu cea maternă care poartă câte o garnitură de cromozomi se formează zigotul cu o garni­tură dublă. O garnitură dublă capătă şi fiecare celulă a germenului şi a organismului matur. Savanţii au învăţat să manipuleze după dorinţa lor cromozomii, să mărească sau să reducă garniturile de cromozomi ale celulelor. În procesul experimentării ei pot să mă­rească de două sau de trei ori numărul de garnituri cromozomice ale unei specii (acest fenomen a fost denumit autopoliploidie); să reunească într-o celulă garniturile cromozomice ale diferitelor specii (alopoliploidia); să obţină organisme cu un număr ordinar de cromozomi (haploidia), precum şi să substitue o anumită pereche de cromozomi cu alta, să insereze cromozomi suplimentari sau fragmentele lor aparte, luate din alt soi şi chiar din altă specie. Aceste metode de manipulare a materialului genetic au fost numite inginerie cromozomică. Ele sunt utilizate tot mai pe larg în practica selecţiei plantelor. Nu încape îndoială că importanţa ingineriei cromozomice va creşte tot mai mult pe măsura perfecţionării metodelor ei. Se cunosc experienţele savantului G. D. Carpecenco, care a obţinut pe aceste căi un hibrid fertil din diferite specii: varză şi ridiche — rafanobrasica. Însă, din păcate, acest hibrid intergenic n-a prezentat interes practic. Iată un alt exemplu: se ştie că dintre toate culturile cerealiere secara este cea mai rezistentă la frig şi cea mai nepretenţioasă faţă de sol. Spicul ei este mai productiv, decât cel al grâu­lui. Selecţionatorii şi-au pus drept scop să încrucişeze grâul cu secara şi să obţină o cultură cerealieră absolut nouă. Se prevedea unirea într-o singură plantă hibridă a celor mai bune caractere ale grâului şi ale secării. Acest hibrid intergenic (el a fost numit triticale — de la îmbinarea cuvintelor latine triticum— grâu şi secale — secară) se obţine prin încrucişarea grâului cu secara, dublându-le în continuare garnitura de cromozomi la hibrid, tratând celulele lui cu alcaloidul colhicina. Astfel cromozomii de grâu şi secară devin dubli şi restabilesc fertilitatea triticalei. Triticale este primul gen de plantă obţinut în mod artificial, având o mare valoare practică. În diferite ţări s-au obţinut de acum multe variaţii ale acestor plante. Cele mai frumoase rezultate în acest domeniu le-au obţinut V. Pisarev, A. Şulândin şi N. Ţiţin împreună cu colegii lor. Deosebit de valoros s-a dovedit a fi triticale cu 42 de cromozomi (dintre care 28 de grâu şi 14 de secară). În ce constă valoarea triticalei? Cele mai bune soiuri ale acestei culturi de peste hotare dau tot atâtea grăunţe ca şi grâul de toamnă moale, dar ele se deosebesc printr-un conţinut sporit de proteină, prin înalte proprietăţi de panificaţie a făinii. Afară de aceasta, triticale este mai rezistentă la boli decât grâul. Grăunţele ei conţin mai mult aminoacid indispensabil — lizină, cu toate că această cultură încă nu ocupă terenuri mari, mulţi savanţi consideră că anume triticalele sunt pâinea viitorului. Se presupune că recolta celor mai bune din formele ei va fi în mediu de 70—80 centale la hectar. Academicianul N. V. Ţiţin a emis o altă idee neobişnuită: de a încrucişa grâul cu duşmanul lui înrăit — cu pirul. De ce oare savantul a ales din atâtea plante tocmai buruiana a cărei numire în traducere din latină e «pojarul câmpurilor». Acest gramineu sălbatic posedă multe proprietăţi de valoare, pe care n-ar strica să le aibă grâul. El suportă minunat gerul de 50—55 de grade, nu suferă de boli, iar grăunţele-i conţin 28—30 procente de proteină, de două ori mai mult decât cele mai bune soiuri de grâu. Obţinerea hibrizilor de grâu-pir (HGP) nu numai că este un lucru complicat, dar mai necesită şi un volum mare de muncă. Primul mare obstacol este, precum în cazul cu triticale, sterilitatea hibrizilor. Se cer multe braţe de muncă, de aceea vara la cultivarea lor participă şi şcolarii. Ei separă staminele de grâu, apoi izolează spicul, iar peste două-trei zile pun pe stigmatul grâului polenul de pir. Toamna apar nişte seminţe plăpânde, mici, care nu seamănă nici cu grâul, nici cu pirul. Anul următor ele se seamănă şi cresc plante noi. Sunt sterile, în anterele lor aproape nu se formează polen. Florile hibridului trebuie deja poleniza-te cu polenul grâului. Pentru a obţine un grăunte e nevoie să se polenizeze 400 de flori. Hibrizii de generaţia a doua se autopolenizează, iar spicul seamănă ba cu cel al pirului, ba cu cel al grâului sau e ceva între grâu şi pir. Hibrizii de generaţia a treia au multe spice de tipul grâului, dea-ceea în continuare se selectează numai plantele necesare. Pe baza hibrizilor de grâu-pir au fost create multe soiuri de perspectivă de grâu de toamnă. Unul dintre acestea este Odinţovscaia-75. El creşte bine pe solurile podzolice, este atacat de două ori mai puţin de bolile criptogamice şi dă o recoltă de aproape 70 centale la hectar. Odinţovscaia-75 a fost obţinută prin încrucişarea hibridului PPG-186 cu Bezostaia-4 şi Mironovscaia-808. Ea a moştenit de la «părinţii» săi tot ce aveau aceştia mai bun. Odinţovscaia se coace repede, are spice şi boabe mari. Are şi proprietăţi de panificaţie minunate. Odinţovscaea are proteină cu un procent mai mult decât celelalte soiuri de grâu. Numai cu un procent. Pare puţin. De fapt, însă, această cifră minusculă dă un surplus de 5—6 centale de grăunţe la hectar. Sub conducerea directă a lui N. V. Ţiţin au fost create şi prezintă o deosebită importanţă pentru teorie şi practică hibrizii obţinuţi din trei genuri de plante: grâu, pir şi secară. Această îmbinare intensifică caracterul multianual al soiurilor de grâu multianual din contul secării multianuale. Celulele somatice ale acestor hibrizi «tripli» conţin câte 35 de cromozomi: 7 — de secară de la hibridul mul­tianual de secară, 7 — de pir de la pirul multianual şi 21 — de grâu de la grâul multianual, Aceste plante sunt puternice, formează câte 30—37 de spice pe o tulpină, tipul lor de dezvoltare este multianual, sunt foarte rezistente la bolile bacteriale şi criptogame, dar sunt sterile — nu formează boabe. După ce au fost tratate cu colhicină s-au obţinut plante cu 70 de cromozomi şi cu flori fertile. Se efectuează lucrări interesante de încrucişare îndepărtată a grâului cu graminee sălbatice (cu elimus), pen­tru a ridica brusc productivitatea formelor hibride. După încrucişări complicate şi în multe etape ale elimusului moale cu grâul tare şi grâul moale au fost obţinuţi hi­brizi cu 42 de cromozomi, care formează seminţe după autopolenizare. Aceste forme de vară ale plantelor au un spic puternic, care depăşeşte uneori 18 cm în lungime. El este capabil să susţină 120 şi chiar mai multe boabe mari, roşii, sticloase. Bobul are un procent foarte mare de proteină — 21—24% în comparaţie cu 12—15% la soiurile obişnuite de grâu, iar gluten brut în făină — aproape 50—55%. Din această făină se coace pâine de calitate înaltă, asemănătoare cu cea coaptă din făină de grâu. Putem afirma că datorită metodelor de hibridizare interspecifică a fost creată încă o cultură nouă, care în viitorul apropiat va ocupa un loc destoinic printre principalele culturi cerealiere. Precum se vede, posibilităţile ingineriei de selecţie, de reconstruire a plantelor agricole pe baza hibridizării îndepărtate sunt cu adevărat nelimitate. O direcţie foarte interesantă şi de perspectivă a cercetărilor în acest domeniu este transmiterea de la plantele sălbatice a unor cromozomi aparte sau a fragmentelor lor plantelor cultivate. Savantul american E. Sirs a transferat încă în anul 1956 cu ajutorul razelor rentghen un fragment de cromozom al gramineului sălbatic eghilops în cromozomul grâului, asigurând astfel grâului gradul de rezistenţă faţă de rugina neagră a frunzelor proprii plantei sălbatice. În ultimul timp la «construirea» plantelor o importanţă tot mai mare o au cercetările cu protoplaşti izolaţi. În acest domeniu savanţii din fosta URSS au ocupat cele mai avansate poziţii în lume. Aceste metode au fost studiate fundamental şi perfecţionate de un grup de savanţi de la Institutul de fiziologie a plantelor al AŞ al fostei URSS, condus de R. Butenco. Protoplaştii pot fi obţinuţi din orice organ al plantei, dar în majoritatea cazurilor ei sunt separaţi din frunzele verzi. La început frunzele sunt supuse sterilizării, apoi sunt tratate cu fermenţi speciali (celulaza, pectinaza ş. a.) care dizolvă anvelopa groasă :a celulelor, după care conţinutul lor viu rămâne învăluit într-o membrană subţire plazmatică. Sunt celulele «goale» sau protop­laştii. După izolare protoplaştii sunt transferaţi într-un mediu solid — în geloză, unde peste câteva ore începe să se formeze peretele celulei. Prima diviziune a celulelor noi începe, de obicei, peste 3—5 zile, a doua — peste o săptămână, iar peste încă o săptămână se formează aglo­meraţii de celule, apoi apare şi callusul. Pentru ca planta să regenereze, celulele de callus se traneferă într-un mediu cultural special, care contribuie la diferenţierea organelor. În ultimii ani, din protoplaştii izolaţi au fost obţinute plante de tutun, morcov, grâu, mazăre, viţă-de-vie ş. a. Pentru regenerarea unei plante întregi de tutun din protoplaşti e nevoie de 7—10 săptămâni. Cultivarea protoplaştilor prezintă un mare interes pen­tru ingineria genetică. În primul rând, pentru că cu aju­torul lor se pot înmulţi repede exemplare întregi de plantă, deoarece din fiecare celulă se poate obţine un întreg organism. Dacă dintr-un gram de frunze verzi se pot separa aproximativ două milioane de protoplaşti, se crează posibilităţi nelimitate pentru clonarea plantelor, fapt ce are o mare importanţă economică. Întreaga descendenţă obţinută din protoplaştii unei singure plante este identică din punct de vedere genetic, de aceea această metodă de înmulţire face posibilă menţinerea pentru un timp nelimitat a proprietăţilor de valoare ale plantelor cul­tivate, ceea ce nu se poate obţine prin înmulţirea sexuată obişnuită. În rândul al doilea, şi aceasta prezintă cea mai mare importanţă, cu ajutorul protoplaştilor se pot obţine aşa-zişii hibrizi asexuali sau somatici ai diferitelor forme de plante, care nu pot fi creaţi prin nici o altă metodă. Schema generală a hibridizării celulelor somatice şi de obţinere prin ele a hibrizilor asexuali este prezentată în des. 28. Esenţa acestei tehnologii constă în faptul că drept materie iniţială de construcţie se utilizează nu celulele sexuale, ci celulele somatice. După ce se îndepărtează de pe ele membranele dure, acestea sunt silite să se contopească. Din celulele hibride, apărute în urma contopirii, se obţin apoi plante hibride. Protoplaştii, datorită lipsei membranei de celuloză, pot să se contopească singuri între ei sau acest proces se produce în prezenţa unor agenţi chimici, bunăoară a polietilenglicolului. După contopirea celulelor urmează contopirea nucleelor lor, apoi, în câteva zile, se restabileşte membrana celulară comună şi, în sfârşit, celula hibridă începe să se divizeze. În anul 1972 un grup de savanţi americani, în frunte cu P. Carlson, au obţinut primii hibrizi celulari prin con­topirea protoplaştilor a două soiuri de tutun. Din celu­lele contopite au regenerat plante hibride normale— amfidiploide, care conţineau cromozomii ambilor părinţi, 24 de la nicotiana glauca şi 18 de la nicotiana langsdorfi: în total 2n = 42. S-a constatat că plantele hibri­de, obţinute prin metoda contopirii protoplaştilor, nu se deosebesc prin nimic de cele obţinute prin hibridizare sexuală. Un grup de savanţi englezi, în frunte cu E. Cocching, au obţinut în anul 1987 plante hibride prin încrucişarea a două specii de petunie. Colaboratorii laboratorului de cultivare a celulelor şi ţesuturilor de la Institutul de fiziologie a plantelor al AŞ a fostei URSS, în frunte cu R, Butenco, au obţinut hibrizi somatici din încrucişarea a două soiuri de tutun, iar, datorită muncii în comun a savantului sovietic IU. Gleb şi savantului german F. Hofman, a fost creată o plantă nouă — arabidobrassica. Şi ea a fost obţinută prin hibridizarea somatică a arabidopsisului şi a uneia din speciile de varză sălbatică. Noul hibrid a fost crescut în trei etape. La început, după contopirea protoplaştilor celulelor somatice ale arabidopsisului şi a verzei au fost obţinute celule hibride, care aveau cromozomii ambelor plante iniţiale. Apoi prin înmulţirea unor celule hibride aparte în condiţiile cultivării sterile în medii nutritive solide, care conţineau geloză, vitamine, substanţe minerale şi fitohormoni (auxina şi chinina), au fost obţinuţi calluşii liniilor celulare respective. În sfârşit, în etapa a treia, schimbând componenţa mediilor nutritive, se provoca stimularea celule­lor callusului pentru morfogeneză. Datorită acestei stimulaţii, celulele hibride ale unor linii formau numai rădăcina, ale alteia — numai lăstarii, ale celor din urmă — plante întregi cu rădăcini, lăstari şi flori. Dar plantele înflorite ale arabidobrassicii nu erau capabile de polenizare. Reproducerea şi înmulţirea lor este posibilă numai pe cale vegetativă în condiţiile cultivării ţesuturilor. Cercetările în domeniul ingineriei celulare a plante­lor au atins stadiul când se poate vorbi despre utilizarea acestei noi metode de hibridizare la selecţionarea practică a plantelor, cu toate că în acest caz n-au fost studiate încă definitiv particularităţile principale ale «comportamentului» genelor, a fost dovedit că hibridizarea somatică, spre deosebire de cea sexuală, lărgeşte mult limitele încrucişării. Hibridizarea celulelor somatice şi-a dovedit de acum eficacitatea. Prin ea au fost obţinuţi hibrizi interspecifici ai cartofului, tomatelor, turnepsului, verzei cu rudele lor sălbatice, precum şi hibrizi ai tutunului şi mahorcăi, tomatului şi cartofului, care prezintă un material iniţial de valoare pentru selectarea în viitor a unor soiuri noi. Astfel la una din experienţe savanţii au utilizat protoplaştii unei specii sălbatice şi a unei specii cultivate de cartofi — soiul Prieculischii timpuriu. Acest soi are tuberculi mari, dar este predispus la boli. Cartoful sălbatic are tuberculi foarte mici, dar este rezistent la diferite boli. Aceste specii se deosebesc şi după mărimea protoplaştilor, şi dună numărul cromozomilor. Ce proprietăţi s-au obţinut la hibrizii somatici? Dacă comparăm forma frunzelor, a tufelor şi mărimea tuberculilor, acestea ocupă parcă o poziţie intermediară între speciile cultivate şi cele sălbatice. Tot aşa se întâmpla şi la hibridizarea obişnuită, pe cale sexuală, a acestor plante. Dar hibridul obţinut din protonlaşti s-a dovedit a fi rezistent la una din bolile virotice grave — la fitoftoroză. În cursul ultimilor ani s-au obţinut celule hibride prin contopirea protoplaştilor şi încrucişând reprezentanţii unor specii foarte îndepărtate: păpuşoiul cu ovăsul, morcovul cu tutunul, morcovul cu petuniea, păpuşoiul cu soia, mazărea cu soia ş. a. m. d., dar din aceste celule hibride nu s-au obţinut încă plante întregi. Hibridizarea celulelor somatice, în afară de soluţionarea problemelor practice, deschide posibilităţi absolut noi în ce priveşte studierea unei astfel de probleme ştiinţifice fundamentale, precum este interacţiunea între nucleu, citoplasmă şi organitele celulei. Până nu demult încă selecţia şi genetica nu aveau posibilitatea de a reconstrui genele organelelor citoplasmei, deoarece prin încrucişarea obişnuită ele se moştenesc numai de la mamă. Fiind lipsite de genele citoplasmitice ale organismului patern, între ele nu se poate produce nici o recombinaţie. Pe de altă parte, aceste gene sunt responsabile de o serie de procese practice importante. Ingineria celulară oferă pentru întâia dată posibilitatea de a manipula şi cu aceste gene.

12.4 Transferul interspecific al genelor

Ingineria genică ca mijloc de creare şi transferare a genelor noi e cea mai potrivită pentru practicarea metodelor ne tradiţionale în selecţia plantelor cultivate. Ca început al ingineriei genice a plantelor poate fi considerată descoperirea vectorului natural al plazmidei mari în bacteriile de sol Agrobacterium tumefaciens, care provoacă la plantele dicotiledonate formarea unor tumori — a colţanilor crenelaţi. Adevăratele tumori apar la plantele capabile să crească nelimitat şi compuse din celule ne diferenţiate, după ce în ţesutul vătămat nimeresc bacteriile A. tumefaciens. În anul 1974 s-a descoperit că caracterul transformării este determinat genetic de plazmida ce a căpătat de-numirea de Ti (de la cuvintele engleze tumor inducing — care provoacă tumoare). Această plazmidă, precum şi plazmida Ri (root inducing) — ce provoacă roşeaţă), care determină boala tumorală a rădăcinilor şi care se află în bacte­ria de sol înrudită (Argobacterium rhizogenes) formează temelia vectorului ce transportă informaţia genetică străină în celulele plantelor. Plazmidele Ti se află numai în celulele bacteriilor. După ce pătrund în celulele vegetale, se produce inserarea unei părţi a ADN-ului plazmidic cu ADN-ul cromozomic al noului stăpân. O condiţie obligatorie a fiecărei manipulări de inginerie genică este transferarea celulei unice datorită inserării moleculei ADN şi după aceasta clonarea acestei celule. S-a constatat: celulele vegetale şi protoplaştii lor izolaţi pot fi şi ei clonaţi. A fost elaborată metoda de inserare a plazmei Ti prin infectarea protoplaştilor cu bacteria A. tumefaciens. Posibilitatea transformării plantelor superioare a fost demonstrată recent de savantul olandez F. Crens împreună cu colaboratorii săi pe baza protoplaştilor frunzelor de tutun. În prealabil a fost îndepărtată cea mai mare parte a membranei celulare cu ajutorul unor fermenţi speciali. Protoplaştii obţinuţi în modul acesta erau transformaţi activ de către plazmida Ti. Folosirea Ti — plazmidei în calitate de vector pentru transferul genelor în celulele vegetale oferă posibili­tatea de a regenera plante întregi din celule separate, ce conţin ADN străin. Pe această cale în anul 1985 savan­tul japonez M. Norimoto a reuşit să transfere gena fazeolinei (proteinei de rezervă a boabelor de fasole) în ce­lulele florii-soarelui şi a tutunului. Această genă şi-a menţinut capacitatea de a se replica în celulele străine, în ele se sintetiza în cantităţi mari ARNi şi însăşi fazeolina. Un fenomen asemănător a fost observat ceva mai înainte (anul 1977) de un grup de savanţi de la Universitatea din Waşington. M. Drumand, M. Gordon ş. a. au stabilit că în caz de interacţiune a plazmidei Ti cu celulele ţesutului de tutun se produce transferul unui fragment de plazmidă din celula bacterială în celula vegetală, urmată de copierea lui în celulele tumorii. A fost prima mărturie clară a posibilităţii transcrierii în celulele ţesutului vegetal a ADN-ului de origine bacterială. În ingineriea genetică a plantelor o deosebită perspectivă prezintă cercetările de transplantare a unor gene aparte sau a unor grupuri de gene de la unele specii la altele cu scopul de a le reconstrui genetic şi a le atribui noi caractere şi însuşiri de valoare. Este vorba de asemenea proprietăţi cum ar fi capacitatea de sintetizare a aminoacizilor indispensabili, a substanţelor cu activitate biologică, rezistenţa faţă de dăunători şi boli, precum şi faţă de pesticide, reacţionarea la utilizarea îngrăşămintelor minerale, capacitatea de a absorbi azotul liber din aer şi multe altele. Atât în ţara noastră, cât şi peste hotare se efectuează cercetări rodnice în această direcţie. La începutul deceniului al nouălea savanţii australieni au reuşit să transplanteze genele din bacterii în celulele tomatului, iar biologii englezi — în celulele paltinului. Lucrări analoge au fost realizate în 1975 de către colaboratorii Institutului de biologie şi genetică moleculară a AŞ Ucrainene. Savanţii din Kiev şi-au pus drept sarcină transplantarea din celula colibacilului în celulele tutunului a unui grup de gene. Ca translator de gene a fost alee fagul lambda. Acest fag parazitează pe bacteriile colibacilului, inserează ADN-ul său în cel al stăpânului, iar când părăseşte celula bacteriei, duce cu ea câteva din genele ei — operonul lactozic. Pentru experienţă a fost ales anume tutunul, pentru că unele din celulele lui cresc bine în cultura de laborator şi din ele se poate creşte relativ uşor o plantă întreagă. Experienţa a decurs în felul următor: în unele vase se creşteau celule de tutun, în altele — celule bacteriene, purtătoare ale fagului lambda. Apoi celulele bacteriilor, ce creşteau de obicei la temperatura de 30—37°C, au fost transferate într-un mediu cu temperatura mai înaltă (42°CE). În aceste condiţii fagii parcă fac celula să explodeze, se aruncă din ea, duc cu ei un fragment de ADN al stă­pânului — operonul lactoză. După aceasta fagii încărcaţi cu gene străine sunt separaţi din cultura de colibacili şi aduşi în cultura celulelor de tutun. Peste un anumit timp în celulele de tutun sporeşte cu mult activitatea fermentului — galactozidaza. Înseamnă că a început să funcţioneze operonul lacto­zic. Sinteza fermentului bacterial în celulele tutunului se produce tot mai activ şi spre sfârşitul săptămânii a treia sporeşte în comparaţie cu începutul experienţei de 30—50 de ori. Această problemă soluţionată cu succes a avut un caracter pur didactic, ea era necesară pentru perfecţionarea metodei. Căci n-are nici un rost a se altoi tutunului operonul de lactoză: tutunul se poate lipsi de lactoză. Mai descriem o problemă asemănătoare, însă de mare importanţă practică. Boabele de grâu conţin puţini aminoacizi indispensabili — triptofan a cărui cantitate (şi încă a unui aminoacid indispensabil — lizină) determină valoarea proteinei celulei vegetale. Aici programul de sintetizare este împrumutat de la aceeaşi bacterie a colibacilului: ADN-ul ei conţine şi operonul triptofanic — un complex alcătuit din cinci gene în care se află codificat un ferment ce sintetizează triptofanul. Dacă acest operon este luat din bacterie şi transferat în ADN-ul grâului, apoi în urma acestei operaţii de inginerie genică grâul se îmbogăţeşte cu triptofan. Primele cercetări ne inspiră speranţa că în viitorul apropiat şi această operaţie se va solda cu succes Comunicarea savanţilor de la Universitatea San-Diego (California), făcută recent, părea senzaţională. Ei au reuşit să separe din organismul licuriciului gena responsabilă de activitatea celulelor, care radiază lumina Acestă genă a fost inserată în celula tutunului. Şi ce credeţi? Când din această celulă a fost crescută o plantă de tutun, aparatele au fixat că frunzele plantei radiau permanent o lumină slabă. Dacă se va confirma definitiv că radiaţia de lumină este o urmare a transplantării genei, experimentul va fi considerat de savanţi drept o mare realizare a ingineriei genice. Un vis sacru al savanţilor ce lucrează în domeniul ingineriei genice şi celulare este transferarea în celula plantei a genelor responsabile pentru însuşirea azotului molecular din aer. Aceste gene (nif — operon) le au unele bacterii şi alge euglenofite. Datorită lor aceste organisme au o garnitură de fermenţi necesari, între care rolul principal îi aparţine nitrogenazei. Toate celelalte organisme nu dispun de aceste gene. De aceea plantele care se scaldă în azot şi sunt «îmbibate» cu el (4/5 de aer) au nevoie, totuşi, ca solul să conţină compuşi ai acestui element. Pentru a sintetiza proteine şi alte substanţe plantele pot utiliza azotul numai în formă de compuşi chimici. Şi nu-i deloc întâmplător că pentru a obţine recolte maximale omenirea a creat o puternică industrie de îngrăşăminte de azot şi este nevoită să cheltuiască în aceste scopuri multe resurse materiale. Dar există şi plante capabile să înfrunte într-o anumită măsură aceste dificultăţi: este vorba de plantele leguminoase pe rădăcinile cărora locuiesc aşa-zisele bacterii de nodozităţi care asimilează azotul din aer. Astfel, leguminoaselor li se transmite o parte din azotul necesar în urma simbiozei cu bacteriile. La început savanţii au încercat să modeleze un proces de simbioză asemănător la cultivarea ţesutului vegetal. P. Carlson şi colaboratorii săi au utilizat cultura ţesutului de morcov, deoarece pentru el erau deja elaborate metodele de regenerare din celule ale plantei de valoare complectă. În cultura ţesutului de morcov se insera tulpina bacteriei de nodozităţi (Azotobacter vinelandi) care nu poate creşte fără adenină. În mediul nutrit1iv nu era această substanţă, de aceea bacteriile puteau s-o capete numai din celulele morcovului. După o creştere comună timp de 12 zile, celulele erau transferate într-un mediu fără azot, pe care peste câteva luni au crescut nişte culturi capabile să crească încet în cursul unui an şi jumătate. Culturile de control (fără azotobacterii) n-au crescut deloc într-un astfel de mediu. Colaboratorii Institutului de biologie şi genetică moleculară a AŞ Ucrainene au obţinut o simbioză asemănătoare. În acest scop ei au folosit un alt gen de bacterii fixatoare de azot —Rhizobium, precum şi celule de tutun şi de grîu. Ei au amestecat celulele bacteriene şi vegetale, şi peste un timp oarecare s-au convine că în celulele de tutun şi de grâu au pătruns bacterii şi că ele sunt responsabile de fixarea azotului. În ultimul timp au fost elaborate metode de contopire a algelor euglenofite cu protoplaştii plantelor. O atenţie specială o merită contopirea algei Giloeocapsa cu protoplaştii de tutun şi de porumb. Această algă prezintă interes nu numai prin faptul că fixează azotul atmosferic, dar şi prin aceea că, spre deosebire de celelalte euglenofite, nu emană toxine pe parcursul activităţii sale vitale. În ultimii ani savanţii englezi au reuşit să separe gene ce determină capacitatea de fixare a azotului din microorganismul Klebsiella şi să le insereze în celulele colibacilului. Aceste cercetări au permis a se stabili existenţa a 17 gene care determină capacitatea de fixare a azotului. Ele sunt dislocate ca nişte blocuri, formând 7 sau 8 operoni, fapt ce asigură posibilitatea sintetizării simultane a câtorva fermenţi. Au fost identificate de acum 3 gene, care controlează sinteza fermenţilor de fixare a azotului: nif H care codifică sinteza proteinei, nitrogenoza ce conţine fier, şi nif D – sinteza diferitelor subunităţi ale fermentului, care conţine atomi de molibden şi fier. Prin metodele de hibridizare moleculară s-a demonstrat că genele care ţin la control capacitatea de fixare a azotului au o structura conservativă: comparaţia acestor gene la 19 microorganisme procariote fixatoare de azot au demonstrat că ele au o structura foarte asemănătoare. Scopul final al acestor cercetări este transplantarea genelor ce ţin la control fixarea azotului molecular din celulele bacteriale în celulele plantei, menţionându-se activitatea lor funcţională. Acest scop este foarte ademenitor, deşi deocamdată realizarea lui nu e posibilă. Inserarea genelor care asigură asimilarea azotului din aer în maşina fiziologică bine reglată a celulelor vegetale va provoca, probabil, o puternică perturbare a metabolismului ei şi nu e exclus un final nefavorabil. Altceva este crearea unor bacterii – simbionte, adaptate la acele culturi de câmp sau de pajişte, care, spre deosebire de păstăioase, n-au «furnizori» proprii de azot. Plantele (bunăoară gramineele) pot fi învăţate să asimileze azotul numai dacă în bacteriile radicule va fi inserată gena responsabilă pentru acest proces. Această operaţie cu adevărat artistică au reuşit s-o realizeze savanţii Institutului de genetică şi citologie a AŞ din Belorusă. Bacteriile operate sunt capabile nu numai să asimileze azotul atmosferic, dar şi să-l degajeze cu eficacitate în sol. Trecerea de la introducerea îngrăşămintelor de azot la popularea sferei radicule a plantelor cu bacterii fixatoa­re de azot va permite să se mărească recolta diferitelor cul­turi, să se economisească mari mijloace materiale şi, ceea ce este foarte important, va reduce poluarea mediului ambiant cu nitraţi şi nitriţi, substanţe foarte toxice şi mutagene.

