Avances en biología molecular
La formación y desarrollo de cualquier disciplina en el campo de la ciencia es generalmente difícil de explicar con precisión cuándo y quién la fundó. El surgimiento y desarrollo de la biología molecular, al igual que otras disciplinas, ha pasado por un largo y arduo proceso, avanzando paulatinamente hacia un camino de madurez y rápido desarrollo.
En 1871, Lankester propuso que el descubrimiento y análisis de las diferencias químicas y moleculares entre diferentes especies de organismos es más importante para determinar las relaciones filogenéticas que el estudio comparativo de la morfología general. Posteriormente, con el establecimiento de laboratorios de química fisiológica en Alemania y Estados Unidos y la creación de revistas de bioquímica, se impulsó el desarrollo de la bioquímica. Cuando la bioquímica profundizó en el estudio de las macromoléculas biológicas, Weaver utilizó por primera vez el término biología molecular en un informe a la Fundación Rockefeller en 1938. Escribió: "Entre los estudios apoyados por la fundación, hay una serie de campos relativamente nuevos que pueden denominarse biología molecular...". Un año más tarde, Astbury, que estaba estudiando la estructura de las proteínas, utilizó el término y se volvió cada vez más común. Especialmente después de que Watson y Crick publicaran el famoso artículo "La estructura del ácido desoxirribonucleico" en 1953, el descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN promovió la combinación de genética, bioquímica y biofísica, y promovió la formación de la biología molecular y el rápido desarrollo. llevar las ciencias biológicas a la era de la investigación a nivel molecular de manera integral, lo que constituye un hito importante en la historia del desarrollo de las ciencias biológicas. En 1956, el Consejo de Investigación Médica de Cambridge tomó la iniciativa de crear un laboratorio de biología molecular. En 1959 se fundó la revista "Molecular Biology". En 1963 se creó la Organización Internacional de Biología Molecular. Nueva disciplina independiente, que impulsa el desarrollo de la vida. La ciencia se ha desarrollado rápidamente y se ha convertido en un campo importante en la investigación de las ciencias naturales modernas.
En la formación y desarrollo de la biología molecular, hubo muchos descubrimientos y eventos importantes, los detalles son los siguientes:
1864: Hoope-Seyler cristaliza y recibe el nombre de hemoglobina.
1869: Mieseher aísla el ADN por primera vez.
1871: Lankester propuso por primera vez el descubrimiento y análisis de las diferencias químicas y moleculares entre diferentes especies de organismos. Es más importante determinar la relación entre la filogenia
que la comparación de la morfología general. La investigación es más importante.
1926: Sumaer obtuvo cristales de ureasa a partir de extractos de frijol espada y demostró que los cristales de proteína tenían actividad catalítica. Ese mismo año, Svedberg creó la primera centrífuga de análisis de velocidad ultraalta y la utilizó para determinar la masa molecular relativa de la hemoglobina en aproximadamente 6,8X104.
1931: Pauling publica su primer artículo sobre "Características de los enlaces químicos", detallando las reglas del enlace de valencia.
Posteriormente se estableció la teoría de la mecánica cuántica que trata de las moléculas biológicas.
1934: Bernal y Crowfoot publican el primer patrón detallado de difracción de rayos X de cristales de pepsina.
1941: Astbury obtiene el primer patrón de difracción de rayos X del ADN.
1944: Avery aporta pruebas de que el ADN, no las proteínas, transporta la información genética en la transformación bacteriana. Los experimentos han demostrado que el ADN es el elemento básico para la transformación de neumococos de tipo R avirulentos en patógenos de tipo S. Ocho años más tarde, en 1952, Hershey y Chase utilizaron tecnología de rastreo de isótopos para demostrar que cuando el fago T2 infecta E. coli, principalmente ácido nucleico ingresa a la bacteria, mientras que la proteína de la cubierta viral permanece fuera de la célula. Los experimentos de reconstrucción del virus del mosaico del tabaco han demostrado que las características de las proteínas virales están determinadas por el ARN, es decir, el material genético es ácido nucleico y no proteína. En ese momento, el ADN era generalmente aceptado como material genético.