XIII. INGINERIA GENETICĂ LA ANIMALE

13.1 Hibrizi neobişnuiţi: obţinerea animalelor alofene

În natură hibrizii sunt un fenomen destul de rar. Cu atât mai mult hibrizii îndepărtaţi ai animalelor. Fiecare specie de animale pe parcursul evoluţiei îndelungate, a elaborat multe însuşiri de adaptare la mediul de trai. Fiecare specie este protejată contra hibridizării întâmplătoare cu o altă specie printr-o mulţime de bariere: prin perioada diferită de montă, prin formele exterioare diferite, prin deosebiri în comportament. În timpul multor dansuri nupţiale se pun reciproc o serie de «întrebări şi răspunsuri», nerespectarea ordinii lor exclude posibilitatea împreunării. Aşa se prezintă legea care păstrează stabilitatea lumii vii. Uneori, însă, ea este încălcată, speciile apropiate se încrucişează, dar, de regulă, nu lasă urmaşi - natura rebutează aceşti urmaşi ocazionali, ca fiind neviabili. Foarte puţine specii de animale hibride s-au înrădăcinat ne pământ. Ele prezintă o excepţie. Omul caută să hibridizeze animalele, crescându-le în medii artificiale. Recurgând la diferite metode, uneori ingenioase, el distruge barierele intergenice, obţinând animale cu proprietăţi de care are nevoie. Deseori la baza acestei hibridizări se află un experiment pur ştiinţific. Cine are nevoie, de exemplu, de un hibrid tigru-leu? El a fost obţinut doar ca o raritate. Hibrizii dintre cai şi măgari sunt catârul şi bardoul, care sunt, însă, de mare folos în economie. Bardoul este răspândit în China, iar catârul în multe regiuni muntoase ale lumii. Ei se deosebesc de cai prin firea lor calmă, sunt rezistenţi şi nu-s deloc sperioşi. Dar această fire calmă, ca regulă, este caracteristică pentru animalele sterile. Catârul se capătă la încrucişarea iepelor cu măgarii, iar bardoul a măgăriţelor cu armăsarii. Sterilitatea lor se explică prin încălcarea gametogenezei: la cai numărul de cromozomi (2n) este de 66, iar la măgari – 64, deci hibrizii au o garnitură incompletă de cromozomi – 65. Prin metoda transplantării, savanţii au reuşit să obţină catâri fecunzi. D. Antchac (SUA) şi U. Allen (Anglia) au căpătat nu demult o nouă generaţie: femelelor de catâr li s-au transplantat embrioni de măgari şi cai. S‑au făcut deja cercetări în domeniul transplantării embrionilor de măgar – cailor şi a embrionilor de cal – măgarilor şi s-a dovedit că în primul caz embrionii mor, iar în cazul al doilea – se dezvoltă normal. Embrionii de opt zile au fost extraşi din iepe şi măgăriţe şi au fost transplantaţi în uterul femelelor-catâri. Prin inocularea prealabilă a preparatelor hormonale s-a asigurat corespunderea ciclului sexual al donatorilor şi recipienţilor, condiţie necesară pentru dezvoltarea spornică a embrionului transplantat. La cei doi mânji şi la măgăruşul născuţi n-au fost observate nici un fel de abateri. «Mamele adoptive» dădeau destul lapte şi aveau grijă de descendenţii lor. Astfel s-a obţinut o naştere şi dezvoltare normală a indivizilor de două specii în organismul unui hibrid intergenic. Savanţii din rezervaţia naturală «Ascania-Nova» efectuează o muncă rodnică de creştere a formelor hibride de animale, lucru ce prezintă un mare interes pentru ştiinţă. Ei au obţinut numeroşi hibrizi, printre care hibrizi de pe urma încrucişării calului Prjevalschii cu calul domestic, culanului cu calul domestic, zebrei Capman cu calul do­mestic, zimbrului cu bizonul, zimbrului cu vitele cornute mari, bizonului cu vitele cornute mari, capricornului de Siberia cu capra domestică, muflonului cu oaia domestică, găinii domestice cu fazanul, păunului cu găina domesti­că ş. a. Mulţi hibrizi îmbină trăsături utile ale animalelor domestice, precum şi ale rudelor lor sălbatice. Astfel, bunăoară, prin încrucişarea lui zebu cu rasa de vite neagră bălţată cu alb s-a obţinut o rasă de vite de tip nou cu un randament de 4000 kg de lapte şi un conţinut de grăsime de 4,3%. Hibrizii obţinuţi de la încrucişarea iacului cu rasa de vite Simental se caracterizează printr-un randament de lapte destul de înalt, şi mai ales cu un conţinut de grăsime de 5,7–7%. Au fost obţinuţi şi hibrizi îndepărtaţi ai oilor, încrucişându-se merinoşii cu arharul sălbatic; porci din mistreţ cu porcii Mari Albi. La orăşelul Academiei de Ştiinţe din Novosibirsc au fost obţinute rezultate interesante în urma hibridizării îndepărtate a animalelor cu blană industriabilă. Din hibridizarea dihorului şi nurcăi s-a obţinut honoricul. Biologii Iulia Grigorievna şi Dmitrii Vladimirovici Tarnovschii l-au obţinut prin încrucişarea dihorilor de pădure cu dihorii de stepă, mai apoi a fost încadrată în procesul de hibridizare şi nurca europeană. Dihorul şi nurca se deosebesc atât la exterior, cât şi prin felul lor de viaţă. Dihorii trăiesc pe uscat şi se hrănesc cu rozătoare, pe când nurca este un animal semiacvatic şi mănâncă mai ales peşte. Honoricul a moştenit de la părinţii săi capacitatea de a înota şi de a săpa cu iscusinţă vizuine pe uscat. La exterior el seamănă cu nurca, are ca şi ea o blană mătăsoasă sclipitoare. Important este că honoricii se înmulţesc bine, fenomen foarte rar în hibridizarea intergenică. Prin experimente s-au obţinut aproape trei sute de animale-hibride. Prolificitatea honoricilor o întrece pe cea a nurcii europene şi a dihorului de pădure. Ba chiar mai mult, de la honorici se obţin câte două prăsile pe an, lucru foarte important pentru creşterea animalelor cu blana in­dustriabilă. Este greu de presupus care ar fi soarta acestei noi specii biologice, dacă honoricii ar fi lăsaţi să trăiască liber în condiţii naturale. Probabil că specia nouă, «de probă», ar fi absorbită de specia veche – honoricii se încrucişează bine cu dihorii. Dar calea artificială de înmulţire ne permite s-o menţinem. Nu încape îndoială că hibridul prezintă o mare valoare pentru creşterea animalelor sălbatice. În condiţii artificiale favorabile pot fi înrudite vulpea polară cu vulpea. La sovhozurile de creştere a anima­lelor sălbatice «Znamenechii» şi «Iliatinschii» din regiunea Calinin au fost obţinute deja astfel de animale hi­bride. Animalul – rod al încrucişării vulpii negre-argintii cu vulpea polară – a moştenit de la rubedeniile sale proprietăţile cele mai bune: de la prima – blană minunată, de la a doua – o prolificitate înaltă. Descendenţa vulpii-vulpii polare depăşeşte de două ori conform numărului familia vulpii de rasă pură. Pentru ştiinţă şi practică prezintă un interes deosebit experienţele de obţinere a animalelor allofene. Aceste animale pot avea nu doi şi nici patru, ci şase şi chiar mai mulţi părinţi. Savanţii de la Universitatea din Iel (SUA) au reuşit să contopească într-unul singur trei embri­oni compuşi din câte opt celule – de la şoarecii negri, albi şi galbeni. Acest embrion, obţinut în condiţii arti­ficiale, a fost implantat apoi în uterul «mamei adoptive», care a născut un şoarece neobişnuit, cu un botişor galben, urechi negri şi pete albe pe blană. Şoarecii allofeni prezintă un mozaic genetic, care se formează datorită recombinării blastomerilor de la embrioni cu diferiţi genotipi, precum se vede în figura 30. Cum se obţine aceasta? La început se extrag din oviductele şoricoaicelor gravide embrionii în stadiul de 8 blastomeri şi ei sunt disociaţi în celule aparte cu ajutorul fermentului proteolitic pronaza, Apoi celulele somatice (blastomerii) a două sau a mai mulţi embrioni pot fi recombinate şi, după ce se vor uni strâns unele cu altele, vor fi reimplantate în şoarecele-femelă. Aglutinarea şi contopirea blastomerilor se efectuează cu ajutorul virusului Sendai. Acest virus (el a fost numit în cinstea oraşului japonez, în care a fost separat pentru întâia oară) nimerind în celule, se înmulţeşte şi provoacă moartea lor. Dacă virusul va fi iradiat cu raze ultraviolete, el nu se va mai putea înmulţi şi nu va provoca moartea celulelor, dar va menţine capacitatea de a le aglutina. În sfârşit, din embrionul complex reimplantat se dezvoltă un şoarece mozaic, care este descendent a câtorva perechi de părinţi. În anul 1983 un grup de savanţi în frunte cu S. Villadsen (Anglia) au obţinut primele himere interspecifice sau mozaicuri genetice (aşa li se mai zice animalelor allofene) de animale agricole. În urma reunirii celulelor embrionilor de oaie şi capră şi transplantării embrionilor himerici în uterul femelelor unei specii sau a alteia s-au născut «oile-capre» – animale se îmbinau caracterele ambelor specii. La una din ele capul, coarnele, coada şi părul de pe unele sectoare ale corpului erau tipice pentru capră, iar alte sectoare erau acoperite cu lână de oaie. Precum a arătat analiza sângelui, hemoglobina şi o serie de alte proteine erau de asemenea himerice (o parte de molecule era tipică de «oaie», cealaltă – «de capră»). La vârsta de un an această himeră (masculul) a manifestat un comportament tipic de ţap, iar după împerechere cu o capră normală el s-a dovedit a fi sterp, probabil din cauza defectului în struc­tura cozii spermatozoizilor. Aceştia nu semănau nici cu spermatozoizii de ţap, nici cu cei de berbec. Cele relatate mai sus prezintă o veritabilă chirurgie celulară, care nu se deosebeşte cu nimic de hibridizarea celulelor somatice şi obţinerea în acest fel a plantelor hibride asexuate. Ea ne oferă mari speranţe că prin această metodă vor fi creaţi hibrizi îndepărtaţi prolifici prin încrucişarea între rasele domestice de animale cu rubedeniile lor sălbatice. Hibridizarea îndepărtată a plantelor şi animalelor este o realizare de către natură a ingineriei genetice, iar experienţele reuşite în acest sens oglindesc parcă calea lungă şi spinoasă trecută de evoluţia biologică în crearea speciilor noi, înmulţind şi înfrumuseţând mereu natura vie ce ne înconjoară.

13.2 O turmă în retortă: transplantarea embrionilor

Multora le va părea ridicol titlul acestui capitol intrigant. De fapt, el nu este deloc ridicol. Este vorba de păstra-rea în stare conservată a embrionilor viitorilor tăuraşi şi junci (sau a altor animale), din care se poate obţine o întreagă turmă. În prezent transplantarea embrionilor în zootehnie se discută larg atât de către savanţi, cât şi de către practicieni. E ceva foarte ispititor: să extragi un embrion dintr-o vacă de rasă a cărei partener a fost şi el de elită şi să-l transplantezi unei văcuţe de rând. Ea nu va mai naşte un viţel propriu, ci unul străin, de elită... Specialiştii consideră că peste un timp oarecare această procedură va deveni banală, bineînţeles, după ce vor fi elaborate principiile ştiinţifice şi va fi acumulată destulă experienţă. Transplantarea va deveni în zootehnie o procedură la fel de obişnuită, precum a devenit în pre­zent însămânţarea artificială. Dar în acest scop trebuie creată în primul rând o bancă de embrioni, pentru ca materialul de transplantare să poată fi cheltuit în măsura necesităţilor, iar aceasta are nevoie la rândul său de metode sigure de conservare a embrionilor precoci. Cât priveşte metodele de extragere a lor din animalele de elită şi trans­plantarea acestora la animalele de rând, apoi ele sunt destul de perfecte. Înainte de a fi aplicată animalelor agricole, mult timp ea a fost verificată şi precizată în experien­ţele efectuate asupra şoarecilor de laborator. Una din primele lucrări de transplantare a embrionilor la şoareci a fost efectuată în 1972 la laboratorul naţio­nal de la Ocrige (SUA). Peste două mii cinci sute de em­brioni, aflaţi la diferite etape de dezvoltare (de la monocelulă până la pluricelule), au fost congelaţi la tempe­raturi extrem de joase. O mie au fost congelaţi la -268°C. După ce au fost dezgheţaţi, s-a constatat că aproape jumătate din ei şi-au păstrat vitalitatea. Când au fost transplantaţi în organismul femelelor, ei s-au dezvoltat, formând o descendenţă normală, capabilă de a prelungi specia. Experimentul avea nevoie, bineînţeles, de o metodă specială şi de mare precauţie. Congelarea şi dezgheţarea se efectuau extrem de încet. Chiar mai mult, au fost utilizate substanţe speciale, aşa-numiţii crioprotectori care preveneau formarea de cristale de gheaţă ce vatămă celulele. La această congelare apa nu se cristalizează, ci difundează treptat din embrioni. Experienţele se terminau bine, dacă temperatura era redusă cu o viteză între 0,3 şi 2°C pe minut. Dacă procesul de congelare era accelerat până la 7°C pe minut şi chiar mai mult, toţi embrionii periau. Cele mai bune rezultate au fost obţinute cu embrionii congelaţi în azot lichid cu temperatura de -196°C. Astfel biologii au însuşit bine tehnica congelării şi dezgheţării celulelor, ţesuturilor şi organelor. Dar munca efectuată cu embrionii congelaţi deschide noi per­spective – posibilitatea de a păstra embrionii organismului viu un timp nelimitat. Aceasta anume e importanţa principală a experimentului. Peste un an, în 1973, la Chembrige (Anglia) a apărut primul tăuraş crescut dintr-un embrion, care în etapa timpurie de dezvoltare a fost păstrat timp de şase zile în azot lichid. De la câteva vaci, în a 10-ea zi de graviditate, au fost extraşi pe cale chirurgicală 22 de embrioni. Aceşti embrioni au fost apoi congelaţi la -196°C în azot lichid. Embrionii dezgheţaţi au fost transplantaţi în uterul a unsprezece vaci recipiente. La zece vaci nu s-a produs o dezvoltare continuă a embrionilor. Dar la o vacă la care, în interesele experienţei, graviditatea a fost întreruptă artificial la săptămâna a şasea, doi embrioni s-au implantat în peretele uterului; apoi un făt a pierit, iar al doilea a continuat să se dezvolte cu succes. Aproximativ peste nouă luni vaca a născut un tăuraş sănătos. Iar primul tăuraş, numit Zamorojennîi («Congelatul») şi crescut prin metoda de conservare, s-a născut în Institutul unional de zootehnie la 12 martie 1980. El este prezentat în desenul 31. Iată câteva amănunte cu privire la el. Vaca donatoare a fost tratată, cum se obişnuieşte, cu preparate gonadotrope pentru stimularea maturării ovulului şi a fost însămânţată cu spermă congelată. Embrionii spălaţi în ziua a opta erau puşi într-o soluţie fosfatică de tampon cu o doză de albumină, de ser de taur şi penicilină. În calitate de crioprotector a fost utilizat dimetilsulfoxidul. Eprubetele cu embrioni au fost răcite până la –7°CE, cu un grad la fiecare minut, apoi au fost introduşi agenţi de cristalizare a gheţii şi s-a continuat congelarea până la –80°CE, dar de trei ori mai încet. Şi, în sfârşit, s-a aplicat azotul lichid. La fel de încet şi cu precauţie s-a efectuat dez­gheţarea: într-o baie de spirt cu temperatura de –50°CE, apoi la aer cu temperatura de –10°CE şi într-o baie de apă cu temperatura de cameră. Au urmat soluţiile de dimetilsulfoxid cu o concentraţie în descreştere, pentru a se îndepărta complect crioprotectorul, şi, în etapa finală – o so­luţie pură de tampon. Au fost încercate trapsplantări de embrioni de diferite vârste, cu congelare şi fără ea, la diferite etape ale ciclului sexual ale juncii recipiente. Zamorojennîi a fost un rezultat al primei experienţe reuşite. Ne-am oprit asupra acestor amănunte nu întâmplător. Am vrut să arătăm cititorilor noştri că a menţine turma în retortă şi apoi a o transforma în realitate nu este un lucru uşor şi că el nu poate fi efectuat la orice fermă. Multe n-au fost relatate aici. Amănuntele le cunosc doar savanţii care se ocupă cu această muncă., Şi când măcar una din experienţele lor, efectuate cu cea mai mare scrupulozitate, se soldează cu succes, este o mare cucerire. Eşecurile au loc, cu părere de rău, mult mai des. Nu degeaba se spune în proverb: «Ştiinţa presupune jertfe». Zamorojennîi a devenit prima piatră de temelie în clădirea viitoarei turme. După el au urmat noi operaţii reuşite de transplantare a embrionilor, fiecare contribuind la înălţarea treptată a fundamentului ei. Savanţii au trecut de la cercetări pur ştiinţifice la experienţe de producţie. Transplantarea face posibilă obţinerea de la o vacă de mare randament a unei descendenţe mult mai mari decât se capătă pe cale obişnuită. Se ştie că în cazurile de intensificare a creşterii animalelor se reduc termenele de folosire în turmă, a vacii de rasă de mare randament. Ea poate aduce cel mult patru-cinci viţei. Chiar dacă termenul de utilizare este maximal acest număr creşte doar până la 14–16 viţei. Când embrionii luaţi de la o vacă donator de valoare sunt transplantaţi unor animale obişnuite (recipiente), descendenţa poate fi mărită mult mai repede. În acest caz viţeii care au moştenit cele mai bune calităţi ale mamei recordiste, sunt crescuţi simultan de mai multe vaci. Astfel, în decursul unui an putem obţine de la o vacă 25–42 de viţei, iar în întreaga ei perioadă de viaţă – 300–600 de capete, ceea ce, la rândul său, permite accelerarea selecţiei animalelor de mare randament de 40 de ori în comparaţie cu celelalte metode cunoscute. Tehnica congelării la temperatură joasă a celulelor vii a soluţionat problema dificilă a sincronizării, coordonării exacte a ciclurilor biologice ale embrionului şi mamei adoptive. Perfecţionarea tehnicii «de colectare» a embrionilor, a congelării şi dezgheţării lor, a metodelor de transplantare, la care lucrează savanţii din Moscova, Leningrad, Chiev şi Haricov (în ultimul timp şi la AŞP «Zarea» din Republica Moldova au fost organizate puncte de transplantare a embrionilor ani­malelor agricole), trebuie să aducă o sporire esenţială a vitelor de rasă. A fost încercată în practică ideea de a sili mamele adoptive «să muncească» mai intens – să nască gemeni. Şi încă ceva. Nimeni nu fixează deocamdată recordurile de longevitate a embrionilor în azotul lichid. Se ştie numai că în mai multe laboratoare ei se păstrează în stare de anabioză câţiva ani la rând. Savanţii, însă, sunt convinşi că activitatea vitală a embrionului poate fi oprită pe zeci de ani şi chiar secole. În viitor va deveni un lucru obişnuit menţinerea în «descendenţa conservată» a potenţialului genetic al părinţilor – a unor animale agricole remarcabile.

13.3 Descendenţă copiată: clonarea animalelor

Se ştie demult că informaţia genetică a celulelor din diferitele ţesuturi ale organismului este aproape identică. Atât în ficat, cât şi în creier, în pancreas, în ovul se află aceleaşi garnituri de gene, numai că ele funcţionează în diferite organe în mod diferit. Acest fenomen de muncă selectivă (adică transcripţia) a genelor poartă numele de diferenţiere celulară. Modificările în munca genelor pot fi reversibile. În cazul acesta textul înscris în mole­cula ADN nu se schimbă, schimbările au loc în alte molecule (de exemplu, la proteine) care colaborează cu ADN şi care conduc citirea informaţiei de pe el. Dacă într-adevăr aşa este, atunci din orice celulă somatică se poate creşte un organism întreg şi devine realizabilă în principiu clonarea animalelor. Iar dacă la specializarea celulelor se produce restructurarea unor anumite segmente de ADN, modificările în programul ereditar al celulei devin ireversibile. Aceasta înseamnă că din celula pielii sau a ficatului nu se poate obţine o celulă a creierului. Prin urmare, este imposibilă şi clonarea organismelor. Cum se poate controla dacă modificările pe care le suferă ADN-ul în timpul diferenţierii celulelor sunt reversibile sau ireversibile. Răspunsul poate fi diferit. Se pot, bunăoară, analiza amănunţit succesiunile nucleotidice ADN din diferite ţesuturi ale aceluiaşi organism în diferite etape de dezvoltare. Dar această cale este extrem de grea. Informaţia ereditară a celulei este înscrisă atât în genele unice (ele conţin informaţia despre proteine), cât şi în succesiuni ale ADN-ului, repetate în moleculă de sute şi mii de ori. Există şi o altă cale pentru căutări. Se pot transplanta nucleele din diferitele celule specializate ale organismului într-un ovul fecundat, din care în prealabil a fost îndepărtat nucleul propriu. În continuare se observă cum se realizează programul genetic înscris în nucleul transferat. În citoplasma ovulului fecundat există toţi componenţii proteici necesari pentru dezvoltarea embrionului Dacă nu­cleul transplantat dispune de o informaţie de valoare complectă şi se va dezvolta, transformându-se într-un organism de valoare complectă, înseamnă că toate genele celule­lor diferenţiate pot reveni uşor la starea lor iniţială. Dacă, însă, dezvoltarea embrionului se va întrerupe în etapele timpurii, înseamnă că programul ereditar al nucleului transplantat s-a modificat ireversibil. Bineînţeles, în cazul acesta trebuie să fim convinşi, că celula a suportat bine operaţia. În prezent zeci de laboratoare din lume se ocupă cu transplantarea nucleelor. Această metodă a apărut în anul 1952, când R. Briggs şi T. Ching au transplantat pentru întâia oară în Anglia nucleul unei celule de broască. Dar un timp destul de îndelungat această realizare nu avea nici o aplicare în soluţionarea problemelor practice. În anul 1975, însă, totul s-a schimbat J. Giordon, biolog englez, a reuşit pentru prima oară să crească un mormoloc viu, transplantând în ovul un nucleu de celulă epitelială (de piele) a unei broaşte. Această muncă a convins că metoda transplantării nucleelor poate da răspuns la întrebarea cât de profunde sunt modificările din genomul celulelor specializate. Este interesant că mormolocul lui Giordon nu s-a transformat în broască Afară de aceasta, nu s-au obţinut mormoloci nici prin transplantarea nucleelor de la alte celule (ne epiteliale) ale broaştei. Embrionul înceta a se dezvolta la cele mai timpurii etape şi aceasta, după părerea lui Giordon, ţinea mai degrabă de ireversibilitatea modificărilor programului ereditar al nucleelor transplantate, decât de un eşec al tehnicii microchirurgilor Între timp Brigs şi Ching au reuşit să obţină prin această metodă o broască matură. A fost absolut identică cu cea de la care s-a luat nucleul. Datele analizelor biochimice convingeau că broasca donatoare şi broasca urmaşă erau parcă croite după acelaşi model. Au continuat încercările de a se creşte asemenea «germeni» şi la ceilalţi reprezentanţi ai regnului animal. Una din primele lucrări de utilizare a celulelor de mamifere a fost efectuată de doctorul D. Bromholl din Oxford (Anglia). El a reuşit să transplanteze nucleul unei celule somatice într-un ovul de iepure de casă. Doctorul Bromholl a folosit celulele, care au crescut mai mulţi ani în cultura unui ţesut în afara organismului. Cu aceste celule, care pot fi crescute în orice cantitate, el fecunda ovulele. Nucleul propriu ovulului a fost scos din funcţiune cu ajutorul razelor ultraviolete. Ovulul fecundat se implanta în uterul iepuroaicei care juca rolul de incubator viu. Drept urmare, se obţinea un embrion celulele căruia purtau numai genele iepurelui de casă (care demult a murit) şi ale cărui celule erau cultivate în condiţii artificiale. O ştire cu adevărat senzaţională pentru lumea savanţilor a devenit comunicarea făcută de C. Ilimenzee, profesor din Elveţia, autor al experienţelor de clonare a şoarecilor, publicate în anul 1981. Ilimenzee a comunicat că a reuşit să obţină dezvoltarea a trei şoareci de valoare complectă şi proliferici, transplantând în ovule nucleele luate din embrioni care au trecut primele etape de dezvoltare. 363 de nuclee de celule embrionare au fost transplantate în ovulele chiar atunci fecundate, din care au fost exstirpate nucleele lor proprii. Numai 142 de ovule au supravieţuit operaţia, din ele numai 96 au început să se dezvolte, dar curând jumătate au încetat divizarea. 48 de embrioni, crescuţi în eprubetă, au atins, totuşi, etapa de implantare, după care 16 din ei au fost inseraţi în uterul femelelor. Ca urmare, s-au născut trei şoareci care s-au dezvoltat normal. Ei se asemănau în toate nu cu mamele lor, ci cu şoarecii a căror nuclee au fost folosite pentru transplantare. Aceste experienţe ne demonstrează că în principiu este posibilă clonarea animalelor prin metoda transplantării nucleelor şi că greutăţile tehnice pot fi învinse. Când C. Ilimenzee şi coautorul lui P. Hoppe au comunicat că au reuşit să cloneze (să obţină copii genetic identice) animalele, aceasta a provocat un interes general. Era şi de aşteptat. Căci succesul acestor experimente ar exercita o mare influenţă asupra productivităţii multor ramuri din agricultură. În primul rând ar fi devenit posibi­lă înmulţirea animalelor cu o productivitate record, prin «luarea de copii». În prezent nimeni nu se mai îndoieşte că în principiu aceasta este posibil. Cu câţiva ani în urmă savanţii americani, după numeroase eşecuri, au reuşit, totuşi, să fecundeze în condiţii artificiale un ovul de vacă şi prin metoda transplantării să crească din el un tăuraş. Dar acum este vorba de altceva. Am mai menţionat, că na­tura a sortit ca fiecare vacă să devină mamă doar de câteva ori în viaţa ei. Întrucât ovarele ei sunt tixite de ovocite – ovule ne maturizate, din punct de vedere teoretic ea poate să nască zeci de mii de viţei, pierzându-se în acest fel turme colosale de vite de mare randament. Se consideră că există două căi reale pentru a utiliza eficace acest potenţial enorm de productivitate a animale­lor. Ambele au căpătat o dezvoltare în lucrările savanţilor de la Institutul de înmulţire şi de genetică a animalelor agricole (oraşul Puşchin). Aici embrionul este «dezbrăcat» în etapa timpurie de dezvoltare, este lipsit de membrană şi «se destramă» în celule aparte, care-s capabile să trăiască independent şi chiar să se divizeze – să dea câteva generaţii. În anumite condiţii ele se adună în grupuri, formând ceva asemănător embrionilor. Dacă acest proces va continua, se va putea obţine dintr-un singur embrion zeci de embrioni gemeni. Această înmulţire atât de bruscă a potenţialului de procreaţie a celor mai bune vaci este o cale directă spre noi principii de selecţie. Dacă avem în vasul lui Diuar cu azot lichid câteva zeci de embri­oni identici nu este greu, crescând doar câţiva dintre ei, să stabilim valoarea veridică a celorlalţi. Şi dacă ei satisfac toate cerinţele, fiecare poate fi fărâmiţat în încă zeci de gemeni de valoare complectă şi recolta totală de la o vacă va constitui de acum câteva sute de viţei. Menţionăm, aici practicienii se pot folosi şi de metodele perfecţionate de determinare a sexului embrionilor congelaţi. Metoda care promite determinarea la sigur a sexului embrionilor vitelor cornute mari în vârstă de mai puţin de două săptămâni a fost elaborată la Institutul unional de cercetări ştiinţifice în domeniul zootehniei. Toată procedura de pregătire a micropreparatelor din celule de embrion ocupă aproximativ două ore. Astfel se va afla totul despre embrionul păstrat în azotul lichid. Pentru a obţine un răspuns ferm sunt destule câteva celule de metafază: dacă găsim acolo cromozomul Y, înseamnă că în colbă se păstrează o descendenţă masculină; dacă se află numai cromozomii X – aşteptăm numai o descendenţă feminină. Dacă la determinarea sexului vom observa mai atent cromozomii (şi nu numai cei sexuali), vom putea să apreciem capacitatea embrionului de transplantare, să clarificăm, dacă nu există vre-o anomalie cromozomică. Dacă le evidenţiem, embrionul trebuie rebutat. A fost elaborată şi o altă cale de obţinere a unei descendenţe numeroase. Odată ce majoritatea covârşitoare a celulelor embrionare, a ovocitelor nu se maturează în condiţii naturale, ar fi bine să se asigure maturarea lor în condiţii artificiale. După cum povesteşte A. Golubev, conducătorul laboratorului de cultivare a embrionilor la institutul indicat mai sus, această tehnologie de reproducere se prezintă în felul următor: după ce vaca recordistă de la care s-a obţinut de acum totul, a fost rebutată, din ovarele ei se extrag ovocitele care se pun într-un mediu nutritiv favorabil maturării. Apoi ovulele maturate sunt fecundate şi embrionii obţinuţi sunt transplantaţi mamelor adoptive. Tocmai aşa procedează savanţii de la Institutul de în­mulţire şi de genetică a animalelor agricole. În vara anului 1982 ei au extras din ovarul unei vaci adus de la combinatul de carne celulele embrionare, aflate la etapa timpurie de dezvoltare, şi le-au pus într-un mediu nutritiv artificial. După maturare ele au fost fecundate. Peste o zi ovarele au început a se diviza. Mecanismul vieţii care, după pieirea vacii-mame, s-a oprit, a început iar. Trei embrioni au fost transplantaţi juncii recipiente. Unul dintre ei s-a prins şi în ianuarie 1983 vaca «Nadejda» a născut fiul său adoptiv, numit «Perveneţ». Experimentul reuşit de fecundare artificială a ovocitului şi de creştere în eprubetă, de transplantare a acestuia vacii recipiente, a devenit un pas important în dezvoltarea biologiei mondiale. Peste un an profesorul A. Golubev a declarat într-un interviu acordat corespondenţilor: «Perveneţ» se distinge printr-o sănătate excelentă şi prin ritmul dezvoltării sa­le. Cu toate că raţia sa de hrană este obişnuită, el sporeşte zilnic în greutate cu mai bine de un kilogram şi cântăreşte peste patru chentare. Specialiştii din multe centre ştiinţifice ale lumii se ocupă cu obţinerea artificială a embrionilor şi cu transplantarea lor. Se pune sarcina de a învăţa cum să clonăm – să înmulţim animalele de tip genetic unical pe cale industrială. Astfel se vor accelera cu mult termenele de selecţie a unor rase de vite de mare randament. Până în prezent, însă, au reuşit doar experienţele cu alte animale, precum şi transplantările la vacile recipiente a unor embrioni vii, luaţi de la vacile donatoare. Specialiştii geneticieni în frunte cu academicianul L. C. Ernst, au elaborat pentru prima dată metodele de modelare în eprubetă a celor mai fine procese de naştere a organismului viu. Această orientare a ingineriei celulare este o cale sigură de obţinere a viţeilor şi a altor animale agricole, care prezintă o copie fidelă a părinţilor lor.

13.4 Animale transgenice

F. Bernet, laureat al premiului Nobel, cu aproape cincisprezece ani în urmă în cartea sa «Genele. Visuri şi realitate» a prezis, că ingineria genetică la nivelul unui întreg orga­nism nu va putea fi realizată tehnic decât în secolul XXI. Într-adevăr, până în prezent toate realizările ingine­riei genice a animalelor se refereau la celule sau embrioni aparte, crescuţi în afara organismului. Şi erau numai celu­le somatice, nu sexuale. Iar obţinerea unui organism animal normal, viabil dintr-o celulă somatică este o problemă foarte complicată. După cum am mai menţionat, dificultăţile ţin de modificările ireversibile din programul ereditar al celulelor somatice specializate. Chiar şi la plante un orga­nism poate fi obţinut numai din celule meristematice (ne specializate) sau din celule callus (dediferenţiate) ale altor organe, cu toate că multe dintre ele, după cum ştim, se înmulţesc uşor pe cale vegetativă. Oricum, numai celulele sexuale pot transforma programul ereditar într-un individ de valoare complecta. Aceasta înseamnă că dacă vom insera gena necesară în cromozomul celulei sexuale, individul matur obţinut din ea va conţine această genă în fiecare celulă a corpului său şi o va transmite prin ereditate. Succesele obţinute de microchirurgie la operarea unor celule aparte au făcut ca această sarcină să devină absolut reală. Dar se cerea îndrăzneală ca după operaţia de inginerie genică să se crească un organism viu. Acest lucru l-au realizat pentru prima dată F. Leisi de la Universitatea Oxford (Anglia). Trebuia transplantată o genă a unui epure de casă unui şoarece. Gena globinei a fost în prealabil clonată, adică separată din cromozomul epurelui de casă şi multiplicată în componenţa plazmidei inelare. Apoi copii ale acestei gene au fost inserate cu o micropipetă foarte fină în nucleele ovulelor de şoarece chiar atunci fecundate. După transpalntare au rămas viabile jumătate din celule. Ele au fost introduse înapoi în oviductul femelelor. Numai 15% din ele au evoluat în şoricei de valoare complectă. Controlul a demonstrat că nu la toate animalele nou-născute gena străină s-a integrat în cromozomi. Au fost cercetaţi 24 de şoricei şi numai 9 dintre ei purtau gena globinică a iepurelui de casă. Trebuia de verificat dacă aceste gene se transmit prin ereditate. În acest scop masculii, care aveau gena iepurelui, au fost încrucişaţi cu şoarecii obişnuiţi. S-a constatat că în toate cazurile gena a fost moştenită. Iar aceasta însemna că s-a integrat stabil nu numai în cromozomii celulelor somatice, dar şi în cele sexuale. Primele experienţe reuşite au fost urmate de altele. În anul 1981 în presă au apărut comunicări cu privire la inserarea genelor străine clonate în ovulele fecundate de şoarece, care apoi se introduceau din nou în uter pentru dezvoltarea lor continuă. În ovulul fecundat al şoarecilor era inserată o moleculă de ADN, care conţinea gena globulinei b de iepure de casă şi de om, gena virotică, fermentul timidinchinaza de codificare, precum şi gena hormonului de creştere a şobolanului. Ne vom opri mai amănunţit asupra ultimului exemplu. Experimentul efectuat de un grup de biologi americani în frunte cu R. Palmiter şi R. Brinster consta în următoarele. La început a fost creată gena artificială, compusă dintr-un sector de reglare – promotor al uneia din genele şoarecelui, şi o genă structurală, ce codifică hormonul de creştere a şobolanului. Apoi copiile genei artificiale au fost inserate în pronucleele feminine ale ovulelor şoa­recilor, după care aceste ovule se implantau şoarecilor, care jucau rolul de mame adoptive. La şapte din 21 de şoricei nou-născuţi a fost descoperită expresia genei hormonului de creştere a şobolanului – cu alte cuvinte, genele şobo­lanului au început să funcţioneze în organismul şoare­celui. Numai unul dintre cei şapte şoareci a crescut până la o mărime normală – ceilalţi erau mult mai mari şi creşteau mai repede decât cei obişnuiţi. Este uşor de înţeles: la aceşti şoareci «transgeni » (cu gene transplantate) în serul sângelui se aflau foarte mulţi hormoni de creştere – la unii de 800 de ori peste normă! Astfel, prima dată introducerea ADN-ului străin a provocat un efect extern foarte pronunţat. Afară de aceasta, deoarece s-a reuşit să se demonstreze că 10 dintre cei 19 urmaşi ai unuia din masculii transgeni au moştenit hormonul «străin» de creştere, aceasta poate servi drept dovadă a faptului că astfel se va putea obţine moştenirea caracterelor şi proprietăţilor programate de către savanţi. Această orientare poate găsi aplicare în practica zooteh­niei, bunăoară la stimularea creşterii animalelor şi sporirea randamentului de lapte. O confirmare a acestui fapt sunt experienţele efectuate recent asupra oilor. Savanţii australieni au creat pentru prima dată în lume o oaie «transgenă», introducând în embrion o genă responsabilă de producţia hormonului de creştere la oi. A fost un pas înainte pe calea creării unor animale mai mari, care cresc repede, precum şi a accelerării procesului de selecţie în zootehnie. Gena hormonului de creştere la oi a fost inserată în embrion, atunci când acesta era compus dintr-o singură celulă. Apoi celula a fost implantată într-o altă oaie, în care a crescut mielul. Cercetările de laborator au arătat, conform spuselor lui T. Scot, conducătorul experimentului, că genele noi s-au inserat în celulele «transgene». Dacă experimentul va reuşi, această metodă va permite să se obţină animale de 1,5 ori mai mari, care cresc de 1,3 ori mai repede decât de obicei. Transplantul genetic al lui Scot este rezultatul unei munci de peste trei ani. El este considerat în sferele ştiinţifice drept un pas fundamental înainte, care va conduce la o abordare nouă în principiu în ce priveşte înmulţirea ani­malelor agricole. Experienţe asemănătoare se fac şi cu populaţiile ma­rine. Din cauza micşorării rezervelor de peşte din Oceanul mondial se studiază posibilitatea creării unei reţele largi de ferme marine, în care lumea animală a mărilor se va afla sub controlul omului. Dar principalele obstacole în realizarea acestui scop sunt: poluarea cu substanţe toxice a apelor litoralului mării, bolile infecţioase ale peştilor şi creşterea lor relativ lentă. În legătură cu aceasta D. Pauers şi colaboratorii săi (SUA) au elaborat metode de inginerie genică în scopul de a accelera creşterea peştilor, precum şi pentru a le elabora rezistenţa la temperaturi joase, la substanţe toxice şi la agenţi patogeni ai bolilor infecţioase. Pentru a mări viteza de creştere a peştilor se foloseşte gena clonată a hormonului de creştere a mamiferelor, care seamănă mult cu gena analogă a peştilor. Savanţii americani au constatat că introducerea acestei gene în icrele fecundate ale unor specii de peşti provoacă o sporire simţitoare a ritmului lor de creştere. Ei au efectuat de asemenea experienţe de transplantare a genelor, care le acordă peştilor rezistenţă faţă de temperaturile scăzute. Aceste gene codifică formarea proteinelor cu proprietăţi de antigen. Una dintre aceste proteine este în stare să adiţioneze cristale foarte mici de gheaţă, scăzând astfel cu 1 – 2°CE temperatura de îngheţare a lichidului. Aceste proteine au fost separate din ţesuturile speciilor de peşti din Antarctida. Şi, în sfârşit, a treia orientare este utilizarea gene­lor care codifică proteinele metalotioneinei, care fixează compuşii toxici, de exemplu ionii metalelor grele. Inserarea acestor gene în icrele fecundate ale peştilor trebuie să sporească rezistenţa puietului de peşte în caz de prezenţă în apa mărilor a substanţelor toxice. Conform părerii autorilor, prezintă perspective mai mari utilizarea genelor clonate ale metalotioneinelor pentru obţinerea acestor pro­teine prin metodă microbiologică şi apoi îndepărtarea cu ajutorul lor a' metalelor grele din apa marină. Aşa dar, am examinat rezultatele unor experimente de transferare a genelor străine în ovulele diferitelor clase de animale. În ultimul timp în diferite ţări ale lumii se efectuează asemenea. cercetări, deoarece ele prezintă nu numai o mare importanţă ştiinţifică, dar şi o mare însemnătate practică. În timpul apropiat rezultatele obţinute vor putea fi, probabil, folosite pentru tratamentul bolilor ereditare ale oamenilor şi animalelor, provocate de anomaliile congenitale ale aparatului genetic al celulelor. Inserarea în aparatul genetic al embrionilor de mamifere a genelor străi­ne respective va putea restabili funcţionarea normală a unor sectoare anumite ale ADN-ului şi preveni în felul acesta dezvoltarea bolilor ereditare.

XIV. FONDUL GENETIC AL BIOSFREREI

14.1 Rolul organismelor vii în natură şi în economia naţională

Lumea vie care ne înconjoară ne frapează prin varietatea sa. În aceasta constă frumuseţea ei care stimulează munca creatoare a pictorilor şi sculptorilor, compozitorilor şi cântăreţilor, scriitorilor şi poeţilor. Varietatea regnului vegetal şi animal creează un anumit echilibru în natură, el oglindeşte starea reală a fondului genetic al populaţiilor şi speciilor, care s-au format timp de milioane de ani în decursul evoluţiei biologice. Noţiunea de fond genetic include, de obicei, totalitatea genelor tuturor indivizilor, care determină formarea celor mai diferite caractere şi proprietăţi ale fiecărui indi­vid în parte, precum şi a speciei luate în ansamblu, datorită cărora ea poate să se adapteze la orice condiţii de existenţă şi să-şi continue evoluţia. Populaţiile care se înmulţesc pe cale sexuată au un fond genetic relativ stabil. Specia luată ca un tot întreg are un fond genetic unic, care stă la baza procesului de formare a noi rase şi specii. Fiecare dintre noi ştie că existenţa oricărei specii este imposibilă, dacă ea este izolată de toate celelalte la fel după cum ar fi imposibilă existenţa oricărui om în afara comunităţii umane. În natură toate speciile se află într-o legătură reciprocă, fiind legate unele de altele prin mii de fire invizibile care în ansamblu contribuie la supraveţuirea fiecăreia din ele. Este vorba în primul rând de legăturile trofice, care se stabilesc între producătorii de substanţe organice (plantele verzi), consumatori (organismele heterotrofe) şi reductorii resturilor organice (microorganismele). Aceste trei grupe de organisme formează împreună taxoni mai mari — biocenozele, în limitele că­rora se produce ciclul biologic al substanţelor. Cu cît biocenoza se caracterizează printr'o varietate mai mare a fiecărei specii din aceste grupe de organisme, cu atât în ea se va observa un echilibru genetic mai bun. Din această cauză noţiunea de fond genetic capătă şi un sens mai larg. Putem vorbi despre fondul genetic nu numai al unor specii aparte, dar şi a biocenozelor luate în ansamblu şi, în ultimă in-stanţă, despre fondul genetic mondial sau biosferic. Pentru planeta noastră luată în ansamblu noţiunea de fond genetic se asociază cu totalitatea speciilor de plante, animale şi microorganisme ce o populează şi care creează un anumit echilibru în biosfera Pământului fără care omenirea n-ar putea exista. Noi toţi ştim ce rol joacă plantele, animalele şi regnul fiinţelor invizibile în natură şi în viaţa omului. Plantele verzi, care realizează procesul fotosintezei, sînt izvorul existenţei bunăstării şi dezvoltării vieţii pe Pământ. Vegetaţia exercită o mare influenţă asupra climei, bazinelor de apă, lumii animale şi asupra celorlalţi componenţi ai biocenozelor. Ea este o sursă de nesecat de produse alimentare, tehnice şi de materie primă medicamentoasă, de materiale de construcţie foarte variate. Aproape 50% din toate medicamentele sînt de origine vegetală; 80°CE de picături cardiace sînt nişte extracte pregătite din ierburi şi flori. Aţi auzit, probabil, şi despre plantele-meteoroloji. barometre vii, indicatori de minerale utile. Puţini ştiu, însă, că plantele se pricep şi la muzică. Când se cântă la vioară muzica antică indiană, mimoza cea timidă creşte de 1,5 ori mai repede. Plantele cele mai «muzicale», adică care reacţionează pozitiv la sunete, sînt orezul şi tutunul. C. Roberts, un grădinar amator din Anglia, interpretând diferite melodii, a crescut una dintre cele mai mari pătlăgele roşii din lume, cu greutatea de 2 kg. Savanţii americani au observat că muzica clasică, de cameră accelerează creşterea plantelor, în timp ce muzica de jaz o încetineşte. Proba­bil, nu degeaba jazul, mai ales în interpretare proastă, provoacă multor oameni emoţii negative. Uneori plantele servesc drept obiecte de cercetare bionică. Natura a înzestrat unele organe cu o structură atât de perfectă, încât inginerii n-au putut să nu acorde atenţie acestui fapt şi utilizează aceste principii la proiectarea construcţiilor tehnice. Savanţii germani au folosit, bunăoară, schema structurii crustei diatomeelor la construirea suportului marelui ecran pentru Teatrul verde din Berlin. Arhitectul P. Soleri a proiectat un pod peste un fluviu cu o lungime de peste 1 km. Construcţia acestui pod prezintă o copie a unei frunze semirăsucite, care are o deosebită trăinicie. Se poate vorbi încă mult despre folosul plantelor. Muşchii şi lichenii servesc drept indicatori minunaţi ai poluării radioactive. Euhornia e o simplă buruiană. Ea creşte în regiunile subtropicale şi oamenii caută pe măsura posibilităţilor să scape de ea, deoarece, înmulţindu-se foarte ^ repede, umple canalele şi albiile râurilor, împiedică navigaţia. S-a constatat, însă, că această plantă absoarbe repede din apă (datorita creşterii ei rapide) multe substanţe dăunătoare, inclusiv insecticidele şi fenolii; afară de aceasta, ea suge ca un burete compuşii celor mai periculoase metale grele — mercurul, plumbul, cadmiul. De aceea acolo unde creşte ea, apa este totdeauna curată. Deci cum am aprecia folosul şi dauna pe care le aduce euhornia? La fel de important este şi rolul pe care îl au animalele în natură şi în viaţa omului. Lumea animală constituie o parte importantă a biosferei, participând la circuitul biologic al substanţelor. Animalele exercită o mare influenţă asupra vieţii plantelor. Să ne amintim în acest sens de insectele polenizatoare şi de păsările transportatoare de seminţe. Animalele sălbatice constituie o sursă inepuizabilă pentru domesticirea şi încrucişarea lor cu animalele domestice, pentru crearea unor rase noi. Cunoaştem cu toţii importanţa estetică a animalelor. E vorba nu numai de păsările decorative, de fluturii şi peştişorii din acvariu... Animalele servesc ca obiecte de cercetări ştiinţifice, inclusiv de cercetări medicale şi bionice. Încă filozoful antic Democrit (sec. 4—3 î. e. n.) a menţionat: «Noi am învăţat de la animale, imitând cele mai importante lucruri: de la păianjen am în­văţat croitoria; cântecul — de la privighetoare; construirea locuinţelor — de la rândunele». În unul din capitolele anterioare am vorbit despre serviciul pe care îl prestează truditorii microlumii. Dar activitatea lor este mult mai vastă. Să nu uităm că microbii efectuează aproape o mie de reacţii chimice. Fiecare dintre ei poate prelucra o masă biologică de 30—40 de ori mai mare decât greutatea lui proprie. Cu ajutorul lor sînt sintetizate antibioticele, vitaminele (B12, A, D2) pe care, deocamdată, nu le putem obţine pe cale ne biologică. Folosirea micro-bilor pentru obţinerea hormonului cortizon a redus costul acestui preparat de 100 de ori. Recent savanţii au descoperit încă o însuşire a microbilor: s-a constatat că mulţi dintre ei pot face rezerve de metale. Mucegaiurile aspergilei, bunăoară, conţin 0,3% de cupru — de 30 000 de ori mai mult decât mediul ambiant. Multe bacterii acumulează în cantităţi mari uran: alga microscopică, clorela de apă dulce — aproximativ 0,4% de masă uscată, actinomicitele — 4,5%, bacteriile denitrificative — 14%, iar culturile alese special de drojdii sau pseudomonade — aproape 50 %. Bacteria bacilus subtilis poate extrage din soluţii apoase – aproximativ 40 metale diferite, inclusiv aurul. Tulpinile special construite de microorganisme extrag din sol în condiţii de laborator aproximativ 82% din aurul pe care-l conţine. Majoritatea microorganismelor despre care am amintit trăiesc în mediul acvatic, mai alee în ocean. În ultimii ani, însă, Oceanul mondial este considerat tot mai mult o sursă potenţială de diferite substanţe utile, ale căror re­zerve pe uscat s-au micşorat mult, iar unele sînt pe cale de dispariţie. În apa marină sînt dizolvate 6 miliarde tone de cupru, 4 miliarde tone de uran, 0,5 miliarde tone de argint, aproape 10 milioane tone de aur. Nu pot fi oare extrase aceste bogăţii cu ajutorul microorganismelor, care au minunata capacitate de a concentra metalele? Aceasta nu este o idee fantastică. Doar microbii care acumulează metalele întrec sorbenţii chimici prin capacitatea lor de absorbţie, cît şi specificul absorbţiei. Afară de aceasta, microbii bioabsorbenţi pot purifica de metale grele, inclusiv de cele radioactive, scurgerile industriale. Cultura mucegaiurilor de ficomicete separă uranul din apa poluată de 3,5 ori mai repede, iar torul — de 2—3 ori mai re­pede decât răşinile schimbătoare de ioni. Şi dacă vom uti­liza cultura de bacterii dinitrificative, peste 8 minute de contact cu bioabsorbantul, concentraţia de uran din apă se reduce de la 25 la 0,5 mg/l. Pentru sporirea eficacităţii acestor sisteme de purificare pot fi «perfecţionate» microorganismele folosite în ele prin metode de inginerie genică. În SUA a fost patentată metoda de detoxificare biologică a apelor de scurgere — acolo funcţionează bacteriile pseudomonadei, cărora le-au fost încorporate plazmidele ce determină sinteza proteinei, care separă mercurul din compuşii ei. Celulele uzate sînt arse apoi, iar mercurul — separat din produsele lor de ardere. Dar din toate cele create până în prezent de natură nimic nu poate fi comparat cu capacitatea fantastică de adaptare, caracteristică fiinţelor invizibile. Există bacterii care se pot afla în hidrogen lichid (-252°C) timp de 20 de minute, iar temperatura de —200°C o suportă câteva luni. Savanţii americani au descoperit bac­terii vii în craterele vulcanilor de pe fundul oceanului. Ele trăiesc şi se înmulţesc la o temperatură de 250°C şi la o presiune de 265 atmosfere. Pe fundul Oceanului Pacific a fost descoperit un izvor termal cu temperatura de 400°C. În acest «uncrop» trăiesc nu numai bacterii, dar şi unele moluşte şi viermi. Diapazonul presiunii la care este posibilă viaţa frapează imaginaţia: de la 8 mii de atmosfere (drojdiile) până la 0,001 milibari (seminţele şi «sporii). Imaginaţia noastră refuză să-şi prezinte acest lucru, dar unele specii de bacterii se simt normal în apele reactorilor atomici la o doză de radiaţie de 2—3 milioane de Rad. Pentru comparaţie, radiaţia naturală cronică pe globul pământesc variază între 48 de microrad şi un rad pe an. De ce am caracterizat atât de amănunţit rolul multilateral pe care-l joacă fiinţele vii? Pentru a clarifica că fără ele omul nu poate exista. În procesul evoluţiei de sute de mii şi milioane de ani, toate formele de viaţă au selectat şi au fixat în aparatele lor genetice capacitatea de a se adapta perfect la condiţiile specifice de mediu. În majoritatea cazurilor aceste adaptări nu pot fi create de om în mod artificial. De aceea fiecare specie, chiar dacă se pare că n-are în pre­zent nici o însemnătate practica, poate deveni de mare valoare. Dispariţia oricărei specii înseamnă o renunţare conştientă la un conservator al fondului genetic potenţial şi o ştirbire nu numai a intereselor ştiinţei, dar şi a posibilităţilor practicii viitoare. E de mare importanţă menţinerea fondului genetic mondial, în special a acelor plante şi animale, care au devenit de acum rare şi al căror mediu de trai este ameninţat de o bruscă înrăutăţire.