1950: Chargaff anuló la teoría de los tetranucleótidos con datos precisos sobre la composición de bases del ADN de diferentes fuentes, y propuso la regla de Chargaff, es decir, la composición de bases del ADN tiene una ley única: el contenido molar de pirimidina. es siempre igual al contenido molar de adenina, y el contenido molar de citosina es siempre igual al contenido molar de guanina, es decir, [A] = [T] y [G] = [C].
1951: Pauling y Corey aplicaron la teoría de la cristalografía por difracción de rayos X para estudiar la estructura espacial fina de aminoácidos y péptidos, y propusieron dos teorías de estructura de péptidos con regularidad periódica, a saber, la teoría de la hélice alfa y la teoría del plegamiento B.
1953: Este fue el primer año en marcar el comienzo de una nueva era en las ciencias de la vida. El hito fue la publicación del famoso artículo "La estructura del ácido desoxirribonucleico" de Watson y Crick. Gracias a los estudios de difracción de rayos, se dedujo el patrón de estructura de doble hélice del ADN, lo que marcó el comienzo de una nueva era de la ciencia biológica. Ese mismo año, después de 8 años de investigación, Sanger completó el análisis completo de la secuencia de aminoácidos de la primera proteína, la insulina.
Posteriormente, en 1954, Gamnow estudió teóricamente las reglas de codificación del código genético; en 1956, Volkin y Astrachan descubrieron el ARNm (este nombre aún no se utilizaba en aquel momento); descubrió el papel del ARNt en la síntesis de proteínas. Meselson y Stahl utilizaron isótopos y ultracentrifugación para demostrar la replicación semiconservadora del ADN. Crick propuso el dogma central de la transmisión de información genética.
1960: Marmur y Dory descubren el efecto de renaturalización del ADN y determinan la especificidad y confiabilidad de la reacción de hibridación de ácidos nucleicos; Rich demuestra que las moléculas híbridas de ADN-ARN están relacionadas con la transferencia de información entre ácidos nucleicos, siendo pioneros. Fue pionero en la aplicación práctica de los ácidos nucleicos. Al mismo tiempo, en términos de investigación de la estructura de proteínas, Kendrew et al. obtuvieron la estructura de resolución de 0,2 nm de la mioglobina y Perutz et al.
1961: Este fue un año extraordinario para el desarrollo de la biología molecular. Jacob y Monod propusieron la teoría del operón y publicaron un artículo sobre el mecanismo de regulación genética en la síntesis de proteínas. Este artículo es conocido como uno de los artículos clásicos elegantemente escritos en biología molecular. Ese mismo año, Brenner et al. obtuvieron evidencia de ARNm; Hall y Spiegelman demostraron que las secuencias de ADN de T2 y ARN específico de T2 son complementarias;
1962: Arber presenta las primeras evidencias de la existencia de endonucleasas de restricción, lo que lleva a la posterior purificación de este tipo de enzimas y su aplicación por parte de Nathans y Smith para el mapeo y análisis de secuencias de ADN.
1965: Holley et al. utilizaron el método de superposición para determinar por primera vez la estructura primaria del alanil-ARNt de levadura, sentando las bases para una investigación extensa y profunda sobre la estructura avanzada del ARNt.
1967: Gellert descubre la ADN ligasa, que une fragmentos de ADN con los mismos extremos pegajosos o romos. Ese mismo año, Philips y sus colegas determinaron la estructura tridimensional de la lisozima con una resolución de 0,2 nm.
1970: Temin y Baltimore descubren la transcriptasa inversa casi simultáneamente, confirmando la "hipótesis previral" propuesta por Temin en 1964. Después de la infección por el virus del sarcoma de Rous (RSV), lo primero que se produce es un provirus de ADN que contiene toda la información genética del genoma del virus de ARN. El ARN del virus de la progenie se sintetiza utilizando el ADN del virus de la progenie como plantilla. La transcriptasa inversa se ha convertido en una herramienta importante en la investigación actual en biología molecular.