14.2 Banca de gene a plantelor

Problema păstrării fondului genetic al speciilor existente de plante este una din problemele generale ale protec­ţiei naturii vii. Pentru păstrarea varietăţii vegetale în întreaga lume a fost creată o reţea largă de rezervaţii şi de grădini botanice. Dar rezervaţiile în care se păstrează biocenozele tipice nu pot garanta pe deplin păstrarea tuturor speciilor de plante, care vieţuiesc pe teritoriul lor. În grădinile bo­tanice, la rândul lor, se păstrează de obicei numai nişte grupe mici de plante. De aceea savanţii îşi leagă toate speranţele pe viitor de crearea băncilor de seminţe, sau, cum mai sînt ele numite, băncile plasmei embrionare (germinale). În legătură cu aceasta Organizaţia alimentară şi agricolă a ONU (FAO) a propus un program internaţional de protecţie şi păstrare a formelor sălbatice ale plantelor cultivate. Aceste forme au servit pe vremuri drept material pentru creşterea tuturor culturilor agricole contemporane. Şi dacă în prezent multe dintre ele sînt pe cale de dispariţie complectă, aceasta înseamnă că pot dispare pentru totdeauna genele care determină diferitele însuşiri ale plan­telor. FAO recomandă să se ţină la evidenţă materialul gene­tic existent şi să se organizeze un sistem internaţional de «bănci» pentru păstrarea permanentă a fondului genetic mondial al plantelor. Aici rolul principal aparţine Institutului unional de fitotehnie (IUF), unde este concentrată cea mai mare colecţie de gene din lume. Fondatorul ei a fost academicianul N. I. Vavilov. Tânărul Vavilov a fost unul dintre primii care a înţeles ce înseamnă genetica pentru agricultură. Odată ce gene­le răspund de calitatea soiului şi din ele pot fi obţinute orice fel de combinaţii dorite, Vavilov, primul în lume, a hotărât să organizeze o colecţie gigantică de gene, să alcătuiască o genotecă unică. Conform planurilor sale, această genotecă va fi de folos selecţionatorilor abonaţi, care vor construi soiuri noi de plante. De aceea a apărut ideea de a trimite în toate ţările lumii expediţii speciale din Rusia pentru colectarea genelor. Întrebarea era: unde trebuie să fie căutate ele ca să nu se piardă timpul în zadar? După ce a studiat mii de cărţi, Vavilov, care avea o capacitate de muncă fenomenală, a descoperit că soiurile plante­lor cultivate s-au răspândit prin întreaga lume doar din câteva centre geografice, punând baza teoriei cu privire la centrele de origine a plantelor cultivate. Vavilov considera că aceste centre au fost locurile de concentrare ale , bogăţiilor genice. N. I. Vavilov, colaboratorii şi discipolii săi au organizat circa 150 de expediţii în cele mai îndepărtate colţuri ale CSI şi 50 — în diferite ţări străine. În urma acestor expediţii, precum şi a schimbului multianual de probe de seminţe şi de material săditor, în­tre instituţiile ştiinţifice ale tuturor ţărilor din lume la institut a fost creată o colecţie unică de seminţe. Numai între anii 1930 şi 1940 IUF a expediat la cererea selec­ţionatorilor de la centrele de selecţie din Uniunea RSS 1,5 milioane de pachete cu probe. În anul 1940 colecţia IUF număra de acum aproape 200 mii de probe. A fost cea mai mare din lume atât după cantitatea materialului colectat, cît şi după componenţa lui calitativă. IUF întreţine contacte de afaceri pentru schimbul de resurse genetice cu 754 de instituţii ştiinţifice din 98 ţări ale lumii. Numai în anii 1965—1975 au fost introduse peste 110 000 de probe ale diferitelor plante şi în pre­zent întreaga colecţie a IUF numără aproape 300 mii de pro­be de plante cultivate şi de rubedenii sălbatice ale acestora. Dintre ele gramineele formează peste 75 de mii, porumbul şi plantele boboase — aproape 40 de mii, păstăioasele — aproape 25 de mii, leguminoasele şi bostănoasele — aproape 20 de mii ş. a. m. d. Colecţia de la institutul care poartă numele organizatorului şi primului său director, a academicianului N. I. Vavilov, reuneşte speciile sălbatice, rubedeniile culturilor cultivate, soiurile locale veci şi populaţiile din diferite raioane ale CSI şi ale diferitelor ţări ale globului pământesc, soiurile veci şi soiurile de selecţie ce­le mai noi, hibrizii, mutanţii, haploizii, poliploizii ş. a. Ea serveşte drept bază principală pentru crearea soiurilor şi hibrizilor tuturor culturilor agricole. Colecţia surselor de gene (a donatorilor de gene) prezintă aşa-zisul material de construcţie, pe baza căruia selecţionatorul creează noi soiuri şi hibrizi, rezistenţi la boli, la condiţii nefavorabile, cu o perioadă de vegetaţie de durată necesară, potrivite pentru cultivarea şi recoltarea mecanizată, cu un randament şi o calitate a producţiei sporite. Miile de probe de seminţe obţinute de la fiecare cultură îi permit selecţionatorului să le aleagă pe cele de care are nevoie, care au caracterele necesare pentru creşterea unui soi nou, mai potrivit. Pe baza colecţiilor IUF au fost crescute aproape 1000 dintre cele mai bune soiuri de culturi agricole. Un exemplu minunat de utilizare a fondului mondial genetic de selecţie este crearea soiului de grâu «Bezostaea-1», cunoscut în lumea întreagă. Plantele de acest soi au o tulpină mică, sînt rezistente la rugină, la frig, sînt foarte roditoare, reacţionează la îngrăşare, se macină bine şi au bune calităţi gustative. Acesta este un soi cu adevărat «genial»! La creşterea lui academicianul P. P. Luchieanenco a utilizat soiurile de grâu din diferite ţări şi continente, aflate în colecţia IUF. De exemplu, forma paternă a soiului «Bezostaea-1» a fost de origine argentinian: «Clein 33». Acesta din urmă a fost crescut cu participarea soiului italian «Ardito», obţinut prin încrucişarea grâului moale european cu forma japoneză «Acagomuchi», ce are tulpină joasă şi care a transmis acest caracter soiului «Clein 33». Ultima calitate a fost moştenită de «Bezostaia 1». P. P. Lucieanenco, lucrând la crearea soiurilor noi de grâu mult mai roditoare, a încrucişat «Bezostaea 1» cu soiu­rile rezistente la pătulire din RDJ şi a obţinut soiurile de grâu de toamnă cu un înalt randament, numite «Avrora» şi «Cavcaz». Acestea au tulpină mică, sînt rezistente la pătulire şi la boli criptogamice, recolta e de 70—80 centale la hectar. În prezent depozitul naţional de seminţe a fost mutat din Leningrad în orăşelul Botanica de lîngă Crasnodar. Fondurile lui se complectează mereu, în noua cămară de gene se vor păstra în containere, ce au capacitatea de 0,5 kg, peste 400 de mii de probe de diferite seminţe. A fost adoptată o nouă tehnologie de păstrare a fondului de colecţie. Seminţele uscate în prealabil se păstrează normal la +4°C fără a fi reânsămânţate 25—30 de ani, menţinându-şi norma fiziologică. Conservarea genomilor sub formă de seminţe urmăreşte un scop dublu. În primul rând, să păstrează fondul genetic al plantelor rare pe cale de dispariţie, în rândul al doilea, pot fi studiate posibilele modificări genetice în cazurile de păstrare îndelungată a seminţelor, fapt de mare importanţă pentru ştiinţă. Banca de probe nu soluţionează, de bună samă, problema păstrării fondului genetic al plantelor, deoarece la înmulţirea prin seminţe nu se reproduc întotdeauna toate ca­racterele, pe care dorim să le păstrăm. Afară de aceasta, multe plante se înmulţesc numai pe cale vegetativă. În astfel de cazuri fondul genelor poate fi păstrat numai prin conservarea la mare frig a ţesuturilor din zona de creştere (meristem) şi a embrionilor cultivaţi în afara organismului (structurile embrionare), precum şi a celulelor sexuale şi somatice. Cea mai bună metodă, însă, va fi nu păstrarea celulelor, chiar dacă întotdeauna vom putea obţine din ele o plantă întrea­gă, ci păstrarea meristemelor care oferă posibilitatea de a restabili complect şi de a înmulţi genotipul dat. În cazul utilizării meristemelor, metodele de regenerare a plan­telor au fost elaborate deja pentru 60 de specii şi ele se aplică larg în practică. O altă metodă specială, care face posibilă păstrarea genotipului iniţial este cultivarea embrioizilor obţinuţi din celulele somatice sau din polen, când anterele sînt cultivate in vitro. Până în prezent s-a reuşit a se restabili cultura de celule, după ce ele s-au aflat în azot lichid, ale plopului, paltinului, mătrăgunei, morcovului ş. a. Celulele morcovului au păstrat capacitatea de a regenera plante întregi. La tutun s-a reuşit a se «învia» embrioizii dezgheţaţi, crescuţi într-o cultură de antere. După aceea din ei s-au obţinut plante. Aşa dar, pentru crearea unei bănci de gene ale plantelor, e nevoie de colecţii mari de seminţe, de congelarea polenului, a celulelor, embrioizilor şi ţesuturilor meristemice cultivate, din care este mai uşor a regenera planta. Întreaga operaţie de păstrare a celulelor constă din următoarele etape principale: pregătirea culturii de celule, adăugarea la ea a crioprotectorului, congelarea programată, păstrarea în azot lichid, dezgheţarea, îndepărtarea (spălarea) crioprotectorului, determinarea viabilităţii celulelor, recultivarea (adică restabilirea culturii) şi, dacă este posibil şi necesar, regenerarea plantelor.

14.3 Fondul genetic al plantelor

Activitatea economică şi de producţie a omului a devenit un factor ce ameninţă existenţa multor specii de animale. Numai de la începutul secolului al XVII au dispărut de pe planetă 150 specii de animale sălbatice şi păsări, dintre care 75 au dispărut în ultimii 50 de ani. În Cartea Roşie a Asociaţiei internaţionale de protecţie a naturii au fost înscrise 768 specii şi 371 subspecii de animale vertebrate, iar în Cartea Roşie a fostei Uniunii RSS — 92 specii şi subspe­cii de mamifere, 80 specii de păsări, 35 specii de reptile, 209 (!) specii de insecte ş. a. m. d. Reducerea numărului de specii ameninţă existenţa lor, iar reducerea numărului de indivizi ai fiecărei specii duce la reducerea varietăţii genetice. Unul dintre factorii de accelerare a ritmului de reducere şi de dispariţie a multor specii este stresul, cauzat de civilizaţie. Într-o situaţie deosebit de periculoasă se află aborigenii, adică rasele locale de animale. Din­tre cele 145 de rase, crescute în Europa, 115 sînt în dis­pariţie. Uneori savanţii reuşesc să salveze unele specii ameninţate de nimicire completă prin înmulţire în condiţii artificiale. Astfel a fost salvată antilopa, orixul alb, renul-lui-David. La începutul acestui secol în parcurile zoologice ale Europei rămăsese doar 16 reni din această specie. În prezent numărul lor e le 400. După cel le-al doilea război mondial pe teritoriul braniştei Belovejscaia a rămas un singur zimbru. Datorită eforturilor comune ale specialiştilor sovietici şi polonezi numărul lor s-a mărit treptat până la 1000. Înmulţirea în captivitate a speciilor rare de animale sălbatice până la numărul când nu mai există pericolul de dispariţie este o metodă ce s-a îndreptăţit. De acest lucru se ocupă în prezent savanţii de la 800 de parcuri zoologice ale lumii, în care se întreţin 161 specii de mamifere şi 72 specii de păsări. În fosta URSS se întreţineau în parcuri 127 specii şi subspecii de animale. În parcurile zoologice din lume se nasc. bunăoară, în fiecare an 200 de pui de tigru-de-Amur, care a devenit o raritate în locul său de baştină. În procesul de creştere a animalelor în parcurile zoologice se iscă de bună samă, o serie de probleme. Una dintre acestea este înmulţirea animalelor sălbatice în captivitate, Căci la multe dintre ele dispar deprinderile comportamentului sexual şi matern. Pe de altă parte, din cauza înmulţirii prin încrucişarea rudelor apropiate se reduce varietatea genetică. Populaţia din 50–100 de indivizi poate asigura păstrarea doar a unei jumătăţi din fondul genetic al speciei. Dar în parcurile zoologice este imposibil a întreţine asemenea grupuri numeroase de animale, mai ales ale mamiferelor mari. Şi, în sfârşit, apare problema dezvoltării la pui a deprinderilor necesare pentru viaţă în libertate. Nu încape îndoială că formele cele mai fireşti şi de aceea şi cele mai eficace de protecţie a fondului genetic al speciilor rare de plante, precum şi de animale sunt rezervaţiile şi parcurile naţionale. În prezent în lume există peste 40 mii de astfel de instituţii. În fosta URSS existau141 rezervaţii, 12 parcuri naţionale şi 2700 teritorii, rezervaţii cu o suprafaţă totală de aproape 57 milioane de hectare. În RM există 2 rezervaţii – «Codru», pe teritoriul raioanelor Nisporeni şi Străşeni, şi «Pădurea Rădenilor» în raionul Ungheni. Suprafaţa lor totală este de aproape 11 mii hectare. Curând vor fi organizate încă două rezervaţii: «Beleu» în raionul Vulcăneşti şi «Golful de la Goean» în raionul Dubăsari. Se prevede şi crearea unui parc naţional pe teritoriul gospodăriei Orhei, o rezervaţie de faună «Lângă Prut» în raionul Glodeni şi «Şoimul» în raionul Camenca. Ce se poate, însă, face cu speciile al căror număr de indivizi s-a redus la limită şi care sunt ameninţate să dispară complect, dacă au rămas în viaţă numai femele sau numai masculi? Cum trebuie să procedăm, ca să înapoiem specia naturii? În februarie 1976 la Centrul ştiinţific de cercetări biologice din Puşcino al AŞ a fostei URSS s-a ţinut o consfătuire neobişnuită. Ea a fost consacrată problemei păstrării speciilor de animale pe cale de dispariţie prin conservarea genelor lor. Iniţiativa acestei consfătuiri îi aparţine profesorului B. N. Veprinţev, care a emis ideea cu privire la colectarea şi conservarea genomilor (garnitura de gene) animalelor, pentru ca în viitor, dacă va fi necesar şi vor apare posibilităţi tehnice, să fie regenerate din ele speciile dispărute. Tocmai această idee a fost pusă în discuţie la Puşcino. Consfătuirea a aprobat propunerea de a se conserva genomii sub formă de celule sexuale şi celule somatice, precum şi embrionii, cu toate că multora ideea li s-a părut utopică. Dar numai peste doi ani participanţilor la Asambleia generală a Asociaţiei internaţionale de procreare a natu­rii, ce a avut loc la Aşhabad, propunerile lui Vepreianţev nu le-au mai părut chiar atât de ireale. Ideea salvării faunei pe cale de dispariţie prin crearea unor depozite de gene conservate sau a unor bănci genetice s-a răspândit larg şi a atras nu numai atenţia biologilor, ci şi a savanţilor de cele mai diverse specialităţi. Aşa dar, este vorba de conservarea genomilor din care în viitor se vor obţine animale. Acest lucru a devenit posibil după ce au fost stabilite primele succese în conservarea spermei şi a celulelor somatice, iar în ultimii ani şi a unor embrioni întregi, fapt despre care am relatat destul de amănunţit în capitolul precedent. Încă la sfârşitul deceniului al patrulea – începutul deceniului al cincilea a fost elaborată tehnica conservării prin congelare la temperaturi joase a spermei vitelor cornute mari. Dacă păstrăm sperma taurului în azot lichid câţiva ani, ea nu-şi pierde capacitatea de fecundare, cu toate că 50% din spermatozoizi per în timpul congelării. Tehnica aceasta a fost perfecţionată, conservându-se sperma a 100 de specii, inclusiv a mamiferelor: a iepurelui de casă, armăsarului, taurului, ţapului, câinelui, cerbului, elanului, lamei, bizonului, maimuţei ş. a. Sunt create bănci de spermă congelată a speciilor sălbatice, în special a celor rare şi pe cale de dispariţie. La centrul de medicină din Tehas este conservată sperma a 98 specii de mamifere. Mai există o metodă de păstrare a celulelor sexuale masculine a speciilor de animale pe cale de dispariţie: congelarea testiculelor masculilor pieriţi în scopul implantării lor viitoare animalelor castrate. La temperatura de – 196°CE (temperatura azotului lichid) celulele îşi păstrează viabilitatea zeci şi sute de ani. S-a dovedit că descendenţa taurilor, sperma cărora a fost păstrată 25 de ani, este absolut normală. În celule, la această temperatură de păstrare, nu se produc nici un fel de reacţii biochimice. Calculele experimentale şi teoretice arată că timpul optim de păstrare a celulelor sexuale în stare congelată este de cel puţin 200 de ani. Prin urmare, memoria genetică despre aceste animale nu va dispare fără urmă, ea se va păstra timp îndelungat, şi urmaşii, primind-o drept moştenire, vor putea reânvia şi admira spe­ciile dispărute demult. Există două căi de regenerare a speciilor de la care s-a păstrat numai sperma congelată. Prima – fecundarea ovulului femelei de altă specie. Este, de fapt, o hibridizare interspecifică. Deocamdată există numai hibrizi naturali în urma încrucişării dintre lup şi câine. Iar hibridul creat pe cale artificială prin încrucişarea morunului cu cega – besterul – prezintă doar importanţă industrială. Foarte complicate sunt cazurile de izolare fiziologică a speciei, când ea este incapabilă a se încrucişa cu alte specii. În acest caz se poate aplica însămânţarea arti­ficială a femelelor. Este mult mai complicat cazul în care sperma se dovedeşte a fi ne viabilă în filierele genitale ale femelei de altă specie. Pentru a înfrunta acest obstacol au fost elaborate metode de fecundare a ovulului în eprubetă. Pen­tru 14 specii de mamifere au fost găsite medii potrivite în acest scop. La 4 specii, după ce ovulele fecundate au fost introduse în uterul femelei, acestea s-au dezvoltat în pui. Cealaltă cale ţine de obţinerea aşa-ziselor organisme androgenetice, adică care se dezvoltă în exclusivitate pe contul nucleului patern al organismelor. Pentru obţinerea lor trebuie să fie înlăturat sau inactivat nucleul propriu al ovulului fecundat. Astfel embrionul lipsit de garnitura maternă de cromozomi se va dezvolta pe baza garniturii paterne. Deoarece nucleul spermatozoidului conţine o garnitură de cromozomi haploidă (unică), incapabilă, în majoritatea cazurilor, să asigure dezvoltarea normală a embrionului, trebuie să se obţină diploidizarea celulelor embrionului. Aceasta se face prin inducerea endomitozei la prima diviziune a celulei sau prin fecundarea ei dispermică şi contopirea ulterioară a' nucleelor haploide a ambilor spermatozoizi. Putem împiedica diviziunea celulei şi efectua trecerea respectivă din stare haploidă în stare diploidă, acţionând asupra ei cu temperaturi înalte sau substanţe speciale — colhicină şi citohalazină. În felul acesta savanţii englezi au reuşit să obţină în 1977 embrioni de şoareci diploizi androgeneticii, iar sa­vanţii americani în acelaşi an au obţinut dezvoltarea lor până la naştere. Cu mult înainte, în anul 1957, savanţii B. Astaurov şi V. Ostracova-Varşaver au căpătat indivizi androgeneticii interspecifici fecunzi de vierme de mătasă. Crioconservarea celulelor sexuale bărbăteşti nu numai că permite crearea băncii de gene a speciilor rare şi pe cale de dispariţie a animalelor sălbatice, ea mai oferă posibilitatea de a păstra şi stimula sperma reproducătorilor de elită timp îndelungat, chiar după moartea lor. În pre­zent în lume se însămânţează artificial aproape 100 milioane de vaci, 40 milioane de bivoli, 50 milioane de oi, 6 milioane de cai anual. În Uniunea RSS au fost utilizaţi 655 de tauri reproducători de rasă Holştein-friză de la care au fost create 6,3 milioane doze de spermă congelată, fapt ce permitea efectuarea cu succes a muncii de selecţionare. Avantajele utilizării spermei congelate o demonstrează următoarele date. La o împerechere naturală un taur-reproducător poate însămânţa pe parcursul vieţii sale 250—350 de vaci. La însămânţare artificială cu spermă proaspătă această cifră sporeşte ajungând la 5—8 mii. Iar utilizând rezervele de spermă congelată, obţinută de la un reproducător, se pot însămânţa 40—50 mii de vaci. Conservarea numai a spermei nu este o măsură suficientă pentru păstrarea fondului genetic al speciilor pe cale de dispariţie. Au început lucrările de creare a băncilor de ovule şi de embrioni. Metoda de congelare a ovulelor este mai dificilă decât metoda de congelare a spermatozoizilor, de aceea nu e elaborată în întregime. Până în prezent s-a obţinut fe­cundarea ovulelor congelate şi dezgheţate la şoareci, şobolani, hârciogi, dar dezvoltarea până la naştere a ovulului fecundat după dezgheţare s-a produs numai la şoareci. Poate e de mai mare perspectivă congelarea ovarelor. După dezghe­ţare, ovarele sunt implantate femelei castrate şi celulele sexuale îşi definesc aici dezvoltarea. Aceste experienţe s-au soldat cu succes asupra şoarecilor şi şobolanilor. Este posibilă o asemenea situaţie când ultima femelă a unei specii în dispariţie să peară şi de la ea să rămână doar ovarele congelate. În acest caz ovarele ei pot fi transplan­tate femelelor speciilor înrudite. Experienţe reuşite în acest sens au fost efectuate asupra drosofilelor, amfibiilor, păsărilor. Există câteva metode de obţinere a animalelor din ovu­le congelate. Una din ele — partenogeneza, a căpătat o largă răspândire în natură la aproape toate nevertebratele şi la 24 specii de vertebrate — peşti, reptile, amfibii. În cazul de faţă ovulul începe diviziunea fără a fi fecundat şi pune începutul embrionului haploid, din care se dezvoltă un individ adult — copia mamei. Această metodă este cunoscută şi sub altă denumire — înmulţirea virgină a ani­malelor. Ginogeneza — o altă metodă, care se deosebeşte prea puţin de partenogeneză, se întâlneşte şi ea de multe ori în natură: la viermi, peşti, amfibii. În cazul acesta activitatea pentru dezvoltare a oului ne fecundat este realizată de sperma altor specii înrudite. N-are loc o fecundare veridică, de aceea, ca şi în exemplul precedent, toată descendenţa este de sexul feminin. La obţinerea animalelor din celulele sexuale conservate trebuie să se asigure în­mulţirea lor continuă, adică trebuie să se obţină o populaţie de ambele sexe a acestor animale. Dacă s-au păstrat celulele sexului homogametic, toţi indivizii din descendenţă vor fi de acelaşi sex (la majoritatea speciilor — numai femele). Iar dacă s-au păstrat celulele sexului heterogametic, care conţin aproximativ în proporţii egale sau cromozomi sexuali masculini (Y) sau feminini (X), nu e exclus ca ele să fecundeze selectiv ovulul din eprubetă şi să se ob­ţină embrionii de sexul dorit. Am mai menţionat că în anul 1983 la Institutul unional de cercetări ştiinţifice în domeniul înmulţirii şi al geneticiii animalelor agricole al Academiei agricole unionale s-a obţinut un viţel dintr-un ovul crescut şi fecundat în eprubetă. Crearea băncii de embrioni congelaţi are, desigur, mai multe avantaje în comparaţie cu băncile celulelor sexua­le. În primul rând, această bancă permite păstrarea genotipului ambelor sexe, adică a masculilor şi femelelor speciei în dispariţie. În rândul al doilea, se simplifică mult procedura obţinerii animalelor din embrionii congelaţi, – rămâne doar să fie implantaţi la femelele de aceeaşi specie sau de specie apropiată, înrudită. Această metodă permite, fapt ce prezintă o mare importanţă, a se obţine puii în timpul cel mai favorabil al anului. Ea are o mare importanţă practica şi pentru păstrarea fondului genetic de. valoare al animalelor agricole cunoscute prin caracterele lor economice utile. Afară de aceasta , dispare necesitatea de transportare în alte raioane sau regiuni a animalelor de rasă pentru selectarea turmelor. În acest scop sunt utilizate micile vase Diuar, în care viitoarea rasă poate fi expediată în stare congelată ca prin poştă în orice colţişor nu numai al ţării, ci şi al întregii lumi. Aşa se procedează în Australiea, unde aducerea embrionilor congelaţi este singura metodă de importare a animalelor de rasă. Metoda de transplantare a embrionilor congelaţi ai animalelor ce s-au remarcat prin calităţile lor femelelor animalelor de rase inferioare permite realizarea mai raţională şi într-un ritm mai accelerat a potenţialului genetic al raselor de mare randament. Se ştie că fiecare rasă de vite cornute mari se deosebeşte de cealaltă prin numeroase caractere, inclusiv prin producţia de lapte. De exemplu, vacile de rasă neagră bălţată cu alb produc în mediu 3400–3800 kilograme de lapte anual. În cele mai bune gospodării producţia de lapte a acestei rase este mult mai mare: 5200–6500 litri. Printre vacile de această rasă există şi recordiste. Vaca Dora (crescătoria din Vilnus), de exemplu, dă 12605 kilograme de lapte. Volga (sovhozul «Rossia», regiunea Celeabinsc) – 17517 kilogra­me, iar Blanca (Cuba) – chiar 24750 kilograme. Vaca Bicer Arlinda Elen de rasă Holşteinfriză (SUA) în 305 zile din a cincia lactaţie a dat o producţie de lapte record – 25747 kilograme. Cum să nu admirăm productivitatea fenomenală a acestor recordiste! Fiecare dintre ele prezintă o fabrică de lapte. Ultima din recordistele citate produce 10 căldări de lapte zilnic. E firească întrebarea: este raţional oare să folosim aceste vaci remarcabile drept donatoare de lapte? N-ar fi oare mai bine să fie transformate în fabrici cu producţie în flux de embrioni, folosind în acest scop totodată sperma conservată în borcane a animalelor de mare randa­ment. Să examinăm, în sfârşit, şi cazul în care din specia dispărută au rămas numai celulele somatice. Sarcina de a restabili specia din ele este, de bună samă, cea mai grea, dar, în principiu, realizabilă. Am mai relatat despre metoda transplantării nucleelor celulelor somatice într-un ovul al cărui nucleu a fost în prealabil îndepărtat sau inactivat. În anul 1981 a apărut prima comunicare despre naşterea puilor de şoareci, care s-au dezvoltat exclusiv din nucleul transplantat. Acest lucru a fost dovedit prin aplicarea marcajului genetic: ovulele au fost luate de la şoarecele negru, embrionii din care au fost luate nucleele – de la şoarecele cenuşiu şi, în sfârşit, «mama adoptivă» a fost albă. S-au născut şoricei cenuşii, fapt ce a servit drept dovadă că ei s-au dezvoltat din nucleul transplantat. Pentru reproducerea animalelor din celule somatice conservate sunt necesare, însă, transplantări interspecifice ale nucleelor. Şi ele, în principiu, sunt pe deplin realizabile. Astfel de experienţe au fost efectuate asupra peştilor osoşi şi amfibiilor. În multe cazuri hibrizii nucleari-citoplazmatici obţinuţi au fost viabili. Aşa dar, visul că în viitorul apropiat această metodă va permite nu numai reînvierea speciilor dispărute, ci şi obţinerea animalelor identice din punct de vedere genetic prin transplantarea în diferite ovule a nucleelor aceluiaşi organism devine o realitate. Acest lucru deschide selecţiei perspective ademenitoare. Pe această cale se pot păstra un timp nelimitat şi genotipurile ce prezintă o deosebită valoare, transplantând succesiv nucleele din generaţie în generaţie. Se ştie că înmulţind în mod obişnuit descendenţa unei recordiste ultima devine mai bună decât celelalte vaci, dar rar de tot atinge nivelul mamei, pentru că are numai jumătate din cromozomii mamei ei, cealaltă jumătate o primeşte de la tată. Să nu uităm de asemenea că productivitatea şi grăsimea laptelui, ca şi celelalte caractere ale productivităţii, se determină printr-un număr foarte mare de gene dislocate în diferiţi cromozomi. Deaceea îmbinarea cromozomilor şi a genelor, obţinute de la ambii părinţi, rareori este tot atât de reuşită precum a fost la mama recordistă. Altfel ar evolua lucrurile dacă s-ar obţine vaci cu o garnitură de cromozomi identică cu cea a recordistei. Acest lucru e posibil, însă numai dacă se vor transplanta nucleele ei. Dacă aceasta va deveni o realitate, va deveni posibilă obţinerea de la un animal a unui număr nelimitat de urmaşi, care, în sens genetic, n-ar mai fi urmaşi, ci nişte surori gemene ale vacii de la care, fără a-i aduce vre-o daună, s-ar lua unele nuclee ale celulelor somatice pentru a fi trans­plantate în ovule străine. În ultimul timp, datorită succeselor obţinute de ingineria genică, a devenit posibilă crearea de bănci sau biblioteci de gene aparte. ADN-ul este separat din organism, moleculele cu ajutorul fermenţilor de restricţie sunt tăiate în fragmente, care apoi se inserează în plazmide vectoriale. Acestea la rândul lor se inserează în celule bacteriale, care apoi se sortează în cloni aparte, fiecare conţinând câteva gene. Anume totalitatea acestor cloni prezintă biblioteca de gene a acestui organism. În realitate, însă, aceasta va fi o bibliotecă fără catalog şi noi vom fi nevoiţi să separăm din milioanele de bacterii doar pe acelea ce conţin gena care ne interesează. Pentru a soluţiona această problemă («căutarea acului în stogul de fân») se folosesc zonduri speciale, utilizarea cărora se bazează pe principiul complimetarităţii acizilor nucleici. Un astfel de zond e alcătuit dintr-o moleculă de ARNi radioactiv, specifică pentru gena, care trebuie selectată. Având molecule de acest fel se poate efectua scriningul biblitecii de gene, ceea ce ne permite selectarea acelei bacterii, care conţine ADN-ul complimentar zondului dat. Pentru organismele superioare, însă, trebuie selectate câteva milioane de astfel de cloni, căci numai aşa se poate asigura păstrarea memoriei genetice a speciei în dispariţie. Pe viitor informaţia genetică a speciei va putea fi înscrisă, probabil, în formă de tabel. Lucrările de descifrare a succesiunilor ADN-ului, de separare a genelor individuale, efectuate pe parcursul ultimilor ani, indică posibilitatea determinării structurii primare a moleculelor ADN de orice lungime. Mai mult chiar, natura chimică a ADN-ului permite sintetizarea lui în condiţii de laborator. Trebuie să se ştie doar în ce ordine sunt dispuse nucleotidele pe fiecare sector al ADN-ului. În acest scop au fost deacum create câteva tipuri de aşa-numitele «maşini genice». O asemenea maşină sintetizează în mod automat fragmente de ADN cu o lungime de 40 de nucleotide: viteza - 1 nucleotid în 5-6 minute. Maşina este compusă dintr-un microprocesor, rezervoare cu nucleotide, reagenţi şi soluţii necesare în anumite etape de lucru, pompă şi corpul pompei în care se produce sinteza ADN-ului. Corpul pompei este plin de bile foarte mici de cremene, care servesc ca bază şi pe care se «asamblează» molecula ADN. Succesivitatea necesară a nucleotidelor se întroduce în memoria maşinii cu ajutorul unui pupitru cu clape. Microprocesorul umple corpul de pompă succesiv cu nucleotide, care la un capăt sunt blo­cate, pentru a se asigura adiţionarea nucleotidului nou introdus numai la capitul lanţului în creştere Astfel, utilizându-se «maşinile genice», se va putea reproduce fondul genetic al oricărei specii pe baza informaţiei obţinute despre ea în formă de tabel. Însă, până la aplicarea acestor metode de descifrare completă a genomului şi clasificarea lui pentru urmaşi, multe specii nu vor mai exista pe Pământ. De aceea este de o mare importanţă asigurarea fixării materialului genetic al ultimelor exemplare ale speciilor de animale în dispariţie sub formă de ţesuturi şi celule pentru ca ele să poată fi reînviate în viitor. Cu aproape 200 de ani în urmă în apele litorale ale insulelor Comandore fauna mondială a pierdut o specie unică de mamifer marin – vaca de mare. În prezent ne dăm seama cu regret ce scump fond genetic a dispărut odată cu nimicirea acestor vaci: a fost singura specie din micul grup al mamiferelor marine erbivore criofile. Dacă în prezent ar exista vaca de mare, problema proteinei animaliere ar fi soluţionată destul de simplu, prin creşterea acestor animale pe «păşunile» gigantice subacvatice naturale ale litoralului mărilor Orientului Îndepărtat.

XVI. INGINERIA GENICĂ ŞI SISTEMATICA

15. Genele şi sistematica

Din cele mai vechi timpuri omul încerca să clasifice, să pună într-o anumită ordine, într-un sistem întreaga varietate de organisme ce populează planeta noastră. Aceste încercări se făceau la timpuri diferite, în mod diferit. Siste­matica este ştiinţa despre varietatea organismelor şi clasificarea lor pe baza originii evolutive sau a relaţiilor de rudenie dintre ele. Mult timp principalul criteriu de clasificare a organismelor era cel morfologic. Savanţii studiau asemănările şi deosebirile dintre organisme conform caracterelor exterioare vizibile şi determinau pe baza acestora apartenenţa lor la o anumită specie. Această orientare în sistematică a fost numită pe vremuri fenosistematică (fen – caracter, adică clasificare conform caracterelor externe). La începutul secolului nostru existau deja informa­ţii care indicau că organismele ce fac parte din diferite specii nu se deosebesc totdeauna clar după fenotip (morfologic). Datorită acestui fapt savanţii au început să caute un nou criteriu de determinare a apartenenţei organismelor la diferite specii şi au procedat la studierea cariotipului lor (numărul şi particularităţile morfologice ale structurii cromozomilor lor). S-a constatat că la organismele din aceeaşi specie cariotipul este identic, pe când la speciile diferite el este divers. Cariotipul a început să fie considerat drept unul din principalele criterii ale speciei. În sistematică a apărut o nouă orientare – cariosistematica. Cu ajutorul metodelor cariosistematicii s-au obţinut date de valoare, care permit înţelegerea multor mecanisme evolutive şi soluţionarea multor probleme ce apar în procesul de clasificare a plantelor şi animalelor superioare. Metodele cariosistematicii şi fenosistematicii s-au dovedit, însă, nepotrivite pentru determinarea organismelor din regnul al treilea – regnul microorganismelor. Microorganismele n-au în celule un nucleu bine reliefat, cu atât mai mult, ele n-au cromozomi. Multe caractere fenotipice (forma, tipul de cili, structura peretelui celular ş. a.) pentru diversele lor grupuri au apărut pe parcursul evoluţiei în mod independent, dând naştere unor forme morfologice asemănătoare, dar ne înrudite din punct de vedere genetic. De aceea clasificarea conform fenotipului a constituit doar primul pas. Al doilea a fost clasifi­carea după genotip, care are valoare cognitivă şi de pronosticare mult mai mare decât fenotipul. La formele prenucleare ale organismelor (la procarioţi) aparatul genetic este reprezentat prin molecule aparte de ADN. Studierea lor a ajutat mult la înţelegerea particularităţilor structurii genotipilor tuturor grupelor de organisme. Aceste cercetări au avansat rapid din momentul descoperirii unei clase noi de fermenţi – a restrictazelor – instrumente principale în ingineria ge­nică. Studierea structurii moleculare a genotipului organismelor a devenit mai puţin dificilă datorită folosirii acestor fermenţi capabili să provoace rupturi în succesivităţile specifice ale ADN-ului. Astfel a apărut încă o orientare în ştiinţă – genosistematica. Anul ei de naşte­re se consideră 1960, atunci când a fost publicată lucrarea lui A. N. Belozerschii şi a discipolului său A. S. Spirin cu titlul: «Componenţa acizilor nucleici şi sistematica». În această lucrare s-a făcut prima încercare de a examina în plan comparativ toate cunoştinţele fragmentare şi dispersate acumulate până atunci cu privire la structura de ADN al celor mai diverse grupuri de organisme. Astfel, începând cu observări aparte, s-a făcut primul şi cel mai important pas spre formarea principiilor de bază ale genosistematicii. Principalul obiect pe care îl analizează genosistematica este structura moleculară a genotipului. Cu cât organismul este mai complex, cu atât aparatul său genetic conţine mai mult ADN. Faptul că structura ADN-ului este diferită la specii diferite generează anumite dificultăţi. Am mai menţionat ce cantitate uriaşă de informaţie conţine o singură moleculă de ADN. Şi dacă ne punem drept scop să comparăm materialul genetic al secării cu cel al mazării, ne vom pomeni în situaţia savantului, care ar încerca să compare sensul informaţiei ce o conţin două biblioteci tematice, compuse din câteva zeci de mii de volume fiecare şi scrise într-o limbă pe care el n-o cunoaşte. Odată cu evoluţia cercetărilor în domeniul ingineriei genice au apărut, însă, posibilităţi noi pentru uşurarea muncii savanţilor genosistematici. Fragmentarea moleculelor mari de ADN şi determinarea structurii primare a fiecărui fragment a accelerat în mare măsură nu numai procedura secvenării (descifrarea succesiunii nucleotidelor) acestor molecule, ci chiar analiza structurii fine a fiecărei gene aparte şi succesiunii dislocării lor de-a lungul moleculelor de ADN.

15.2 Gradul de înrudire genetică

Care sunt metodele prin intermediul cărora se studiază structura moleculară a genotipului? La început compararea programelor genetice ale organismelor se făcea pe baza unei singure presupuneri, absolut logice: cu cât genotipurile sunt mai diverse, cu atât frecvenţa unor nucleotide aparte din ADN se deosebeşte mai mult. Cu alte cuvinte, savanţii au început a determina diferitele organisme conform structurii nucleotidice a ADN-urilor comparate. Structura nucleotidică a ADN-ului este determinată cel mai bine prin metoda directă: prin hidroliză moleculele polimere ale ADN-ului sunt transformate într-o soluţie de nucleotide şi se determină partea lor molară. Ca urmare se află care este frecvenţa adeninei (A), guaninei (G), citozinei (CE) şi timinei (T) în ADN-ul cercetat. Să ne amintim că aceste baze se cuplează selectiv: G – CE şi A – T. Prin urmare, bazele care formează perechi se vor întâlni cu o frecvenţă constantă. Prin ce se pot deosebi atunci unii de alţii diferiţii ADN? Răspunsul este univoc: ei se deosebesc după frecvenţa acestor perechi complementare de nucleotide şi după ordinea dislocării lor în mole­cule. Este bine venit a exprima partea molară a perechilor de nucleotide G – CE şi A – T în procente. Dacă este scris că structura nucleotidică a unui ADN este 42 mol.% G–CE, înseamnă că la fiecare sută de perechi de nucleotide 42 de pe­rechi dintre acestea vor fi G – CE şi, respectiv, 58 de perechi A -T. Genotipurile se pot deosebi şi după numărul sumar de perechi nucleotide din molecula ADN-ului. Aceste deosebiri în conţinutul cantitativ al ADN-ului sunt foarte importante: ele reflectă direct volumul informaţiei genetice, păstrată în genotipul organismelor. Metoda directă de determinare a structurii nucleotidi­ce a ADN-ului este simplă şi comodă, deşi are şi neajunsuri: pentru a efectua analiza e nevoie de mult ADN, iar analiza însăşi durează câteva zile. De aceea în acest scop sânt folosite uneori diferite metode indirecte. În laboratorul lui P. Doti de la Universitatea Harvard (SUA) a fost studiat fenomenul denaturării moleculelor ADN. Dacă vom lua o soluţie de ADN polimer şi o vom încălzi, la atingerea unei anumite temperaturi critice, vor începe să se desfacă legăturile între cele două catene. Dacă temperatura va continua să crească, partea acestor legături rupte va spori tot mai mult şi în cele din urmă se va produce diviziunea moleculelor în două jumătăţi complementare – ADN-ul denaturează. La răcirea soluţiei ambele jumătăţi îşi vor găsi partenerul complementar şi se va produce restabilirea structurii iniţiale a spiralei duble – renaturarea ADN-ului. S-a observat că ADN-ul cu componenţă diferită denaturează la temperaturi diferite: cu cât partea molară a perechilor G-CE este mai mare, cu atât este mai mare şi temperatura de denaturare a ADN-ului. Pentru denaturarea structurii prin această metodă se cere foarte puţin ADN şi experienţa durează puţin timp. Practica sistematicii genice a demonstrat că determinarea structurii ADN-ului este o metodă sigură de determinare a asemănărilor şi deosebirilor la stabilirea genotipurilor. Printre numeroasele grupuri de animale şi plante există unele cu o morfologie foarte săracă şi, prin urmare, cu un număr mic de caractere adevărate pentru comparare. Cu totul alta este situaţia când orice trăsătură caracterizează tot ADN-ul genotipului. În el se reflectă ca într-o oglindă particularităţile structurale ale tuturor genelor, care determină formarea fenotippului. La toate formele înrudite structura ADN-ului este foarte asemănătoare, dar asemănarea structurilor nu indică direct asupra înrudirii. Totodată gradul de deosebire ţine direct de gradul de divergenţă, de deosebire a formelor de organisme comparate şi grupurilor lor naturale (gen, familie, ordin). Pentru determinarea gradului de deosebire după ADN au fost propuse şi alte metode, bazate pe determinarea cantitativă a combinaţiilor specifice de nucleotide, ce se întâlnesc în ei. Cea mai simplă combinare este o pereche de nucleotide care stau alături în catena ADN-ului. În fie­care serie de experienţe unul din cele patru tipuri de nucleotide era marcat cu fosfor radioactiv. Compararea rezultatelor acestor experienţe oferea posibilitatea de a determina frecvenţa tuturor celor 16 combinaţii posibile de perechi de tipul: A–A, A–G, A–C, A–T; T–T, T–A, T–G, T–C; G–G, G–A, G–C, G–T; C–C, C–A, C–G, C–T. Când determinăm frecvenţa acestor combinaţii de nucleotide în ADN, noi procedăm deja la analiza «silabelor» în textele programelor genetice. Elaborarea acestei metode în laboratorul lui A. Cornberg (SUA) a prezentat un pas înainte în practica sistematicii genice. Posibilitatea coincidenţei ocazionale a textelor programelor genetice (după frecvenţa celor 16 tipuri de «silabe») este mult mai mică decât frecvenţa unor nucleotide aparte. Dar, cu toate acestea, metodele de determinare a structurii ADN-ului şi a frecvenţei unor grupuri aparte de nu­cleotide sunt puţin eficace la compararea materialului genetic al speciilor legate strâns prin rudenie filogenetică. Modificările în structura ADN-ului se acumulează pe parcursul evoluţiei foarte lente, de aceea în grupele evolutive tinere (animalele vertebrate, plantele superioare) diferitele specii se deosebesc puţin prin «sensul» infor­maţiei genetice, însumate în genotipii lor. Cunoscutul savant A. Antonov afirmă în acest sens că deosebirile în structura complexului de gene, responsabile pentru dezvoltarea aripii liliacului şi a mânii omului, sunt foarte mici şi, de fapt, nu sunt sesizate de metodele descrise mai sus. În arsenalul metodelor genosistematicii există şi metode prin intermediul cărora se poate cerceta ADN-ul speciilor înrudite foarte aproape. În laboratorul lui P. Dati au fost elaborate şi bazele unei anumite metode de comparare a structurilor diferiţilor ADN. La elaborarea acestei metode – «hibridizarea ADN-ului» – premiza logică a fost foarte simplă: dacă la două organisme ADN-ul se aseamănă mult, oare nu putem prin denaturarea şi renaturarea lor comună să obţinem formarea de molecule, care includ catene complementare din aceste molecule atât de diferite, dar asemănătoare. În componenţa unei molecule de ADN catenele opuse se deosebesc întrucâtva după conţinutul nucleotidelor purine (A, G) şi pirimidine (C, T) şi, prin urmare, după masa lor molară. Una dintre ele este «uşoară» (U), iar cealaltă – «grea» (G). Schema experienţei poate fi prezentată astfel: ADN 1 (g, u) + ADN 2 (g, u) ® denaturare ® ADN 1 g + ADN 1 u + ADN 2 g + ADN 2 u ® renaturare ® ADN 1 (g, u) + ADN 1 G, 2 u + ADN 1 u 2 g + ADN 2 (g, u). Din această schemă reiese că la renaturare e posibilă atât restabilirea moleculelor ADN de tip primar, cât şi la for­marea moleculelor hibride de ADN. Ca rezultat s-a descoperit că moleculele hibride se formează uşor atât în timpul experienţelor cu ADN-ul de diferite tulpini ale aceleaşi specii de bacterii (colibacilul), cât şi cu ADN-ul speciilor de bacterii înru­dite foarte apropiat. Cu cât speciile sunt înrudite mai apropiat între ele, cu atât apăreau mai des moleculele hibri­de de ADN. În prezent această metodă a devenit foarte populară şi se aplică în laboratoarele din întreaga lume. Aşa dar, se poate conchide că autenticitatea opiniilor despre gradul de înrudire filogenetică a organismelor pe baza analizei complecte a ADN-ului lor este mult mai mare decât autenticitatea rezultatelor obţinute prin compararea caracterelor lor fenotipice. În urma numeroaselor cercetări a devenit limpede că la animalele şi plantele superioare deosebirile în structura ADN-ului sunt mai puţin pronunţate decât la procarioţi (bacterii, alge albastre), la plantele inferioare şi la animalele nevertebrate. Dar nu este destul să ştim gradul de asemănare şi de deosebire conform structurii ADN-ului organismelor din diferite grupuri sistematice. Aceasta se întâmplă mai ales la eucarioţii superiori, care se caracterizează prin structura mozaică (exo-nintronă) a genelor. În legătură cu aceasta trebuie în primul rând să se determine succesivitatea nucleotidelor în partea funcţională a genelor, dar nu în genere în ADN. Metodele de inginerie genică au oferit poeibilitatea de a se analiza cu exactitate structura fină a genelor. Deseori funcţionarea în organism a unei gene construite depinde de câteva nucleotide. În prezent, datorită anali­zei restricţionale, a devenit posibil a se determina succesivitatea exactă a nucleotidelor în gene, adică «a citi» structura lor primară. Dacă cunoaştem succesiunea genei, atunci putem determina cu uşurinţă succesiunea aminoacidă a proteinei codificate de ea; în prezent adesea este mai simplu a se determina structura primară a proteinei pe această cale indirectă decât cu ajutorul secvenării directe, adică prin descifrarea succesiunii aminoacizilor în pro­teine. Dacă determinarea succesiunii aminoacide a proteinei durează luni şi chiar ani întregi, apoi în prezent se reuşeşte a secveniza ADN-ul în câteva săptămâni. Importanţa acestei metode pentru ingineria genică ne-o demonstrează faptul că savantul american U. Hilbert, autorul ei a fost distins cu premiul Nobel. În prezent experimentatorul poate citi câte 1000 –5000 de nucleotide pe zi. Prelucrarea şi analiza multilaterală a acestei cantităţi de informaţie este deseori imposibilă fără maşina electronică de calcul (MEC), care a devenit un aparat indispensabil al laboratorului de inginerie genică. MEC poate de asemenea prezenta, ţinând cont de succesiunea nucleotidelor, specificul proteinei, pe care îl va produce această genă. Toată această informaţie maşina o păstrează în memoria sa. Există câteva centre ştiinţifice, unde se păstrează informaţia cu privire la structura primară a genelor. Ce creează o bancă de succesiuni nucleotide, înzestrate cu o puternică MEC. Asemenea bănci există şi în multe ţări străine. Ele toate sunt unite printr-un sistem mondial unic, pentru ca în orice moment să se poată obţine informaţia despre anumite gene. Astfel ingineria genică aduce nu numai un aport important la cercetările fundamentale în domeniul biologiei moleculare, ci contribuie totodată la elaborarea unor aspecte practice ştiinţifice de mare importanţă, inclusiv ale sistematicii.

15.3 Realizările şi perspectivele genosistematicii

Care sunt rezultatele practice obţinute de genosistematică? Cercetări ce au avut un scop practic bine definit au fost începute de I. Blohina la Institutul de cercetări ştiinţifice în domeniul epidemiologiei şi microbiologiei din Gorchii Mai târziu la acest institut a fost creat primul laborator specializat, care soluţionează probleme importante de microbiologie şi epidemiologie practică. Rapiditatea şi exactitatea sunt avantaje ale metodelor genosistematice de identificare a microbilor. Ele au mare importanţă atunci când proprietăţile microbului sunt de­naturate în urma contactului cu preparatele medicamentoase sau în urma variabilităţii ne ereditare obişnuite. Aceste variabilităţi lezează prea puţin programul, dar în complexul caracterelor fenotinului aduc trăsături care denaturează «portretul» microbului, făcându-l de ne recunoscut. Iată un exemplu din practică. În una din taberele de pionieri din Crimeia copiii au început a avea tulburări gastrointestinale. Prin metodele obişnuite nu s-a putut determina cu exactitate agentul patogen. Medicii au fost nevoiţi să recurgă la experienţe de hibridizare moleculară a ADN-ului. Ele au dat rezultate univoce, care au permis a se identifica microbul şi a se lua măsuri antiepidemice. Metoda de hibridizare a ADN-ului s-a dovedit a fi foarte utilă pentru sistematica microorganismelor. Mult timp savanţii nu erau siguri de existenţa unor grupuri de microbi. Pe baza comunităţii caracterelor lor fenotipice, cocii, lactobacilii, vibrionii şi multe alte grupuri, după cum s-a constatat, includeau specii ne înrudite. Printre numeroasele specii de microbi există şi un grup de bacterii luminiscente, al căror loc în sistematică este determinat foarte vag. În anii 1965-1969 lucrătorii ştiinţifici ai vasului marin «Viteazi» au separat din apa marină 50 de tulpini ale acestor microbi. Multe din ele n-au putut fi determinate prin metodele cunoscute conform caracterelor lor fenotipice. Savanţii au hotărât să facă analiza ADN-ului. Ea a arătat că dintre tulpinile separate 5 fac parte dintr-o nouă specie de bacterii luminiscente, numită fotobacterium belozerschii, moştenind numele unuia dintre fondatorii genosistematicii. Utilizarea criteriilor geneticiii moleculare a scos din impas sistematica contemporană a microorganismelor. Experienţele asupra ADN-ului au permis examinarea de pe poziţii noi a locului pe care îl ocupă în sistematică multe plante şi animale superioare. Speciile de grâu, de exemplu, aproape nu se deosebesc după componenţa ADN-ului atât între ele, cât şi între speciile din genurile apropiate egilops, secară, orz. Totodată ADN-ul diferitelor specii de crin, ceapă adeseori nu se aseamănă după structură. Pentru separarea genurilor, familiilor, oridinelor şi a grupelor sistematice mai superioare e nevoie de o apreciere obiectivă a distanţei genetice dintre ele, a gradului de divergenţă a genotipurilor care formează speciile lor. Ce poate oferi genosistematica în scopul soluţionării acestei probleme dificile? Toate cercetările în care se foloseşte metoda de hibridizare a ADN-ului au condus la aceeaşi concluzie: partea succesiunilor omologice (identice) a nucleotidelor în ADN scade pe măsură ce comparăm între ele speciile cu un grad tot mai mic de rudenie filogenetică. La speciile din diferite clase de animale vertebrate, de obicei, se poate găsi în ADN 5–15% de succesiuni omologice de nucleotide, la speciile din diferitele ordine de aceeaşi clasă – de la 25 până la 40% ş. a. m. d., inclusiv până la speciile de acelaşi gen, care deseori nu pot fi re­cunoscute. Aceste aprecieri cantitative ale asemănării materialului genetic pot fi utilizate în soluţionarea cazurilor discutabile, atunci când diferiţi sistematicieni apreciază în mod diferit rangul taxonului. De exemplu, majoritatea sistematicienilor divizează în prezent peştii în două cla­se: peşti cartilaginoşi şi peşti osoşi. După ce a fost hibridizat ADN-ul rechinului cu ADN-ul crapului, somnului, gorbuştei şi nisetrului, s-a constatat o mare neasemănare: au fost găsite doar aproape 10% de omologii, fapt ce confirmă teza cu privire la depărtarea ce există între aceste două grupuri de peşti. S-au dovedit a fi neaşteptate, însă, rezultatele hibridizării ADN-ului peştilor osoşi: partea omologiilor în ADN-ul nisetrului pe de o parte şi a reprezentanţilor a trei subordini diferite – costrăşului, crapului, somonului – pe de alta, a fost de asemenea mică – aproape 10%. Pe baza acestor rezultate s-a tras concluzia că este raţional ca sturionii să fie extraşi din clasa peştilor osoşi şi să alcătuiască o clasă independentă, precum considera pe timpuri şi A. N. Severţev. Astfel metodele ingineriei genice fac posibilă studierea evoluţiei moleculare a lumii vegetale şi lumii ani­male, precum şi a regnului microorganismelor. Ele pot fi de mare ajutor la soluţionarea unei serii de probleme ce ţin de arheologie, de evoluţia omului, de dezvoltarea şi migraţia popoarelor. Această posibilitate o confirmă şi comunicarea senzaţională făcută nu demult de către savantul suedez S. Paabo de la Universitatea Uppsala despre clonarea reuşită a ADN-ului extras din rămăşiţele mumiei unui copil egiptean, care a trăit aproape 2400 de ani în urmă. Autorul cercetării a încercat să separe ADN-ul din douăzeci şi trei de diferite mumii, dar numai într-un singur caz a avut noroc. Din pulpa stângă a unui prinţ egip­tean balzamat în vârstă de un an, ce se păstra la muzeul din Berlin, el a extras câteva celule. Din acestea a separat un fragment de ADN, pe care l-a inserat într-o plazmidă bacteriană şi l-a înmulţit. În articolul publicat în revista «Nature» din aprilie 1985 autorul a prezentat succesiunea complectă a fragmentului clonat de ADN ce conţinea aproape 3400 de nucleotide. S-a constatat că fragmentul de ADN studiat a rămas nevătămat în timpul mumifierii, păstrării şi nu şi-a pierdut funcţiile genetice. Aşa a fost dovedită posibilitatea separării şi studierii fragmentelor de ADN străvechi. Clonarea şi descifrarea ADN-ului din rămăşiţele ce s-au păstrat ale oamenilor (ele se întâlnesc nu numai în Egipt, ci şi în Peru, Japonia, Australia, Europa) deschid arheologilor perspective captivante. Compararea succesiunilor nucleotidice permite doar determinarea rudeniei ge­netice. În viitor noua metoda va fi utilizată la soluţionarea numeroaselor enigme, ce stau în faţa arheologilor cu privire la originea şi migraţiile strămoşilor noştri. Ea va oferi posibilitatea de a se determina cu un mare grad de precizie vârsta biologică a speciei umane şi a rudelor ei apropiate. Datele moderne, obţinute cu ajutorul metodelor ingineriei genice, au permis să se facă o precizare esenţială: omul a început să se deosebească de ruda sa cimpanzeul numai cu 5 milioane de ani în urmă, nu cu 8 milioane, cum se presupunea înainte. S-a descoperit că 98% din materialul genetic al cimpanzeului este identic cu cel al omului şi numai 2% din acesta se deosebeşte. Cunoaşterea legităţilor dezvoltării evolutive (istorice) a tot ce este viu pe Pământ prezintă o importanţă colosală. Ea confirmă caracterul material al lumii organice din jurul nostru, dezvăluie baza dialectică a dezvoltării ei. Bazându-se pe datele genosistematicii, putem prevedea calea de mai departe a evoluţiei vieţii pe Pământ şi, prin urmare, metodele de dirijare şi orientare ale ei. Cunoaşterea rudeniei filogenetice dintre diferitele grupuri de organisme ne oferă un instrument minunat de modificare a formelor existente, de reconstituire a unor specii de plante şi animale dispărute şi de creare a unora noi.