1972～1973: Llegó la era del ADN recombinante.
Berg, Boyer y Cohen crearon la tecnología de clonación de ADN para construir plásmidos bacterianos con funciones biológicas in vitro, marcando el comienzo de una nueva era de la ingeniería genética. Al mismo tiempo, Singer y Nicolson propusieron un modelo de mosaico líquido de estructura de biopelículas.
1975: Southern inventó el método de electroforesis en gel para separar fragmentos de ADN; Gruustein y Hogness establecieron un nuevo método para clonar genes específicos; O'Farrell inventó el método de electroforesis bidimensional para analizar proteínas, que proporcionó la base para la biología molecular. El profundo desarrollo de la ciencia ha creado importantes condiciones técnicas; Blobel et al.
1976: Bishop y Varmus descubren que los oncogenes de los virus tumorales animales se originan a partir de genes celulares (es decir, protooncogenes).
1977: Berget y otros descubren el gen "break"; Sanger, Maxam y Gilbert crean los métodos "enzimáticos" y "químicos" para determinar secuencias de ADN, marcando la llegada de una nueva era en la investigación de la biología molecular. .
1979: Solomon y Bodmer propusieron por primera vez que al menos 200 polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (RFLP) podrían usarse como base para conectar todo el mapa del genoma humano.
1980: Wigler y otros introdujeron genes no selectivos en células de mamíferos infectándolas con un determinado marcador selectivo; Cohen y Boyer obtuvieron una patente estadounidense para una tecnología de clonación.
1981: Cech et al. descubrieron la función de autoempalme del precursor del ARNr Tetrahymena 26S, y posteriormente demostraron que la secuencia intermedia (IVS) en el precursor tiene la actividad de cinco enzimas. Casi al mismo tiempo, Altman demostró a partir de la RNasa P purificada que el catalizador que cataliza la maduración de los precursores del ARNt es el ARN de la RNasa P. El descubrimiento del ARN catalítico (ribozima) impulsó el rápido desarrollo de la investigación del ARN.
1982: Prusiner et al. descubren priones en el cerebro de hámsteres infectados con scrapie.
1983: Herrera-Estrella et al. transformaron con éxito células vegetales utilizando el plásmido Ti como vector transgénico.
1984: McGinnis et al. descubrieron la secuencia de nucleótidos de la homeobox en Drosophila, Xenopus y otros genes homeobox; inventada por Schwartz y Cantor desarrollaron la electroforesis en gel de gradiente pulsado y Simons y Kleckner et al.
1985: Saiki et al. inventaron la reacción en cadena de la polimerasa (PCR); Sinsheimer propuso por primera vez la idea de un proyecto de producción de mapas del genoma humano; Smith et al. el marcaje de isótopos; Miller et al. descubrieron la estructura de dedos de zinc de las proteínas de unión al ADN.
1986: Dryja et al. descubrieron que el gen del retinoblastoma (Rb) es un gen supresor de tumores; Robin et al. utilizaron cristalografía de rayos X para confirmar la estructura de hélice-giro-hélice de las proteínas de unión al ADN. .
1987: Mirkin et al. descubrieron ADN de triple cadena en plásmidos en soluciones ácidas; Burke et al. identificaron cromosomas artificiales de levadura (YAC) como vector para clonar grandes fragmentos de ADN. la proteína de las lesiones de atrofia muscular de Dnchenne El producto es la distrofina. Hooper et al. y Kuehn et al. respectivamente utilizaron células de blastema para realizar operaciones transgénicas en embriones de mamíferos y lograron avances significativos.
1988: Landsehalz et al. durante su investigación sobre CyC3 (proteína reguladora del gen del citocromo C), productos oncogénicos (MyC, V-jun, V-fos) y CBP (proteína de unión a la caja CCAAT), descubrieron la periodicidad de la secuencia de leucina en la región de unión y propusieron un modelo estructural de cremallera de leucina de proteínas de unión al ADN en el mismo año, Whyfe et al demostraron que la aparición de cáncer es el resultado de la activación de oncogenes y la inactivación de genes supresores de tumores.