XVI. INGINERIA GENETICĂ ŞI MEDICINA

16.1 Povara genetică în societatea umană

«Minte sănătoasă într-un corp sănătos» – spune proverbul antic. Şi nu întâmplător oamenii îşi doresc în primul rând sănătate. Fericirea familiei depinde şi ea în mare parte de sănătatea copiilor. Numeroasele boli de care suferă oamenii au cauze diferite. Dacă boala pruncului este provocată de acţiunea unor factori nefavorabili asupra organismului fătului, ea se consideră neereditară, dobândită. Dacă ea a fost determinată de genele defectate ale părinţilor, ea este ereditară. Medicina modernă se achită uşor cu bolile dobândite. Ea a câştigat lupta cu epidemiile de pestă, de variolă, de holeră, care în trecut secerau mii de vieţi omeneşti. Ea luptă cu mai mult succes contra tuberculozei, pneumoniei, dizenteriei şi numeroaselor boli de copii. Cât priveşte bolile ereditare, situaţia este alta, deoarece în aceste cazuri îl putem trata parţial pe bolnav, dar nu putem lichida boala, căci deocamdată nu e posibilă prevenirea transmiterii ei generaţiei ulterioare. De aceea, când în familie un copil e bolnav din născare, părinţii vor să ştie dacă următorul prunc o să fie sănătos sau îl ameninţă aceeaşi soartă. Incertitudinea îl sileşte să se abţină de la procreare, să recurgă la întreruperea artificială a sarcinii ş. a. Acestea duc la traume psihice grave şi deseori sunt cauze de destrămare a familiei. Conform calculelor efectuate de diferiţi savanţi, 7–10% din numărul total al oamenilor au devieri de la norma biologică. Mai mult chiar, avem impresia că bolile ereditare sunt în creştere. Acest lucru este determinat de multe cauze, şi în primul rând de poluarea globală a mediului ambiant. Odată cu dezvoltarea industriei şi tehnicii în oraşe şi cu industrializarea şi chimizarea producţiei agricole, în mediul ambiant a apărut o mare cantitate de agenţi mutageni, care provoacă modificări ereditare – mutaţii. Frecvenţa mutaţiilor poate spori mult datorită creşterii fonului artificial al radiaţiei, acţiunii mutagenilor chimici şi a multor pesticide. În prezent sunt cunoscuţi aproape 2000 de compuşi chimici cu un efect mutagenic. S-a mai constatat că unele preparate medicamentoase, dacă-s folosite prea mult, pot avea şi ele rol de mutageni. Utilizarea fără control a medicamentelor, fumatul şi consumul alcoolului de către femeile gravide exercită o influenţă negativa asupra dezvoltării fătului. Din această cauză atât la femei, cât şi la bărbaţi deseori se formează gameţi de valoare genetică incompletă. Agenţii mutageni de origine fizică şi chimică provoacă modificarea genelor, cromozomilor şi a unor întregi genomi atât în celulele sexuale, precum şi în celulele somatice. Din cauza tulburărilor aparatului genetic al celulelor sexuale, ele îşi pierd vitalitatea şi nu pot participa la fecundare sau produc zigoţi, embrioni şi feţi de valoare incompletă, cu vitalitate scăzută, care sunt eliminaţi la diferite etape de embriogeneză şi dezvoltare postembrionară. Dacă mutaţiile nu exercită nici o influen­ţă asupra vitalităţii, ele conduc la dezvoltarea bolilor ereditare care au forme diferite şi care, luate în ansamblu, creează aşa-zisa povară mutaţională sau genetică (ereditară) în populaţiile omului. În unele ţări s-a făcut o statistica foarte tristă. În SUA, de exemplu, numai jumătate din 5–10 milioane de gravidităţi ating maturitatea, cealaltă jumătate se sfârşesc cu pieirea embrionilor în etapele precoce de dezvoltare. Din 3,2 milioane de embrioni, care au atins vârsta de 20 de săptămâni, 40 de mii pier, fără a dovedi să se nască. Tot atâţia prunci mor în prima lună după naştere din cauza unor defecte, alte 40 de mii rămân în viaţă, având vicii congenitale, care uneori pot fi tratate. În fiecare an se nasc aproximativ 90 mii de copii deficienţi mintal şi 150 de mii care vor învăţa cu greu. Care sunt cauzele acestor nenorociri? Principala se conţine în genele şi cromozomii defectaţi care se transmit prin ereditate. Fiecare om care pare sănătos are în aparatul cromozomic al celulelor sale cel puţin 12 gene defectate, care până la un anumit timp nu se manifestă, deoarece se află în stare heterozigotă. Însă atunci când aceste gene recisive mutante sunt introduse în zigotul simultan şi de gameta masculină şi de gameta feminină, ele trec în stare homozigotă şi conduc la dezvoltarea unei boli ereditare. Ştiinţa cunoaşte peste 2000 de boli ereditare ale omu­lui ce ţin de mutaţiile unor gene aparte şi aproape 500 de boli, ce ţin de tulburarea structurii sau numărului cromozomilor. Ele, independent de voinţa noastră, se transmit generaţiilor viitoare, dacă medicina nu va interveni la etapa embrionară de dezvoltare a acestor boli. Prezintă interes următoarele date. Frecvenţa mutaţiilor cromozomice la avorturile medicale (cu scopul reglării natalităţii) nu depăşeşte 2%, la avorturile spontane ea constituie 20–25%. În primele 10 săptămâni de graviditate ea atinge 50%, iar la 6 săptămâni – 70%. Aceste date demonstrează că dacă în garnitura cromozomică a embrioni­lor intervin mai multe tulburări, atunci feţii sunt eliminaţi mai repede. De aceea putem presupune că majoritatea absolută a zigoţilor cu tulburări mai complicate ale cromo­zomilor este eliminată imediat după ce a fost concepută sau în cele două-trei săptămâni ce urmează după ea. Ei scapă din câmpul de vedere al medicilor şi nu sunt examinaţi de către aceştia. Aşa dar, pieirea intrauterină a gameţilor, zigoţilor şi embrionilor de valoare genetică incompletă constituie un mecanism de selecţie la om. Dacă n-ar exista acţiunea de eliminare a selecţiei naturale la etapa embrionară de dezvoltare, numărul bolilor ereditare ar fi foarte mare. Acesta e rolul profilactic al selecţiei embrionare. Sunt descrise multe boli, care se transmit stabil prin ereditate. Printre ele cităm – surdomuţia, podagra, şizo­frenia, hemofilia, daltonismul, albinismul (pielea şi părul sunt incolore, ochii trandafirii), boala oaselor de marmoră (fragilitatea oaselor), unele forme de diabet, încărunţirea şi chelia ş. a. Faptul că unele boli se transmit prin ereditate se cunoştea demult. Astfel în 1716 lui Edvar Lambert, fiu al unor părinţi sănătoşi, a început a i se întuneca repede pie­lea şi apoi s-a acoperit cu solzişori. Edvar a avut 6 fii, care au avut şi ei piele de porc ghimpos. Acest semn s-a repetat la şase generaţii posterioare de băieţi. Istoria cu­noaşte cazuri de transmitere prin ereditate a cecităţii nocturne congenitale, care au moştenit-o 134 de urmaşi ai unui neam de elită pe parcursul mai multor generaţii. Regii germani din dinastia Habsburgică, care au cârmuit între anii 1273–1918, la început în Sfântul Imperiu roman, apoi în Spania, Austria şi, în sfârşit, în Austro-Ungaria, aveau falca de jos proeminentă şi buza de jos deformată în mod specific. Moştenirea acestor caractere s-a studiat foarte amănunţit, rezultatele au fost publicate împreună cu portretele istorice de Academia imperială, care se afla sub auspiciile familiei Habsburgilor. Dacă privim portretul unui membru al familiei din secolul XIV şi portretul unui urmaş din secolul XIX, vom vedea că acest semn, buza habsburgică, se transmitea din generaţie în generaţie şi se reproducea cu exactitate. Articulaţiile, oasele, cartilagiile, ligamentele conţin nişte glucide numite mucopolizaharide. Dacă metabolismul lor este tulburat, copiii rămân în dezvoltarea lor intelectuală şi fizică. Creşterea lor încetineşte brusc, li se deformează cutia toracică şi membrele, deseori le creşte un gheb. Se presupune că Nicollo Paganini a suferit de o astfel de boală. Geneticiienii contemporani au găsit explicaţia înfăţişării bizare a marelui violonist. Faţa lui palidă, ochii enoftalmici, degetele supraelastice şi extrem de lungi – ele toate sunt caracteristice pentru sindromul Marfan – o boală ereditară, descrisă pentru prima dată peste 56 de ani după moartea lui Paganini. Virtuozitatea interpretării lui Paganini se explica prin structura neobişnuită a degetelor. Bineînţeles, plus talentul său muzical. În anul 1866 neuropatologul englez L. Down a descris pentru prima dată o boală congenitală, care afecta în mediu unul din 600 de prunci. Copiii bolnavi erau indolenţi, cu limba groasă, stângace, cu nasul turtit, cu faţa palpebrală îngustă. Deseori sufereau de leziuni valvulare cardiace congenitale şi întotdeauna erau deficienţi mintal. Mulţi dintre ei alcătuiau contingentul spitalelor de psihiatrie. Această boală a fost numită boala lui Down, moştenind numele medicului care a descris-o. Adevărata ei cauză, însă, a fost descoperită de savantul francez J. Legen. El a studiat la microscop multe celule luate de la copiii bolnavi şi a descoperit că ele în loc de 46 de cromozomi au 47. Cromozomul de prisos se află în perechea 21. De aceea această tulburare mai poartă numele şi de trizomia-21. Odată cu înaintarea în vârstă a mamei, sporeşte pericolul naşterii unor astfel de copii. La femeile între 19–21 ani un «daun» se naşte la 2500 de copii, iar la femeile de 45 de ani – unul la 40. Bolnavii cu sindromul «daun» trăiesc câteva zeci de ani. Tratamentul este ineficient. Uneori ei pot fi învăţaţi să citească şi să scrie. O altă boală cromozomică este sindromul Edvards, provocată de neconcordanţa cromozomilor în perechea 18. El este întotdeauna mortal. Copiii mor peste câteva luni de la naştere. Ei au ochi mici, urechile dispuse neregulat, sternul scurt, le lipseşte gâtul, au defecte la degete ş. a. Fetiţe cu sindromul Edvards se nasc de două ori mai des decât băieţei. Ca şi în cazul trizomiei-21, trizomia-18 depinde de vârsta mamei: cu cât mama este mai în vârstă, cu atât este mai posibilă neconcordanţa perechii a 18-ea a cromozomilor. «Sindromul Patau» este numit trizomia-13 (lipsa de concordanţă în perechea 13 de cromozomi). În cazul acestei boli la copii nu se sudează buza de sus cu bolta palatină de sus. În popor această anomalie se numeşte «buza de iepure». Ea este însoţită de leziunea valvulară cardiacă congeni­tală şi pruncii pot avea şase degete. Copiii cu trizomia-13 se nasc cu o mică masă a corpului (mai puţin de 2,5 kg) şi mor, de regulă, în primele luni ale vieţii. Am adus exemple de boli genice şi cromozomice, care formează povara genetică a umanităţii. Menţionăm că ereditatea sănătoasă serveşte drept bază a formării personalităţii multilateral dezvoltate. Ereditatea patologică dimpotrivă, devine o povară pentru societate, familie şi pentru bolnav. De aceea grija pentru ereditatea fără anoma­lii a omului trebuie să devină o sarcină comună a tuturor oamenilor: de stat, savanţi, medici din întreaga lume. Politica consecventă cu privire la prevenirea catastrofei nucleare, lichidarea armelor chimice, biologice şi a altor arme reflectă năzuinţele tuturor oamenilor de a menţine viaţa pe mica noastră planetă şi ereditatea sănătoasă ne întregul glob pământesc. Mai sunt vii în amintirea noastră evenimentele ce au demonstrat uriaşa forţă de distrugere a radiaţiei nucleare. După exploziile din august 1945 a bombelor atomice în Japonia 18,7% din fe­meile gravide nu au mai devenit mame din cauza avorturilor, 23,3% au născut copii morţi, 26% din prunci au murit curând după naştere din cauza leziunilor provocate de radiaţie. Chiar acum, după atâţia ani, la Herosima continuă să moară mulţi oameni din cauza iradierii bunicilor lor. Consecinţe la fel de triste provoacă folosirea armei chimice. Aviaţia americană a aruncat deasupra Vietnamului şi a raioanelor învecinate ale Campuciei mii de tone de armament chimic, numit «substanţă portocalie». Reprezentanţii oficiali ai Pentagonului ştiau, desigur, că acest preparat, folosit, chipurile, numai pentru nimicirea frunzelor din păduri, pentru a descoperi partizanii, poate provoca multe boli. Utilizarea de către armata americană a substanţelor chimice toxice se resimte şi acum, consecinţele lor au afectat câteva generaţii de vietnamezi. Defoliantul care conţinea una dintre cele mai toxice substanţe, dioxina, nu i-a cruţat nici pe soldaţii americani. În lista jertfelor lui se înscriu 20 mii de veterani ai războiului american, care suferă în urma aplicării de către ei a acestei toxine. Şi această lista continuă să sporească. Pentru ei şi membrii familiilor lor intoxicarea cu «substanţă portocalie» a devenit cauza îmbolnăvirii de cancer a ficatului, pierderii echilibrului psihic, avorturilor la femei, naşterea unor copii anormali. Serviciile medicale din ţara noastră lucrează mult în această direcţie, în scopul prevenirii bolilor ereditare. Au fost deschise şi funcţionează cabinete consultative şi secţii de genetică medicală. Medicina genetică nu dispune încă de mijloace efective pentru tratamentul multor boli ereditare, dar în viitorul apropiat, pe măsura dezvoltării metodelor ingineriei genice, vor apare noi posibilităţi de terapie genetică a bolilor ereditare. În continuare vom relata unele realizări ale ingineriei genetice în domeniul acesta.

16.2 Medicamentele – sub controlul genelor

În domeniul medicinii sarcinile ingineriei genetice ţin de producerea diferitelor preparate a căror fabricare este imposibilă prin metodele tradiţionale sau necesită un volum mare de muncă. În prezent se aplică mult interferon – un medicament care permite combaterea numeroaselor infecţii, şi în pri­mul rând a celor virotice. Printre ele se numără toate felurile de gripă, hepatita virotică, scleroza difuză ş. a. Interferonul exercită un efect pozitiv şi la tratamentul unor boli canceroase cum sunt osteosarcomul, mielomul, melanomul, tumoarea laringelui, meningeomul şi cancerul pulmonar. Interferonul e foarte necesar, dar el se produce deocamdată în cantităţi foarte mici, deoarece este un preparat specific. Pentru tratamentul oamenilor este eficient numai acel care se obţine din sângele omului. Componenţa chimică a interferonului o constituie o proteină elaborată de celulele omului şi ale celorlalte vertebrate drept reacţie la infecţia virotică. Interferonul omului se extrage din leucocitele sângelui sau din ce­lulele ţesutului conjunctiv – din fibrolaşti. Dintr-un litru de sânge se extrage o cantitate de interferon suficientă pentru o singură injecţie. S-a calculat că inter­feronul obţinut din sângele tuturor oamenilor ce trăiesc pe Pământ ar ajunge doar pentru tratamentul a 20 mii de oameni. În prezent ingineria genică a procedat la soluţionarea problemei interferonului. Firmele mari «Biogen» şi «Ghenenteh», precum şi laboratoarele din Belgia, Elveţia şi Japonia au început producerea lui din a doua jumătate a anului 1980. Ce s-a realizat deocamdată? Culturile celulelor de leucocite şi de fibroblaşti ai omului au fost contaminate cu virus şi în ele a început elaborarea interferonului. Din aceste celule s-a separat ARNi şi din el, cu ajutorul revertazei, a fost sintetizat ADNc. Apoi ADN-ul purtător al genei necesare a fost inclus în plasmida colibacilului. Astfel bacteria a obţinut o proprietate nouă de a produce interferonul omului. În anul 1982 s-a obţinut sintetizarea în celulele colibacilului a interferonului leucocitar. Prima etapă a cercetărilor constă în clonarea şi identificarea genei, iar a doua – în obţinerea din leucocitele sângelui omului a ARN-ului informativ, care codifică sinteza interferonului. În acest scop în leucocitele sângelui a fost inserat virusul bolii de Newcastl – un stimulator puternic al interferonului, care generează sin­teza lui. După aceea gena interferonului a fost inserată, cu ajutorul plasmidei, în gena colibacilului. Şi bacteriile au început să producă interferonul. Dintr-un litru de mediu de cultură (recalculat la 1 litru de sânge) se poate obţine de 1000 de ori mai mult interferon. Astfel s-a făcut un pas important spre producerea industrială a interferonului leucocitar relativ ieftin. Pen­tru munca rodnică în domeniul acesta savanţilor sovietici Iu. Ovcinnicov, E. Sverdlov, S. Ţarev ş. a. li s-a decernat premiul Lenin. Bacteriile «programate» special în acest scop elaborează şi medicamente antitumorale. Unul din ele – limfotoxina este o proteină, elaborată de celulele sistemului imun al omului (limfocite). El are capacitatea de a ucide celulele tumorale fără a influenţa celulele sănătoase. Limfocitele, însă, produc această proteină în cantităţi foarte mici şi de aceea până în prezent nu s-a reuşit să se cerceteze amănunţit însuşirile ei. Pentru a obţine această proteină minunată în cantităţi mai mari, colaboratorii uneia din firmele de inginerie genetică din SUA au hotărât să utilizeze bacteriile cu ca­re se lucrează mult mai uşor şi-s mult mai ieftine decât culturile de limfocite. În acest scop a fost nevoie de o genă, care să codifice limfotoxina. Pentru a sintetiza această genă, savanţii au început să determine succesiunea aminoacizilor din limfotoxină. Ei au reuşit să descifreze un fragment compus din 155 de aminoacizi, care alcătuia 90% din lungimea moleculei proteice. Utilizând datele codului genetic, ei au sintetizat gena, care codifică limfotoxina scurtată şi au inserat-o în bacteria E. coli. Dar experimentatorii au rămas decepţionaţi: pro­teina «scurtată», elaborată de bacterii, nu era activa din punct de vedere biologic. Următoarea etapă a fost găsirea acelei părţi a genei care lipsea. Din limfociţi a fost separat ARNi-ul din care s-au obţinut copii de ADN. Între acestea trebuia de găsit copia care codifică limfotoxina. În acest scop a fost utilizată metoda de hibridizare a ADN-ului. Apoi din copia de ADN căutată a fost tăiat un sector ce codifica fragmentul final care lipsea şi a fost sudat la gena sintetică. Bacteriile în care a fost inserată gena «sudată» au în­ceput să producă limfotoxina, însuşirile şi gradul de activitate ale căreia nu se deosebeau de însuşirile celei naturale. Producerea ei prin această metodă a fost de 500 de ori mai mare decât cea produsă de cultura limfociţilor. Când această limfotoxină a fost administrată şoarecilor în tumoarea provocată de cancerogenele chimice, tumoarea pierea. Specialiştii americani au reuşit printr-o metodă analogă să cloneze în bacterii gena unei alte proteine anticanceroase a omului – a aşa-numitului factor al necrozei tumorii. Dacă proteinele obţinute pe calea ingineriei genice vor putea fi utilizate pentru tratamentul oamenilor, ele vor deveni medicamente de tip nou. Preparatele anticanceroase folosite până în prezent sunt ne specifice: ele acţionează atât asupra celulelor canceroase, cât şi asupra celulelor normale. Afară de aceasta , ele sunt nişte substanţe străine organismului, pe când limfotoxina şi factorul necrozei tumorilor sunt proprii organismului. Aceste pre­parate se află în etapa experimentelor clinice. Ingineria genică a făcut posibilă crearea aşa-numitelor vaccinuri vii. Vaccinul viu se obţine atunci când «se suturează» la un loc, bunăoară, ADN-ul virusului de variolă şi o anumită genă a hepatitei care funcţionează în caliate de vaccin antihepatic. Vaccinarea obişnuită a acestui -!reparat provoacă simultan rezistenţa contra variolei şi hepatitei. Lucrările de creare a vaccinului contra hepatitei (boala Botchin sau icter), boală gravă şi foarte răspândită, sunt efectuate de doctorul în ştiinţe biologice Iştvan Fodor, conducător de laborator la Institutul de biochimie şi fiziologie a microorganismelor din - oraşul Puşchino. Conform planurilor savanţilor, principalul avantaj al acestei substanţe pe lângă eficacitate trebuie să devină şi producerea ei în cantităţi ce-ar face posibilă vaccinarea în masă a populaţiei. Vaccinul con­tra icterului, elaborat în SUA, se făcea din sângele omu­lui care a suferit de această boală. Acest vaccin îl costă pe pacient o sută de dolari. Bazându-se pe datele ingineriei genetice, grupul ştiinţific al lui I. Fodor primul în practica medicală a reuşit să insereze gena hepatitei în genomul vaccinei contra variolei. A fost obţinută o vaccină hibridă, care poate fi utilizată contra a două boli simultan. Justeţea presupunerilor, făcute de către savanţi, au confirmat-o şi examenele de laborator. În sângele iepurilor de casă, cărora li s-a administrat preparatul recombinat, au fost descoperiţi anticorpi nu numai contra variolei, dar şi contra hepatitei. Experienţele efectuate, asupra animalelor nu puteau fi, însă, absolut convingătoare. Doar hepatita e o boală de care suferă în primul rând oamenii. Savanţii din laboratorul doctorului Fodor au luat benevol decizia de a deveni primii oameni în lume vaccinaţi contra icterului, fiind absolut convinşi teoretic că aceasta nu poate provoca consecinţe grave. În acest fel unsprezece oameni de pe Pămînt de acum înainte nu mai sunt ameninţaţi de icter. Aceştia sunt membrii colectivului condus de I. Fodor. Organismul fiecăruia din ei a acţionat la vaccin prin reacţia imună. Autorii noii invenţii sunt convinşi că în viitorul apropiat vaccinarea în masă contra hepatitei va deveni po­sibilă în orice colţ al planetei; fiecare vaccin va costa câteva copeici. Astfel pentru întâia dată o singură fiolă conţine un preparat contra a două boli – a variolei şi a icterului. E posibilă oare obţinerea unui vaccin mai universal? Sa­vanţii sunt foarte optimişti în acest sens. Tehnologia ADN-ului recombinat, ingineria genică şi noile metode de biotehnologie vor permite, probabil, crearea de vaccinuri care «ar funcţiona» simultan contra unei serii de virusuri agenţi patogeni ai bolilor infecţioase. Biologia virusurilor permite «înghesuirea» în genomul vaccinului de variolă încă a douăzeci-treizeci de gene. Astfel după vaccinare organismul omului va obţine un scut sigur contra multor boli. Unul dintre domeniile medicinii, în care este deosebit de necesară intervenţia ingineriei genice, este endocrinologia. Această ştiinţă studiază bolile legate de tulburarea creşterii şi dezvoltării organismului, precum şi tulburările metabolismului provocate de insuficienţa sau excesul unor proteine speciale – a hormonilor. Hormonii se sintetizează în anumite organe ale animalelor şi omului şi este imposibil a-i obţine în cantităţi mai mari în afara in­gineriei genice. De exemplu, pentru a se produce un miligram de hormon tiroliberină a fost nevoie să se prelucreze 7 tone de hipotalamus, luate de la 5 milioane de oi. Unul din primii hormoni obţinuţi de ingineria genică în celulele colibacilului a fost somatostatina, despre care am mai relatat. Ea este elaborată în organism de hipotalamus (o glandă ce se află la baza creierului). Somatostatina reglează secreţia hormonului creşterii (somatotropinei) şi a insulinei. Ea se foloseşte pentru tratamentul acromegaliei şi diabetului. Cu ajutorul somatotropinei, obţinute şi ea prin metodele ingineriei genice, le putem ajuta oamenilor cu înălţimea de 120–130 centimetri să mai crească. Unii pacienţi cresc timp de un an cu 3 cm, şi nu numai în perioada copilăriei, ci şi în cea a adolescenţei. Medicii lituanieni au reuşit să-i facă să crească pe oamenii de 25–28 de ani. Aceste date confirmă o dată în plus posibilităţile mari de care dispune terapia hormonală. Insuficienţa în organism a hormonului pancreasului, a insulinei, provoacă o boală gravă – diabetul zaharat. Peste 60 de milioane de oameni din lumea întreagă suferă de această boală, care se transmite şi prin ereditate şi care ocupă locul trei, în ce priveşte cazurile de mortalitate, după bolile cardio-vasculare şi canceroase. Numărul bolnavilor de diabet sporeşte cu fiecare an şi insulina, obţinută prin metoda tradiţională din pancreasul porcilor şi viţeilor, nu mai ajunge. Chiar mai mult, preparatul provoacă unor bolnavi, mai alee copiilor, reacţii alergice. De aceea s-a propus obţinerea insulinei de la om, nu de la animale prin metodele ingineriei genice. Au fost elaborate două metode de obţinere a insulinei. Prima – clonarea artificială a genei sintetizate a insuli­nei. Dacă sintetizarea genei pe cale chimică este dificilă, atunci se procedează la o metodă de ocol. Din celulele eucarioţilor se separă o genă matură (ARNi) de insulină. Apoi, cu ajutorul fermentului, a transcriptazei reversibile (revertazei) din acest ARNi se obţine o copie complementară a ADN-ului – ADNc. Catena ARNi este distrusă şi cu ajutorul fermentului ADN-polimeraza este sintetizată o a doua catenă ADNc. Pentru a se putea insera în vector-gena sintetizată, cu ajutorul ligazei se suturează la capetele ei succesiuni nucleotidice scurte – lincherii. Lincherii au o structură de nucleotide pe care o recunosc restrictazele. În continuare construirea vectorului hibrid se face pe cale obişnuită. După prelucrare cu restrictază a vectoru­lui şi a ADNc cu ajutorul ligazei se obţine un ADN recombinat, care poate funcţiona în celula bacteriană. Dar, pentru ca noua genă să funcţioneze eficace, în componenţa moleculei recombinate, înaintea ei, se pune un promotor bacterial şi un sector de ADN responsabil pentru legătura dintre ARNi cu ribozoma bacteriană. Abia după aceasta încep să se producă moleculele de proinsulină în bacterie. Molecula de insulină este compusă din două catene proteice: catena A cu o lungime de 21 de aminoacizi şi catena B constituită din 30 de aminoacizi. Catenele sunt legate între ele prin legături bisulfide. De aceea cea de-a doua metodă de obţinere a insulinei se bazează pe sintetizarea artifi­cială a genelor catenelor A şi B în formă de ADN. Aceasta se obţine cu ajutorul «maşinii genice», al cărei principiu de funcţionare a fost examinat. Se sintetizează separat catena A a ADN-ului cu lungimea de 63 de nucleotide şi catena B cu lungimea de 90 de nucleo­tide. La capetele ambelor catene se suturează câte trei nu­cleotide, care codifică aminoacidul metionina, şi cu aju­torul unei plazmide cu promotor bacterian şi a genei β-galactozidazei sunt reunite într-un ADN recombinat, care transformă bacteriile. În acest fel colibacilul «înşelat» de prezenţa promotorului său propriu şi de gena β-galactozidazei sintetizează totodată şi insulina. La început se produce o proteină intermediară, care conţine r-galactozidază şi proinsulină. Apoi β-galactozidaza se separă, acţionând asupra tripletei metioninei cu ajuto­rul bromcianului. După aceasta ambele catene proteice se unesc într-o moleculă de valoare complectă de insulină, care este separată şi purificată minuţios. Această metodă de obţinere a insulinei are avantaje, şi în primul rând pentru că dispare munca dificilă de obţinere a genei dintr-o sursă naturală din celulele pan­creasului. Primele loturi de insulină, obţinute prin metodă de inginerie genică, au fost deja livrate pe piaţa mondială. De la un fermentor cu o capacitate de 2000 litri, în care se cresc bacterii cu ADN recombinat, se obţin 100 g de insulină pură. Prin metoda tradiţională un asemenea rezultat se obţine după prelucrarea a 275 chilograme de pancreas de porc. Se efectuează lucrări intense de producere prin metoda ingineriei genice şi a altor preparate medicamentoase: hormonul glandei tiroide – calcitoninei, factorului VIII, urochinazei, plazminogenei ş. a. Calcitonina este o proteină ce conţine 32 de aminoacizi şi care fereşte oasele de pierderea calciului în timpul creşterii organismului şi gravidităţii. Aşa-numitul fac­tor VIII este un medicament de care au nevoie oamenii ce suferă de o boală ereditară grea – de hemofilie, când sângele nu se coagulează, fapt ce provoacă hemoragii mari şi chiar moartea. Acest factor îi restituie sângelui capacitatea de a se coagula. Este absolut contrarie acţiunea celorlalte două pre­parate – a urochinazei şi a activatorului tisular plazmino­genei. Ele sunt destinate resorbţiei trombilor, care apar deseori în cursul naşterii, bolilor infecţioase şi după operaţiile chirurgicale. Deseori trombii cauzează atacuri de cord şi accidente vasculare cerebrale. În centrul atenţiei ingineriei genice se află şi un grup mare de hormoni speciali – neuropeptidele (unul din ei este β-endorfina), care acţionează asupra sistemelor creierului şi ţin de senzaţia durerii. Majoritatea substanţelor farmaceutice obţinute până în prezent prin metodele ingineriei genice au o însuşire comună – toate sunt produse naturale ale organismului uman şi servesc drept scut contra diferiţilor duşmani. Uneori ele se află în cantităţi insuficiente pentru ca organismul să poată să-i învingă singur pe vrăjmaşi. În aceste cazuri introducerea proteinelor proprii omului îi va ajuta să biruie boala sau să-şi uşureze starea.

16.3 Genoterapia şi perspectivele ei

Domeniul cel mai tânăr şi cel mai atractiv al medicinei, dar deocamdată încă puţin accesibil ingineriei genice, se - consideră terapia genelor. Această direcţie, abia apărută, a stârnit bucluc. În anul 1980 în SU A o fată de 21 de ani, care suferea de talassemie, a fost supusă terapiei genice, dar tratamentul a eşuat. Ideea terapiei genelor a rămas, totuşi, la ordinea zilei. În octombrie 1985, după o discuţie ce-a durat şapte luni în SUA au fost adoptate nişte reguli de care trebuie să ţină cont savanţii care se ocupă cu problemele terapiei genelor. În etapa actuală este permisă numai terapia somatică şi sunt interzise operaţiile care pot conduce la modificări ereditare. În sens larg terapia genelor include atât profilaxia, cât şi tratamentul bolilor genetice. Pentru profilaxia bolilor ereditare se cer metode de diagnosticare prenatală. Apar aici multe probleme ce ţin de conceperea copilului de către părinţii purtători ai acestor boli. Din cele peste 500 de boli cromozomice, câteva zeci ţin de anomalii foarte mari ale cromozomilor care pot fi diagnosticaţi la microscop. Aici se înscrie şi tulburarea balanţei cromozomilor sexuali, motiv ce nu permite dezvoltarea complectă a sistemului sexual şi care provoacă apariţia sindromului Clainfelter la bărbaţi (XXV – un cromozom de prisos) şi Şereşevschii-Turner la femei (XO – lipseşte un cromozom X), precum şi anomalii în perechile 21, 18 ş. a. de autozome. Aceste anomalii pot fi evidenţiate atât la părinţi (astfel se poate prezice posibilitatea moştenirii lor la copii), cât şi la făt. Sarcina constă în diagnosticarea cât mai devreme a acestor anomalii. În ultimii 15–20 de ani metodele de luare a probelor intravitale de celule din amnion şi din lichidul lui (amniocenteza) prin puncţionarea cu un ac al peretelui uterului în perioada de 14–16 săptămâni de graviditate au permis să se determine constituţia cromozomică a fătului. Astfel a fost soluţionată sarcina determinării precoce a sexului viitorului copil, ceea ce prezintă importanţă pentru diagnosticarea mai exactă a bolilor ereditare ce ţin de sex. Hemofilia (incoaguabilitatea sângelui), de exemplu, se manifestă numai în organismul bărbătesc, cu toate că gena defectată se întâlneşte în cromozomul X şi la femei. În cazul acesta, ca şi în altele analoge, determinarea intrauterină a sexului permite a se lua decizia cu privire la întreruperea sarcinii, pentru a nu avea copil cu anomalii. Sexul viitorului copil a fost prima diagnosticare intrauterină. Aceasta a avut loc în anul 1955, iar în anul 1960 această realizare a adus primul folos practic: la o mamă purtătoare a bolii ereditare, care apărea pe linia bărbătească, a fost diagnosticat sexul fătului. În anul 1961 cu ajutorul amniocentezei a fost determinată incompatibilitatea dintre făt şi mamă după factorul rezus, iar în anul 1968 a fost evidenţiată intrauterin boala Down. Un alt exemplu elocvent al folosirii metodelor in­gineriei genice în diagnosticarea prenatală a bolii eredi­tare, ce ţine de sex, este evidenţierea precoce a distrofiei musculare Diuşen. Această boală se manifestă în fragedă copilărie prin slăbirea progresivă a muşchilor şi, în cele din urmă, copilul rămâne ţintuit la pat. Boala conduce la o moarte precoce a bolnavului. Gena defectată de care ţine boala, ca şi în cazul hemofiliei, este localizată în cromozomul X şi este recisivă, de aceea boala afectează numai reprezentanţii sexului tare. Bărbaţii au doar un singur cromozom X şi de aceea valoarea incompletă a genei se mani­festă neapărat. La fetiţele care au doi cromozomi X, din care unul funcţionează normal, acţiunea genei defectate este compensată de gena de valoare complecta. Femeia poate fi sănătoasă, purtând concomitent catastro­fa în unul din cromozomii ei X. Când un bărbat sănătos se căsătoreşte cu o femeie purtătoare a genei defectate, e posibilă naşterea copiilor sănătoşi, dar şi bolnavi, care au moştenit de la mamă un cromozom X defectat. Analiza repartizării fragmentelor restricţionale dintr-un anumit segment de cromozomi X permite să se evidenţieze gena defectată la mamă şi la copii. Dacă această genă a fost descoperită în ADN-ul fiului, înseamnă că el a fost afectat de boală. Aceasta se poate stabili prenatal şi atunci părinţii vor putea hotărî în prealabil dacă doresc sau nu să aibă un copil bolnav incurabil. Analiza restricţională, ca metodă a ingineriei genice, care are drept scop diagnosticarea bolilor ereditare, este foarte simplă. Pentru ea este suficient ADN-ul dintr-o singură celulă. Să presupunem că este vorba de drepanocitoză, o boală de care suferă zeci de milioane de oameni din lumea întreagă. Pentru a se verifica dacă acest defect ţine de gena globinei de sânge sau de altă cauză, ADN-ul obţinut din cro­mozomii bolnavilor este prelucrat cu restrictaza Xpa 1. Dacă după prelucrare se obţine un fragment de ADN cu o lungime de 13 mii perechi de baze, înseamnă că există o genă defectată, care poate conduce la îmbolnăvire. Mărimea normală a genei globinei de sânge la om este de 7600 de baze. Siguranţa acestui diagnostic este de 80%. Metoda diagnosticării după fragmentele restricte de ADN caracteristice anumitor gene se foloseşte tot mai larg în practica medicală şi continuă să fie perfecţionată. Pentru terapia genică prezintă o mare importanţă munca de perfecţionare a coordonatelor exacte a genelor din cromozomi. Până în prezent s-a stabilit localizarea pe cromozomii omului a mai mult de 800 de diferite gene. Au obţinut «înscrierea» pe cromozomi şi 18 oncogene – gene capabile să provoace cancerul. Pentru ca terapia genică să devină posibilă, trebuie să se respecte o serie de condiţii. Genele normale trebuie să fie separate în cantităţi suficiente şi bine studiate. Vectorii să conducă genele exact în acele organe şi ţesuturi în care ele funcţionează de obicei. Mai e nevoie şi de elaborarea unei metode sigure de inserare a genei în cromo­zomii omului. Terapia bolilor genetice presupune, din punct de vedere al ingineriei genice, introducerea în aparatul genetic al omului în care se află gena (sau genele) defectată a unei gene cu o informaţie genetică normală. În condiţii ideale această operaţie poate fi realizată, luându-se un ovul fecundat, care urmează să fie transplantat mamei adoptive, pentru ca informaţia genetică introdusă să fie moştenită de toate celulele organismului ce se dezvoltă din el şi să se transmită generaţiilor ulterioare. Dar aici apar probleme, încât devine limpede că a vorbi despre utilizarea acestei metode în medicină este încă prea devreme. Terapia celulelor somatice, care provoacă în prezent un interes atât de mare, constă în inserarea unei noi in­formaţii genetice în celulele somatice care au un defect ereditar. Informaţia inserată corectează defectele numai la nivelul dat şi nu se transmite prin ereditare. În această direcţie s-au obţinut de acum succese despre care vom vorbi mai amănunţit. Galactozemia este o boală grea – omul bolnav nu poate asimila galactoza (o parte componentă a lactozei), deoarece îi lipseşte fermentul galactotransferaza necesar pentru asimilarea ei. Acest ferment îi lipseşte pentru că în cromozomul omului este defectată gena responsabilă de sin­teza lui. Defectul cromozomic, prin urmare şi boala însăşi, se transmite prin ereditate. Galactozemia se combate, eliminând din hrană galactoza, dar acest tratament nu poate fi considerat radical. Fermentul despre care este vorba se întâlneşte şi la alte organisme, în special la colibacil. La începutul deceniului al nouălea colaboratorii Institutului de ocrotire a sănătăţii (SUA) în frunte cu C. Merril au început să studieze culturi ale ţesuturilor unor bolnavi de galactozemie. Ei au lucrat cu celulele ţesutului conjunctiv – cu fibroblaştii, care cresc bine în condiţii de laborator. Savanţii au transferat în celula fibroblastului prin transducţie cu ajutorul bacteriofagului lambda o genă a colibacilului, responsabilă de produc­ţia galactotraneferazei. Celula colibacilului, care conţine fermentul necesar, a fost contaminată cu virus Bacteriofagul lambda a pătruns în celulă, s-a înmulţit, iar noile lui generaţii purtau de acum în ADN-ul lor material ereditar al colibacilului, în special, gena responsabilă de producerea galactotransferazei. Apoi aceste virusuri au fost introduse în cultura celulelor de fibroblaşti ai omului. În urma acestor operaţii fibroblaştii obţineau noi însuşiri, ei începeau să asimileze galactoza. Înseamnă că în ADN-ul celulei omului a fost inserată gena adusă de la bacterii. Generaţiile următoare ale celulei lecuite s-au dovedit a fi şi ele sănătoase. Astfel a avut loc vindecarea unei rele boli ereditare. Este interesant de menţionat că în varianta de control, în care virusul a transmis materialul ereditar din celula mutantă a bacteriei, în care gena necesară lipsea, fibro­blaştii nu căpătau nici o însuşire nouă. Astfel, a fost demonstrată pentru prima dată posibilitatea terapiei genetice a celulelor somatice Dar aceste operaţii fine au fost efectuate în celule crescute în cultură, în afara organismului uman. Iată, însă, unele rezultate mai noi şi mai încurajatoare În anii 1984–1985 un grup de savanţi americani în frunte cu R. Mallighen s-au ocupat de ADA (deficitul de adenozin-dezaminază), o boală ereditară rară. Această boală cauzează defecţiuni grave ADA inhibează atât de mult sistemul imun al omului, încât o răcire obişnuită poate deveni pentru el mortală. Terapia genică a purces anume la cercetarea acestei boli, deoarece ea este cauzată de deficitul de ferment în măduva oaselor, ţesut, care asigură cele mai bune condiţii pentru inserarea genelor sănătoase în organism. În măduva oaselor se formează limfociţii – elementul de bază al sistemului imun al organismului. Deficitul de ferment provoacă elaborarea toxinelor, care împiedică dezvoltarea normală a limfociţilor T. Mallighen a elaborat o metodă inofensivă şi eficace de transplantare a genelor. În câţiva ani el a studiat retrovirusurile şi s-a gândit să-i restructureze în aşa mod, ca ei să servească drept curieri sau vectori, care transportă genele în celule. Deoarece retrovirusurile îşi introduc pe cale naturală genele în celule, judeca savantul, putem să le silim să facă acelaşi lucru şi cu genele străine. În acest scop Mallighen şi Verma, care lucra şi el asupra problemei ADA, «au suturat» o genă de om cu o genă de virus şi au contaminat cu ele celulele din cultură Savanţii şi-au pus sarcina de a crea o nouă specie de retroviruşi, care ar transporta genele în celulele omului şi care ar fi închise trainic în ele. Grupul lui Mallighen s-a apucat de soluţionarea acestei probleme complicate. Au fost create din nou retrovirusuri, astfel ca să se obţină o nouă unitate infecţioasă. Fiecare dintre acestea nu mai era în stare să nască noi virusuri. În acest scop ei au îndepărtat dintr-un virus genele responsabile pentru crearea membranei proteice şi le-au înlocuit cu o genă străină, dar necesară lor. Dintr-un alt virus, aşa-numitul virus-ajutător, ei au îndepărtat succesiunea genelor, care îi dădea «semnalul» membranei proteice de a se asambla cu ARN şi a forma un nou virus. Când aceste două «virusuri-schiloade» sunt introduse în celulele culturii, virusul ajutător asigură toată munca necesară de inserare în celulă a virusului combinat (cu gena străină), dar el singur nu se poate insera Vectorul, însă, aflându-se în interior, nu se poate reproduce, deoarece în ADN-ul său lipsesc instrucţiile necesare pentru această acţiune şi el (virusul cu gena străină) rămâne închis pe veci în ADN-ul celular. Mallighen afirmă că acest sistem virotic de transportare a genelor este perfect. El poate fi utilizat cu succes pentru transmutarea genelor omului în celulele omului cultivate in vitro. Genele defectate, care provoacă ADA, precum şi o altă boală – sindromul Lesh-Nyhan, au fost de acum identificate şi copiile lor normale pot fi clonate în laborator. Ele vor fi, probabil, primele care vor putea fi tratate conform acestei metode. Savanţii îşi imaginează această procedură complicată, în mai multe etape, cam aşa: la început medicul terapeut va injecta acul seringii în bazinul osos al pacientului, care suferă de boala incurabilă şi va extrage o lingură de celule de măduvă osoasă În laborator el va contamina aceste celule cu virusuri artificiale, care au fost «recroite» în aşa fel ca ARN-ul lor să conţină gena construită ce îi lipseşte bolnavului. Când aceste celule vor fi din nou introduse pacientului de la care au fost luate, genele ce funcţionează corect îşi vor asuma munca celor defectate, care nu-şi îndeplineau funcţiile. Dacă se va întâmpla aşa, pacientul, probabil, se va însănătoşi şi ştiinţa va obţine o nouă metodă de tratare a sute de alte boli ereditare. Dar această formă de terapie genică va putea modifica garnitura de gene numai a pacientului. Noile gene nu se transmit celulelor embrionare, din care se formează ovulele şi spermatozoizii şi, prin urmare, nu pot să se transmită urmaşilor prin ereditate. Tratamentul bolilor genice prin transferare pacientului a unor gene normale pare un lucru foarte simplu. În realitate, însă, terapia genică este o procedură atât de fină, încât numai un număr foarte mic de colective ştiinţifice din lume dispun de cunoştinţele şi experienţa necesară pentru efectuarea unui asemenea tratament. Unul dintre cele mai mari obstacole în calea lor este găsirea unei me­tode sigure de inserare a genei normale în celulă şi nu numai în celulă, dar şi în locul unde se află genele defectate din ovulul (zigotul) fecundat, de la care îşi ia începutul viitorul individ. Dar, în pofida tuturor acestor probleme ştiinţifice şi sociale complicate, era terapiei genice, conform părerii unice a savanţilor, a început şi nu mai este departe timpul când medicii-geneticiieni nu numai vor înlătura simptomele bolilor ereditare, dar vor corecta şi defectele genelor care le provoacă.

XVII. ASPECTELE SOCIALE ALE INGINERIEI GENETICE

17.1 Cutia Pandorei sau consecinţele imprevizibile ale ingineriei genice

Acest subtitlu al capitolului n-a fost ale s întâmplător. Anume aşa definesc mulţi savanţi occidentali ingineria genetică, având în vedere consecinţele cercetărilor în acest domeniu. Cu ajutorul ingineriei genetice, precum am aflat, omenirea va putea, pe de o parte, să obţină în viito­rul apropiat cantităţi nelimitate de medicamente greu accesibile în prezent, noi forme de microorganisme, de plante şi de animale – surse de prosperitate a oamenilor. Şi, fapt ce prezintă o deosebită importanţă, tocmai ingine­ria genetică va putea izbăvi omenirea de povara genetică, adică de bolile ereditare prin substituirea genelor patologice prin gene normale. Ingineria genică deschide în faţa omenirii posibilităţi nelimitate. Pe de altă parte, însă, ea prezintă un anumit pericol potenţial atât pentru om, cât şi pentru întreaga omenire. Într-adevăr, manipulările aflate la baza ei ating mecanismele cele mai intime ale proceselor genetice şi, în ultimă instanţă, bazele moleculare ale vieţii. Este clar că rezultatele unor experimente făcute în acest scop pot fi neaşteptate, precum s-a întâmplat în anii creării bombei atomice. O simplă neglijenţă a experimentatorului sau incompetenţa lui cu privire la securitatea muncii poate crea un pericol pentru populaţia unor oraşe şi ţări întregi. Daune mult mai mari pot aduce aceste metode, dacă vor nimeri în posesia unor răufăcători sau militarişti. Caracterul global al acestui pericol este determinat, în primul rând, de faptul că organismele cu care se fac de cele mai dese ori experienţele în domeniul ingineriei genice sunt răspândite în natură (colibacilii trăiesc, de obicei, în tractul intestinal al omului) şi au capacitatea de a face schimb de informaţie genetică cu confraţii lor «sălbatici». Această problemă capătă o importanţă deosebit de serioasă, deoarece în urma acestor manipulări este posibilă crearea unor organisme cu proprietăţi genetice absolut noi, care înainte nu se întâlneau pe Pământ şi nu erau determinate de evoluţie. În prezent este imposibil a se prezice consecinţele unor astfel de experienţe. Aceste considerente au provocat o mare îngrijorare a savanţilor progresişti şi au stârnit discuţii aprinse cu privire la admisibilitatea şi condiţiile de realizare a experimentelor în domeniul ingineriei genice. Discuţia s-a desfăşurat în jurul a două probleme fundamentale. Prima – riscul potenţial de experimentare cu moleculele recombinate de ADN. A doua – mai amplă – consecinţele sociale posibile a utilizării în practică a ingineriei genetice. În anul 1974 un grup de savanţi americani în frunte cu P. Berg s-au adresat savanţilor din lumea întreagă cu apelul de a supune unui moratoriu cercetările ştiinţifice în do­meniul ingineriei genice, până la convocarea unei conferinţe internaţionale. Acest apel categoric adresat comunităţii savanţilor a fost susţinut de către mulţi savanţi din întreaga lume. În Anglia a fost creată o comisie pentru studierea experimentelor periculoase în domeniul ingineriei genice, care a ajuns la concluzia că aceste cercetări trebuie interzise. Moratoriul a fos1 respectat timp de 8 luni, până la sfârşitul lui februarie 1975, când s-a ţinut o conferinţă internaţională la Asilomar (California, SUA), la care 140 de savanţi din 17 ţări ale lumii, inclusiv din fosta Uniune Sovietică, au generalizat realizările prealabile în stu­dierea moleculelor recombinate de ADN, au discutat unele aspecte sociale şi etice ale ingineriei genice, căile de prevenire a pericolelor potenţiale ce ţin de ea şi con­diţiile ridicării moratoriului la două feluri din experimentele cele mai periculoase. Participanţii la conferinţă au căzut de acord că majoritatea lucrărilor de construire a moleculelor de ADN recombinate pot fi efectuate, dacă se iau măsurile de securitate necesare, care permit menţinerea organismelor noi create în limitele laboratorului. Principala metodă de prevenire a pericolelor posibile în ingineria genică este obţinerea de bacterii şi virusuri care nu s-ar înmulţi decât în condiţii de laborator. În comunicatul final al conferinţei s-a acordat o mare atenţie asigurării întregului personal cu informaţie absolută despre experimente, despre gradul lor de risc, precum şi despre pregătirea minuţioasă şi instruirea personalului cu privire la măsurile de securitate, necesare în efectuarea diferitelor experimente cu un anumit grad de risc. Menţionăm că moratoriul provizoriu asupra cercetărilor în domeniul ingineriei genice n-a fost apreciat şi interpretat de către toţi savanţii. Acest lucru s-a observat, în special, în timpul consfătuirii unionale cu privire la problemele filozofice ale ştiinţelor naturii (Moscova, 1985). Academicianul A. A. Baev, luând cuvântul la consfătuire, a menţionat că manifestul care cheamă să se renunţe benevol la cercetări, a servit drept trambulină pen­tru campania ce s-a organizat contra ingineriei genice (în temei în SUA) şi în care s-au înrolat presa, radioul şi televiziunea. Academicianul V. A. Engelgard indica» că în calitate de adversari ai moratoriului s-au ridicat adepţii libertăţii «prospecţiunilor ştiinţifice», dar principiile sănătoase au învins, regulile de lucru respective au fost adoptate în majoritatea ţărilor, uneori ele se transformă în legi. Aşa dar, - a început savantul, - datorită acţiunilor coordonate ale savanţilor a fost prevenit un mare pericol. «Moratoriul de la Asilomar» poate fi, pe drept cuvânt, considerat» un model de responsabilitate a sa­vanţilor în faţa pericolului care poate atinge proporţiile unei mari calamităţi, proporţiile unei adevărate crize. Aceste opinii ale savanţilor, cu toate că nu sunt identice, au acelaşi numitor comun. Ele marchează că ingi­neria genică a atras atenţia omenirii asupra necesităţii controlului public, asupra celora ce se întâmplă în ştiinţă, asupra pericolului care poate ameninţa întreaga omenire. În legătură cu aceasta cunoscuţii filosofi I. Frolov şi B. Iudin au notat cu mult spirit că până în prezent toţi cei care au participat la discuţii s-au limitat doar la «drama de idei» şi la «bătălii verbale». Dar câte ne mai aşteaptă în viitor. şi binele, dar, probabil, şi răul. De aceea, cu toate că au fost adoptate anumite reguli ale lucrărilor în domeniul ingineriei ge­nice, nu face să diminuăm pericolul ei potenţial. Subliniem că mulţi specialişti occidetali ne «consolează», declarând, bunăoară, că arma de nimicire în masă, care poate fi creată cu ajutorul ingineriei genice, nu va fi mai puţin distrugătoare decât arma nucleară. Se discută chiar posibilitatea creării cu ajutorul ingineriei genice a unui vaccin contra armei bacteriologice. La 9 octombrie 1985, în urma comunicării făcute în domeniul biotehnologiei şi ingineriei genice a început «o eră nouă»: veterinarul american R. Sălain a inoculat unor purcei un virus viu modificat prin metode genetice. A fost primul caz de aplicare în practică a unui organism viu, creat prin metode de inginerie genică. Este greu de prezis cum se vor desfăşura evenimentele în viitor şi care noi pericole ameninţă omenirea în urma unei asemenea practici. Cine ştie dacă problema virusului SIDA (sindromul imunodificitar achiziţionat) nu prezintă un fenomen asemănător? Acest virus provoacă o boală grea, contra căreia deocamdată n-a fost găsit nici un mijloc de tratament radical, din care motiv ea s-a răspândit foarte repede şi de ea suferă milioane de oameni în lumea întreagă. Aproximativ peste şapte ani după prima conferinţă de la Asilomar, acolo a avut loc o altă conferinţă. La ea a fost discutat iarăşi pericolul pe care îl prezintă lucrările de inginerie genică, nu pericolul biologic, dar cel social: neînţelegerile crescânde în sferele ştiinţifice şi academice, provocate de explozia interesului comercial faţă de aceste cercetări. Conform opiniei lui D. Dixon, specialist în problemele politicii în domeniul ştiinţei, cauza organizării acestei conferinţe a devenit îngrijorarea opiniei publice în legătură cu creşterea intere­sului comercial şi racordării firmelor comerciale cu privire la aceste cercetări care se desfăşoară în primele linii ale biotehnologiei. Ingineria genică a început a se utiliza şi ca mijloc de politică externă. Se declară secretă informaţia ce ţine de biotehnologie, pentru a preveni accesul ei «din motive de securitate». În anul 1979 guvernul SUA a stabilit un control asupra exportului biotehnologiei, motivând că produsele şi procesele biotehnologice pot fi utilizate în ţările duşmane Occidentului în calitate de potenţial militar biologic. Ţările lumii, înţelegând pericolul activităţii lipsite de control în acest domeniu, precum şi caracterul global al multor probleme ce apar aici, au participat la multe convenţii internaţionale cu privire la reglarea cercetărilor ştiinţifice. Ele duc o luptă activă contra utili-zării posibile a rezultatelor acestor cercetări în scopuri militare, pentru interzicerea armei biologice, la crearea căreia în principiu, pot fi utilizate şi metodele ingineriei genice, care poate fi mai periculoasă decât arma nucleară. Ingineria genică mai poate fi utilizată şi pentru a insera în colibacilul inofensiv genele de rezistenţă ale antibioticelor cunoscute, iar apoi pentru a se insera în ADN-ul genei purtătoare de toxina diferită, bunăoară, sau a genei ce determină sintetizarea toxinei scorpionului. Astăzi posibilitatea creării unei arme biologice a de­venit o tristă realitate. Şi biotehnologia, pe baza ingineriei genetice, nu poate rămâne indiferentă faţă de principala problema a omenirii – crearea unei lumi pe care să n-o ameninţe războiul bacteriologic. Datoria sfântă a savanţilor constă în canalizarea tuturor eforturilor şi cercetărilor spre binele omenirii, nu în dauna ei. Doar neamul omenesc are ca reprezentant o singură specie – omul cu raţiune.