1989: Greider et al. descubrieron por primera vez que la telomerasa es una transcriptasa inversa que utiliza ARN endógeno como plantilla en protozoos ciliados; Hiatt et al.
1990: Se lanza oficialmente el Proyecto Genoma Humano (PGH); Simpson et al. descubren el pequeño ARN (ARN guía) que guía la edición del pre-ARNm descubierto en el Y humano; Cromosoma Nuevo gen determinante del sexo: gen SRY.
1991: 147 científicos de 35 laboratorios de 17 países organizados por el Consorcio Europeo (CE) completaron por primera vez el primer cromosoma completo (Levadura 3) utilizando como método principal la secuenciación manual de 315 kb del cromosoma No. 1; Hake et al. informaron por primera vez del descubrimiento de genes homeobox en plantas. Blackburn et al. propusieron una secuencia de polimerización reguladora [fórmula general es (T/A)mGn, m=124, n=1~8] monocatenaria. El ADN puede formar una estructura de cuádruple hélice intramolecular o intermolecular, que desempeña un papel en la estabilización de los cromosomas.
1993: Jurnak et al. descubrieron una nueva estructura proteica: hélice B paralela (hélice B paralela) mientras estudiaban la pectato liasa; Yuan et al. descubrieron una proteína implicada en la regulación de la apoptosis y la escisión de proteínas en células de mamíferos. Enzima convertidora de IL-1B (enzima convertidora de interlucina-1B, ICE).
1994: Científicos japoneses publicaron un mapa genético del genoma del arroz en Nature Genetics; Wilson et al. tardaron tres años
en completar el análisis continuo del cromosoma 3 de Celegans. 2,2Mb anunció la llegada de la era de la determinación de la secuencia de ADN en una escala de millones de bases.
1995: Cuenoud et al. descubrieron ADN con actividad enzimática; Tu et al. coli. RNA-10 Sa RNA con funciones duales de transportador y mensajero
1996: Lee et al. informaron por primera vez que el fragmento de aminoácido en el factor de transcripción de levadura GCN4 puede autocatalizar la síntesis de péptidos autorreplicantes; Hong Guofan et al. utilizaron la estrategia "huella digital" para construir un mapa físico de alta resolución del genoma del arroz, con un fragmento de ADN de 120 kb de longitud; Goffeau et al. completaron la determinación de la secuencia completa del ADN genómico de la levadura (1,25). X10 7bp).
1997: Wilmut Por primera vez, clonaron con éxito a Dolly, una oveja, utilizando el material genético de células somáticas de oveja adulta sin fertilización. Willard et al construyeron cromosomas humanos (HAC) para; la primera vez; Salishury et al. descubrieron una nueva forma estructural de ADN: cuatro combinaciones dominantes, esta puede ser una forma de conexión del ADN durante el intercambio de genes. 1998: Renard y otros utilizaron la manipulación de células somáticas para obtener la vaca Marguerife, una vez. demostrando nuevamente que la genética se puede clonar a partir de células somáticas. Exactamente los mismos mamíferos GeneBank publicó el último "mapa genético 98", que representa información de ubicación de 30.181 genes. Venter propuso una nueva estrategia para el proyecto del genoma humano: secuenciación aleatoria de todo el genoma; y la puesta en marcha de secuenciadores de electroforesis capilar.
Del desarrollo de la biología molecular antes mencionado se desprende que el siglo XX se centró en la investigación de los ácidos nucleicos, impulsando el desarrollo profundo de la biología molecular. La estructura de doble hélice en la década de 1950, la teoría del operón en la década de 1960, la recombinación del ADN en la década de 1970, la tecnología de PCR en la década de 1980 y la secuenciación del ADN en la década de 1990 fueron hitos que llevaron a las ciencias biológicas a una etapa de macro a micro y luego a macro, la era del análisis a la síntesis.