17.2 Clonarea oamenilor!

Noi toţi am apărut pe lume în urma contopirii a două celule – a ovulului matern şi a spermatozoidului patern. Fiecare celulă i-a adus organismului nou o jumătate din garnitura sa de cromozomi. Natura a organizat înţelept: copiii să semene cu părinţii, dar niciodată să nu fie copii exacte ale lor. Populaţiile umane au nevoie şi ele de varietate genetică, care este o chezăşie a adaptării lor la condiţiile flexibile ale existenţei. În laboratoare uneori natura este adeseori înşelată. Am adus deja exemple de experienţe reuşite de transplantare a nucleelor celulelor somatice în ovulele de mamifere, la care nucleul lor propriu a fost în prealabil inactivat prin iradiere sau îndepărtat complect. Pentru fecundarea acestor ovule iradiate pot fi utilizate, în prin­cipiu, nucleele celulelor somatice, luate din orice ţesut al organismului, de exemplu din intestin sau din piele. Dacă această procedură va fi repetată de mai multe ori, se va obţine un număr mare de organisme gemene. În prezent oamenii discută dacă este moral a se continua aceste cercetări, mai ales dacă vor deveni posibile experienţele cu celulele omului. În timp ce aceştia dis­cută, scriitorii în literatura de anticipaţie nu aşteaptă. În SUA a apărut cartea unui scriitor anonim cu titlul «Băiatul din Brazilia». În ea se spunea că unul din principalii criminali de război, doctorul Menghele, n-a pierit, ci s-a ascuns în Brazilia. El a adus cu sine din Berlinul în care intrase deja oştirile sovietice un fragment de piele a fiurerului fascist. După numeroase experienţe reuşeşte să extragă nuclee din celulele pieii şi să le insereze în ovulele feminine. Criminalul obţine, pentru o mie de dolari, accepţia unei femei dintr-un trib indian să poarte şi să nască acest embrion, adică să nască pruncul. Acesta este conţinutul sumar al romanului semifantas­tic, semidetectiv. Indiferent de faptul dacă conţinutul acestei cărţi este inventat de autor, ideile ştiinţifice pe care se axează povestirea nu sunt deloc fantastice. De aceea nimeni nu a fost surprins de senzaţia provocată - peste un an de cartea ziaristului american Dăvid Rorvic, numită «După chipul şi asemănarea lui». Rorvic afirma că primul copil creat prin metodele ingineriei genice tră-eşte deja între noi. Înainte, însă, de a apare cartea, la 3 martie 1978 «New-York post» a publicat un articol «Copilul născut fără mamă – primul clon omenesc». Discuţia a continuat în paginile gazetelor câteva săptămâni. La 7 mar­tie Rorvic, comentator al realizărilor ştiinţifice, a confirmat comunicarea sa la o conferinţă de presă, iar «Science» a publicat o expunere amănunţită a problemei. Un milionar, chipurile, care şi-a exprimat dorinţa de «a-şi prelungi» existenţa, a găsit un grup de geneticiieni care s-au învoit să se ocupe cu clonarea sa şi o femeie care a căzut de acord să poarte şi să nască un fiu creat în întregime după asemănarea tatălui. În ovulul extras din ovar a fost transplantat nucleul din celulele milionarului, codificat «Max». Embrionul obţinut a fost implantat în uter şi peste nouă luni s-a născut un copil, fiul lui, care totodată era şi frate de gemene al milionarului – o copie exactă a lui, cu deosebirea că era cu câteva zeci de ani mai tânăr. Se comunica că copilul trăieşte incognito cu tatăl şi mama sa adoptivă peste hotarele SUA, «undeva pe insulele Havai». Poate că această carte nu s-ar fi bucurat de încredere, doar multe probleme tehnice de clonare a mamiferelor, cu atât mai mult a omului, nu sunt încă soluţionate, dacă nu s-ar fi publicat numele geneticiianului, care s-a apucat de realizarea acestei idei; Derec Bromholl, savant destul de cunoscut în rândurile specialiştilor ce se ocupă de transplantarea nucleelor, nume ce a făcut ca povestirea lui Rorvic să pară verosimilă. Dar, din fericire, cele povestite păreau numai un adevăr. Aceasta a devenit clar atunci când istoria a luat o cotitură neaşteptată – de acum la judecată. Judecătoria statului Filadelfia a cercetat acţiunea lui Bromholl contra lui Rorvic. Savantul a cerut de la autor o compensare de şapte milioane de dolari – sumă infimă, în comparaţie cu cea încasată de la vânzarea cărţii pentru utilizarea fără permisiune a numelui său în cartea fondată pe o pură născocire. Judecata a ţinut două şedinţe şi a fost suspendată la cererea avocatului celui reclamat. Rorvic a promis să prezinte experţilor tatăl şi copilul, pentru a li se face o analiză a cromozomilor. În acest caz, analiza genetică a cromozomilor ar fi dat un răspuns univoc – fiul trebuia să fie o copie exactă a tatălui. Dar dovezile n-au fost prezentate, căci, de fapt, ele nu existau. În hotărârea judecăţii a fost înscris: «Comunicarea despre clonarea omului este falsă». Astfel s-au dovedit a fi false atât datele din cartea cunoscutului ziarist şi popularizator al ştiinţei D. Ror­vic «După chipul şi asemănarea lui», cât şi cele din cartea autorului anonim «Băeatul din Brazilia». În prezent a devenit limpede că lucrările asupra ovulelor şi embrionilor omului au atins linia care desparte manipulările pur embriologice (cu scopul, bunăoară, de a trata sterilitatea femeii) de ingineria embriogenetică, - adică de obţinere a unor copii a oamenilor. În anul 1984 la Melburn s-a născut o fetiţă, care, precum consideră savanţii australieni, va întra în istoria medicinii mondiale. Viitoarei mame a acestui copil i-a fost transplantat un ovul fecundat în prealabil, care timp de două luni s-a păstrat într-o eprubetă cu azot lichid în stare de profundă congelare. Conform opiniei savanţilor din Melburn, succesul experimentului prezintă o mare importanţă pentru viitorul medicinii. Nu mult după aceasta , cunoscutul embriolog american L. Şettls a efectuat o serie de experimente, care au demonstrat că dublicatele omului nu mai sunt o fantezie. În timpul operaţiilor ginecologice făcute femeilor au fost obţinute ovule. Din ele se extirpau nucleele şi în locul lor se transplantau nuclee din spermatozoizi ne maturi, care aveau o garnitură dublă de cromozomi. Transplantarea nucle­elor în trei cazuri s-a soldat cu succes. Ovulele cu nuclee noi se divizau şi au atins etapa de blastociţi, când embri­onul putea fi transplantat în uter. Dar Şettls nu s-a decis să continue experienţele. El s-a ridicat împotriva aplicării acestei metode asupra omului. Dacă aceşti trei embrioni ar fi fost transplantaţi femeilor, nu era exclus că s-ar fi născut copii genetice ale bărbatului, de la care au fost obţinuţi spermatozoizii. Clonarea oamenilor înaintează noi probleme complicate, care în prezent sunt greu de prevăzut, dar care răstoarnă morala omenească formată timp de milenii. Şi cu toate că putem admite că clonarea s-ar folosi în scopuri nobile, imaginaţia ne sugerează multe consecinţe grave ale acestei operaţii. Cartea «Băiatul din Brazilia» este doar un exemplu al unor astfel de temeri şi avertizări. E de la sine înţeles că dezvoltarea ştiinţei nu poate fi oprită. Vor trece cinci, zece sau chiar douăzeci de ani şi metoda de obţinere a copiilor genetice va deveni o realitate. De ce pericol e ameninţată omenirea dacă ea va fi înmulţită în acest fel? În primul rând, ne putem imagina că din punct de vedere biologic ea va deveni destul de omogenă va fi compusă dintr-un număr mic de cloni în comparaţie cu numărul infinit de individualităţi, care apar în urma variabilităţii combinative de înmulţire sexuală a oamenilor. Aceste experimente vin în contradicţie cu procesul natural al evoluţiei, ele frustrează oamenii de varietate biologică. Oamenii identici din punct de vede­re genetic vor suferi de aceleaşi boli şi pot peri într-o singură oră din cauza unei epidemii, pentru că pot avea ace­leaşi defecte de imunitate. Se ştie doar că la gemenii univetelini (copii genetice naturale), în ontogeneză toate procesele fiziologice se produc aproape sincronic, ei suferă simultan de anumite boli, deseori mor chiar la puţin timp unul după altul. În rândul al doilea, trebuie să recunoaştem că societatea compusă chiar numai din personalităţi eminente, de exemplu, laureaţi ai premiului Nobel, va fi mult mai «săracă» din multe puncte de vedere. În primul rând din mo­tiv că un cerc limitat de tipuri genetice de oameni nu poate însuşi cele peste 40 mii de profesii existente în lume. Savanţii resping posibilitatea «formării» genetice a oamenilor nu numai din motive sociale, ci şi etice. Astfel de discuţii au avut loc în special la «masa rotundă» a revistei «Voprosâ filosofii», 1970, № 7, 8; 1971, № 12. Iată opiniile enunţate la ea. Conform părerii lui A. Neifah, aceasta va oferi posibilitatea creării unor oameni foarte dotaţi, care ar putea contribui la accelerarea ritmului progresului tehnico-ştiinţific, la dezvoltarea culturii, artei ş. a. Metoda transplantării nucleelor aplicată la om ar permite menţinerea combinaţiilor genetice programate, care apar spontan şi dispar odată cu moartea acestor oameni. Conform acestui punct de vedere, metoda nu schimbă nimic, ci doar păstrează ceea ce există deja, ea măreşte numai numărul oamenilor foarte dotaţi. Dar se iscă, însă, o serie de probleme sociale şi etice. De exemplu, are oare dreptul femeia să poarte un copil, care, de fapt, nu este al ei? Cum să fie educaţi astfel de copii «gemeni»? Nu vom crea oare prin transplantarea nucleelor o elită şi nu va conduce oare ea la substituirea oamenilor născuţi «în mod obişnuit»? A, Neifah, considerând aceste temeri întemeiate, conchide, însă, că ele pot fi depăşite, pentru că e greu a hotărî ce este mai rău: a frâna progresul ori a-i oferi lumii noi motive pentru îngrijorări? Academicianul N. P. Dubinin a exprimat un punct de vedere opus celui expus mai sus, afirmând că aplicarea metodelor de selecţie este absolut lipsită de perspectivă în ce priveşte soluţionarea sarcinilor ameliorării genetice a omului. Oamenii sunt diferiţi din punct de vedere genetic. Dar trebuie oare să ne stăruim să nimicim această varietate? Încercarea de a crea grupuri de oameni, care ar dispune din născare de capacităţi intelectuale de mare valoare, ar avea drept consecinţă, conform părerii lui N. P. Dubinin, serioase tulburări ale vieţii sociale. Aceste grupuri specializate biologic, indiferent de menirea lor, ar conduce, pe de o parte, la crearea unei caste închise, iar pe de alta – la standartizarea oamenilor. Dezvoltarea ştiinţei, a încheeat N. P. Dubinin, este un proces ireversibil. A. Malinovschii a ocupat şi el o poziţie diferită de cea a lui A. Neifah. El a declarat că dacă cândva ar deveni posibilă reproducerea gemenilor geneticii, a «copiilor» ereditare ale oamenilor talentaţi, n-ar trebui s-o facem. Observările demonstrează că oameni talentaţi sunt cu mult mai mulţi, decât ne imaginăm şi ştim noi, dar posibilităţile lor se realizează foarte lent, chiar şi în cazurile favorabile. În prezent sarcina principală, a subliniat el, constă în realizarea capacităţilor potenţiale ale acestor oameni. Aşa dar, punctul de vedere al lui A. Neifah nu este susţinut de savanţi. Nici pe departe nu-l împărtăşim nici noi, Căci e imposibil a-ţi imagina o societate constituită numai din muzicieni, poeţi, savanţi sau pictori, oricât de talentaţi ar fi ei. Societatea poate progresa în toate direcţiile, dacă se va reieşi din cea mai vastă heterogenitate genetică şi socială a tuturor membrilor săi. De oameni dotaţi e nevoie nu numai în domeniul ştiinţei, artelor, culturii ş. a. m. d. A fi un plugar bun, să zicem, nu este mai puţin onorabil decât a fi un constructor de rachete sau corăbii cosmice. Profesia oamenilor de câmp, constructorilor de locuinţe, geologilor, ca şi alte profesii au şi ele nevoie de talente. Obţinerea în masă a celor din urmă prin metoda transplantării nucleelor celulari, chiar fiind destul de rafinată, ar părea absolut de prisos. Dar numai natura, prin intermediul reproducerii cunoscute a oamenilor, poate da naştere unei diverse varietăţi de aptitudini şi talente ale membrilor societăţii. J. Fletcer, teolog din Occident şi specialist în problemele eticii medicale, consideră întemeiat orice control genetic, deoarece el va izbăvi omenirea de anoma­lii şi boli genetice. Fletcer atacă cu vehemenţă «conser­vatorii» care propun să fie interzise, oprite experimentele în domeniul ingineriei genice sau să fie declarat un moratoriu cu privire la ele. În cartea «Etica controlului genetic» el încearcă să dea o ripostă acelora care acuză adepţii ingineriei genice şi înmulţirii clonale de faptul că distrug familia, dezumanizează şi depersonalizează omul. Fletcer afirmă că reprezentările despre familie, om şi viaţă trebuie să se schimbe esenţial, modificări respective trebuie să sufere şi morala. Se poate ajunge la aceea, declară Fletcer, că vor fi puse la îndoială chiar şi unele «adevăruri» biblice. Unul din ele, «zămislirea neprihănită», el o consideră prototip al înmulţirii clonice. Anume aceasta , probabil, îl nelinişteşte în primul rând pe Fletcer. Iată ce idee le oferă el ascultătorilor săi: fecioara Maria a fost prima femeie asupra căreia s-au făcut experienţe de către «reprezentanţii laboratorului ceresc». Astfel ştiinţa de pe Pământ abia acum se apropie de cele care au fost demult cunoscute de către creatorul Universului. În încheiere expunem opinia cunoscutului specialist în domeniul geneticiii medicale N. P. Bocicov, opinie ce reflectă punctul de vedere al majorităţii savanţilor: «...atâta timp cât societatea nu va atinge un nivel respectiv de dezvoltare şi genetica nu va pune stăpânire complectă asupra genotipului omului, nu trebuie să se producă nici un fel de amestec în ereditatea lui».

17.3 Controlul genetic la om: pro şi contra

În ultimii ani, datorită elaborării metodelor de manipulare a celulelor şi a embrionilor animalelor şi a posibilităţii de aplicare a acestora asupra omului, în Occident iau amploare noi abordări eugenice, ce ţin de ideea amelioră­rii omului. A luat naştere neoeugenica, care predica forme «umane» de transformare a eredităţii omului, mai alee prin intervenţia molecularo-genetică în genotipul său. Se presupune că omul care a fost supus acţiunilor euge­nice va corespunde mai bine esenţei sale: va fi mai dezvoltat din punct de vedere fizic şi intelectual, va avea un intelect creator superior, va fi mai bun, mai sincer. Aceste proiecte neoeugenice demonstrează esenţa lor lipsită de sens atât din punct de vedere al concepţiei despre lume, cât şi din punct de vedere metodologic, deoarece ele prezintă denaturat esenţa omului, orientează spre social-biologism. Ele trebuie respinse şi din considerente etico-morale, deoarece pun la îndoială principalele valori ale existenţei omului, cum ar fi dragostea, sentimentele părinteşti ş. a. Se discută mult şi problema cu privire la admisibilitatea manipulărilor experimentale ale omului. Probleme etice deosebit de delicate şi complicate apar în cazurile când omului i se aplică metodele controlului genetic, adică ce se poate şi ce nu se poate face cu el. În legătură cu aceasta savanţii din Occident propagă punctul de vedere conform căruia practica controlului ge­netic are numai valoare ştiinţifică, neglijând valorile sociale, umanitare şi etice, ce ţin de aceasta . O tratare originală a problemei eticii controlului genetic o găsim în cartea lui P. Ramsei «Omul fabricat». Referindu-se la genetica lui G. Meller, Ramsei afirmă că rămâne doar o singură metodă de prevenire a viitoarei catastrofe genetice, şi «această metodă, indiferent de faptul dacă ne place sau nu, este metoda controlului consecvent al reproducţiei oamenilor». Ramsei înaintează două propuneri. Prima – ofensivă directă contra mutaţiilor genetice dăunătoare prin inter-mediul «chirurgiei genetice» asupra genelor care s-au modificat periculos. El consideră că nu e departe timpul când aceasta va fi realizată de eugenica «preventivă» sau «negativă». Cum numai omul va fi în stare să substitue o genă «proastă» cu una «bună» va apare posibilitatea creării unui program al eugenicei «pozitive» sau al perfecţionării genetice «progresiste». În a doua propunere Ramsei îşi concentrează atenţia asupra fenotipului omului, având în vedere «controlul eugenic dirijat al naşterilor», «se­lecţia părinţilor», «alegerea embrionilor» în procesul de reproducţie a omului. Precum vedem, Ramsei admite posibilitatea unui sever control etic numai când e vorba de morala umană, respectându-se doar «libertatea voinţei» şi «libertatea gândirii». La celălalt pol se situează concepţiile acelora care se opun categoric oricărui amestec în genetica omului, care condamnă această orientare ştiinţifică ca fiind amorală, periculoasă pentru neamul omenesc şi de aceea, zic ei, ea trebuie să fie interzisă în mod categoric. Această opinie e susţinută, de regulă, de oamenii care-s departe de ştiinţă. Cea mai răspândită şi mai influentă este poziţia susţinerii în principiu a ideii controlului genetic, dar cu anumite restricţii etice. Să examinăm unele domenii ale geneticiii medicale în care aplicarea metodelor controlului genetic este absolut necesară. Din ele fac parte: tratamentul intrauterin în etapele târzii de graviditate; însămânţarea artificială în cazurile de sterilitate a bărbatului, precum şi la alegerea sexului viitorului copil; fecundarea şi creşterea în eprubetă a ovulelor pentru transplantarea embrionului în uterul femeii ce suferă de impermeabilitatea trompelor; intervenţia chirurgicală în cazul unor sindromuri cromozomice ale fătului. Bolile evidenţiate la făt se tratează, de obicei, cu me­dicamente, fiind administrate în organismul mamei. Galactozemia (tulburarea metabolismului glucidic), boală ereditară, se tratează prin dietă, care exclude lactoza, iar aciduria metilmolonică – prin injectarea intramusculară a vitaminei B12. În anul 1961 pentru întâia oară s-a reuşit diagnosticarea intrauterină şi tratamentul incompatibilităţii Rezus a mamei cu fătul. Este deocamdată singurul caz de substituire intrauterină a sângelui la făt. Însămânţarea artificială se practică pe larg şi permite multor familii sau femei singure să aibă copii. Pe lume trăiesc sute de mii de oameni, care au fost concepuţi în urma însămânţării artificiale. Necesitatea re-curgerii la această metodă ţine în primul rând de sterilitatea soţului sau de existenţa unui defect ereditar. Sterilitatea bărbaţilor constituie 10–15% din cazurile lipsei de copii. De aceasta suferă aproximativ 10% din perechile conjugale. Se practică atât însămânţarea cu spermă proaspătă, cât şi cu spermă congelată. Tehnica congelării le-a permis bărbaţilor ce au o cantitate insuficientă de spermă s-o acumuleze în cantitatea suficientă pentru a se realiza însămânţarea eficace, adică pentru a avea copii. Însămânţarea artificială le permite părinţilor să aleagă sexul viitorilor lor copii. Tehnica acestei metode constă în separarea spermei prin centrifugare, despărţind spermatozoizii, care poartă cromozomii X şi generează naşterea fetiţelor, de spermatozoizii cu cromozomii Y, care generează naşterea băieţilor. Spermatozoizii necesari sunt introduşi în ovulul extras în prealabil din uter şi păstrat într-un mediu special. Ovulul fecundat în felul acesta este întors iarăşi în uter, unde trece toate etapele de dezvoltare, până la naşterea copilului. Pentru prima dată programarea sexului copilului a fost efectuată în SUA, iar în anul 1986 a fost obţinut în Italia şi Japonia. Savanţii consideră că metoda poate fi aplicată atunci când trebuie evitate unele boli congenitale, ca hemofilia, care se transmite prin ereditate numai fiilor. Ştiinţa a fixat ziua primului caz de naştere a unui copil conceput în eprubetă – 25 iulie anul 1978. În această zi în oraşul englez Oldhem a apărut pe lume o fetiţă Lui­za. Mama ei, Lesli Brown, în vîrstă de 31 de ani, nu putea avea copii din cauza impermeabilităţii trompelor. Ea a acceptat propunerea tânărului medic P. Steptou de la spitalul din Oldhem şi a cunoscutului embrionolog R. Edvards de la Universitatea Chembrij, care i-au propus să încerce o fecundare artificială. Cu ajutorul laparoscopului (aparat pentru examinarea vizuală a cavitaţii corpului), medicii au ales foliculul potrivit a cărui dezvoltare a fost stimulată în prealabil cu hormoni, apoi în el s-a injectat un ac şi s-a absorbit conţinutul lui împreună cu ovulul. Ovulul a fost fecundat într-un mediu nutritiv cu sperma soţului şi după o cultivare de două zile şi jumătate morula precoce (embrionul la etapa de 8 blastomeri) a fost introdusă în uterul mamei. Implantarea a trecut cu succes. La săptămâna a 16-ea de graviditate s-a efectuat diagnosticul prenatal al cromozomilor fătului şi s-a constatat că se dezvoltă normal. La vârsta de 7 luni fătul s-a născut, efectuându-se o operaţie cezariană. Astfel a apărut pe lume o fetiţă cu o greutate de 2400 grame. Fiind întrebată dacă ar accepta o nouă operaţie, Lesli Braun a răspuns afirmativ: atât de mare i-a fost fericirea de a deveni mamă. Această metodă de tratare a sterilităţii a înaintat, ca şi fecundarea artificială, o serie de probleme de ordin juridic şi moral. În Anglia au apărut articole în care se punea întrebarea: poate oare copilul conceput din gameţii altor donatori, nu a propriilor săi părinţi, considerat ca legal? Atât timp cât juriştii şi sociologii erau preocupaţi de această problemă, au mai fost concepuţi în acelaşi fel, s-au dezvoltat şi s-au născut încă 20 de copii. Recordul în acest caz îi aparţine Australiei – 13 naşteri: 8 fetiţe şi 5 băieţi. Naşterea Luizei Braun, precum şi a celorlalţi copii care au trăit câteva zile în afara mediului natal au fost evenimente ce au deschis o eră nouă nu numai în medicină, ci şi în sferele eticii, moralei, problemelor sociale, a progresului tehnico-ştiinţific în genere. S-a făcut un pas, care a deschis un câmp larg de activitate şi de cercetare a tainelor naşterii omului. Nu-i de mirare, Căci în jurul acestei probleme s-au aprins discuţii aprige: reprezentanţii religiei sunt foarte iritaţi, mulţi savanţi manifestă îngrijorare. Este destul să ne imaginăm, bunăoară, în ce situaţie delicată ar nimeri savanţii, dacă s-ar descoperi că copiii născuţi în felul acesta au diverse defecte sau suferă de tulburări serioase, provocate de dezvoltarea lor embrionară atât de neobişnuită. Dacă medicina n-a găsit încă mijloace cardinale pentru eliminarea din fondul genetic al omenirii a defectelor genetice cunoscute, oare nu va creşte numărul lor? Vestitul embrionolog A. Mac Loren, membru al societăţii regale a Marii Britanii, luând cuvântul la şedinţa de încheiere a Congresului internaţional al biologilor, ce a avut loc în oraşul Bazel, august 1981, a menţionat în legătură cu cele expuse mai sus că problema natalităţii este foarte complicată şi că nu poate fi rezolvată decât pe calea manipulărilor chirurgicale cu embrionii. De aceea nu trebuie să pună obstacole în calea soluţionării ei. Această opinie a lui A. Mac Loren poate fi acceptată fără rezerve atunci când e vorba de sterilitatea femeii ce nu poate fi vindecată prin nici o altă metodă. Dar, după părerea noastră, altfel trebuie tratate încercările acelora ce vor să îndreptăţească naşterea copiilor prin această meto­dă Atunci când ea nu este absolut necesară. O vedetă de cinema, de exemplu, nu doreşte să-şi strice talia din cauza gravidităţii. Sau o doamnă bogată nu doreşte să se împovăreze şi lasă această «muncă» originală pe sama slugii, limitându-se doar la acordarea în «fondul reproducerii» a ovulului său. Acest ovul poate fi fecundat artificial de celulele sexuale ale bărbatului ei sau, dacă nu-l are, de sperma unui donator ales special în acest scop. Aceste lucruri nu-s un rod al fanteziei, căci anume aşa procedează de acum multe femei în SUA. Femeile negre să-race sunt gata întotdeauna pentru dolari să joace rolul de mediator, de incubator viu şi să producă copii străini pentru stăpânele lor albe. Într-o emisiune a televiziunii centrale a fost prezentată o convorbire cu una dintre aceste mame adoptive. La întrebarea ce simte când poartă un copil străin, ea a răspuns fără a şovăi: nimic, aşa mi-i meseria, doar nu este copilul meu! Astfel chiar un sentiment atât de puternic, precum e maternitatea, pierde orice sens pentru femeile gravide care poartă un făt străin. Una dintre cele mai intime şi sacre funcţii ale organismului feminin se transformă într-o simplă meserie. Acest lucru nu poate fi îndreptăţit nici ştiinţific, nici moral, nici etic şi este apreciat ca imoral şi antiuman.

17.4 Ereditatea patologică şi criminalitatea

În sfârşit trebuie să ne mai oprim asupra unei probleme de importanţă socială: interdependenţa criminalităţii cu ereditatea patologică. Problema este foarte contradictorie, şi adesea ea este interpretată foarte divers. Caracterul criminal este un fenomen biologic sau social? Şi pentru că nu există un răspuns univoc la această întrebare ea trebuie examinată paralel cu cea a esenţei omului. Ce este omul, o fiinţă biologică sau socială? Discuţiile în această temă continuă până în prezent. Totuşi, în ultimul timp majoritatea savanţilor şi filozofilor au ajuns la o părere unică: omul este o fiinţă biosocială. Dacă este aşa, atunci trebuie să căutăm şi să găsim cauzele concrete ale faptelor sale în fiecare situaţie concretă. Vom aduce câteva exemple. În cartea lui G. Grigoriev şi L. Marhasev «Cum să devii inteligent», L„ 1973, se menţionează că a fost descoperit «dosarul» unei familii unice în felul ei – al familiei Iucche. Pe parcursul a 75 de ani 200 din cei 870 de membri ai ei au devenit hoţi şi ucigaşi, 90 – prostituate, 280 aveau de­fecte fizice şi psihice, 300 de copii s-au născut morţi. Se iscă întrebarea: nu e oare asta o dovadă că există anumite «gene ale criminalităţii»? Cunoscutul geneticiian V. P. Efroimson a analizat cercetările din SUA, Japonia şi din câteva ţări din Europa Occidentală, efectuate pe parcursul a 40 de ani, s-au studiat câteva sute de perechi de gemeni şi s-a clarificat că între gemenii univitelini - criminali concordanţa alcătuieşte 63%, pe când între cei heterovitelini – numai 25%. Savanţii examinează cauzele actelor criminale în dependenţă de unele anomalii cromozomice. După cum am mai menţionat, se cunosc câteva anomalii cariotipice, ce contribuie la comportamentul cri­minal: bărbaţii cu cariotipurile XXY şi XYY, sunt mai mult predispuşi la infracţiuni decât cei obişnuiţi XY. Acest lucru îl confirmă şi datele aduse în cartea lui N. P. Dubinin, I. I. Carpeţ şi V. N. Cudreavţev «Genetica, comportamentul, responsabilitatea». M., 1982. În ea au fost generalizate cercetările efectuate în lumea întreagă cu privire la interdependenţa criminalităţii cu ereditatea patologică. Au fost studiaţi 100 mii de oameni. Rezultatele arată că printre oamenii care nu s-au compromis, frecvenţa acestor cariotipuri alcătuieşte în mediu 0,1%, prin­tre criminalii normali din punct de vedere psihic – de 3,5 ori mai mult, iar printre bolnavii psihici cu comportament antisocial – de 6,6 ori mai des. Această frecvenţă este deosebit de caracteristică pentru bărbaţii cu sindromul Klinefelter (XXY). Copiii cu acest sindrom se întâlnesc cu o frecvenţă de 1 la 450 de băieţi, iar la examenul medical al contingentului de bărbaţi deficienţi mintal, care se află în instituţiile medicale speciale, frecvenţa acestui sindrom sporeşte: 1 la 100. Printre criminalii deficienţi mintal numărul acestor bolnavi este încă mai mare: 1 la 50. Fenomene asemănătoare sunt caracteristice şi pentru bolnavii cu sindromul Daun, atât pentru bărbaţi, cât şi pentru femei. Copiii cu anomaliile cromozomice indicate mai sus suferă de tulburări funcţionale ale sistemului nervos şi deficienţă mintală evidentă. Statistica arată că multe de­fecte ale aparatului genetic al omului pot influenţa într-o anumită măsură asupra comportamentului lui agresiv. De aceea diagnosticarea intrauterină este foarte necesară. Înseamnă oare aceasta că trebuie să se introducă controlul genetic forţat al femeilor gravide, pentru a se evidenţia şi a se extirpa, de exemplu, embrionii cu garnitu­ra de cromozomi X¡¡, care se consideră deosebit de răspândită printre persoanele ce săvârşesc crime, recurgând la violenţă? «Se poate întâmpla oare, – întreabă sociologul american A. Etţioni,– că în curând va veni acea zi când societatea va exercita presiuni asupra părinţilor şi le va cere să supună avortării copiii lor «criminali» care încă nu s-au născut?» Fiind întrebat de ce un om se abate cu uşurinţă de la calea dreaptă şi este în stare să devină infractor, iar altul nu devine, chiar în cele mai grele împrejurări, cunoscutul geneticiian Iu. A. Cherchis dă un singur răspuns: pentru că toţi oamenii sunt diferiţi – şi nu din ziua naşterii, dar încă din momentul când au fost concepuţi. Fiecare are genotipul său, pe baza căruia , în interacţiune cu mediul, i se dezvoltă particularităţile, inclusiv cele ale psihicului. Desigur, nu există gene ale «criminalită­ţii» şi ale «bunăcuviinţei», precum nu există gene ale inteligenţei sau prostiei, egoismului sau altruismului, blândeţii sau răutăţii ş. a. Particularităţile comporta­mentului omului în mare parte sunt determinate genetic, iar formarea şi dezvoltarea lor depinde de mediul social. Există infractori asupra cărora educaţia nu influenţează. În aceste cazuri trebuie cercetate particularităţile biosociale ale infractorului, pentru a alege măsurile educative şi de pedeapsă eficiente şi obiective din punct de vedere social. În diferite ţari se efectuează experimente în domeniul ingineriei genetice, ţinându-se cont de perspectivele aplicării ei la oameni, şi care pot fi realizate treptat pe măsura dezvoltării ştiinţei şi a societăţii, economiei şi culturii ei pe măsura formării omului nou, a creşterii conştiinţei sale, în sferele socială şi etică, în relaţiile de familie ş. a. Aceste experimente sunt de esenţă profund umanistă şi sunt subordonate principiului superior al societăţii noastre – binelui omului, dezvol­tării lui libere şi multilaterale. Bibliografie: