Keeb Kwm ntawm Kev Txhim Kho ntawm Niaj Hnub Molecular Biology
Kev kawm txog molecular biology niaj hnub no yog ib ceg ntawm kev tshawb fawb uas kawm txog cov txheej txheem ntawm lub neej nyob rau theem molecular—tshwj xeeb tshaj yog DNA, RNA, thiab cov protein, nrog rau cov txheej txheem uas tswj kev qhia tawm thiab kev txais yuav noob caj noob ces. Kev kawm no tau yog lub hauv paus rau ntau yam kev vam meej hauv kev tshawb fawb thiab thev naus laus zis, los ntawm kev kuaj mob raws li caj ces mus rau kev tsim cov kab mob rau zaub mov thiab tshuaj. Nws txoj kev loj hlob tsis tau tshwm sim sai sai, tab sis los ntawm ntau qhov kev tshawb pom, kev sib cav, thiab kev tsim kho tshiab los ntawm xyoo pua 19th mus rau lub sijhawm tam sim no ntawm genomics thiab synthetic biology.
Cov hauv paus keeb kwm: los ntawm cov cell mus rau molecules
Ua ntej lo lus "molecular biology" tau tsim los, biology twb tau dhau los ntawm kev hloov pauv los ntawm kev tshawb fawb txog cell (Schleiden thiab Schwann) thiab kev tshawb fawb txog kev hloov pauv (Darwin). Txawm li cas los xij, ib lo lus nug tseem ceeb tseem tshuav: lub hauv paus rau kev txais yuav cov cwj pwm yog dab tsi? Thaum kawg ntawm xyoo pua 19th, Gregor Mendel tau tsim cov cai ntawm kev txais yuav los ntawm kev sim nrog taum pauv. Mendel cov kev tshawb pom thaum xub thawj tsis tau txais kev saib xyuas ntau, tab sis tau los ua lub hauv paus ntawm kev tshawb fawb txog noob caj noob ces thaum lawv "rov tshawb pom dua" thaum ntxov xyoo pua 20th.
Nyob ib ncig ntawm tib lub sijhawm ntawd, cov kws tshawb fawb tau pib tshawb nrhiav cov qauv ntawm cov cell kom ntxaws ntxiv. Kev tshawb pom cov chromosomes thiab kev soj ntsuam ntawm kev faib cell (mitosis thiab meiosis) ua rau muaj kev xav tias cov chav ntawm kev txais qub txeeg qub teg nyob hauv chromosomes. Thomas Hunt Morgan thiab nws pab neeg tau ua qauv qhia txog kev sib txuas ntawm cov noob caj noob ces rau chromosomes los ntawm kev tshawb fawb txog cov txiv hmab txiv ntoo Drosophila melanogaster. Qhov no lees paub tias cov noob caj noob ces muaj qhov chaw nyob, tab sis nws tsis teb cov lus nug txog lawv cov tshuaj lom neeg: cov noob caj noob ces puas yog cov protein lossis nucleic acids?
DNA ua cov khoom siv caj ces: kev tawm tsam rau pov thawj
Thaum pib ntawm lub xyoo pua 20th, ntau tus kws tshawb fawb suav tias cov protein yog cov neeg sib tw ua ntej rau cov khoom siv caj ces vim lawv qhov nyuaj. DNA tau suav tias yooj yim dhau. Kev hloov pauv loj pib thaum Frederick Griffith (1928) tau tshawb pom qhov tshwm sim ntawm "kev hloov pauv" hauv cov kab mob Streptococcus pneumoniae: cov kab mob tsis muaj kab mob tuaj yeem ua rau muaj kab mob tom qab raug rau cov khoom los ntawm cov kab mob tuag. Txawm li cas los xij, Griffith tseem tsis tau txheeb xyuas tus neeg sawv cev hloov pauv.
Qhov kev tshawb pom tshiab tau los nrog kev sim ntawm Avery, MacLeod, thiab McCarty (1944), uas tau qhia tias tus neeg sawv cev hloov pauv yog DNA. Txawm hais tias tseem muaj kev sib cav, cov pov thawj tau los ua kom muaj zog tom qab Hershey thiab Chase (1952) kev sim siv bacteriophages: tsuas yog cov DNA kab mob nkag mus rau hauv cov hlwb kab mob thiab nqa cov ntaub ntawv los tsim cov kab mob tshiab. Yog li, DNA tau txais ua cov khoom siv caj ces.
Cov qauv DNA thiab kev yug ntawm tus qauv tshiab
Thaum paub tias DNA yog cov khoom siv caj ces, ua rau muaj lus nug tom ntej: DNA khaws thiab theej cov ntaub ntawv li cas? Ib qho lus teb zoo kawg nkaus tau tshwm sim hauv xyoo 1953 thaum James Watson thiab Francis Crick tau tawm tswv yim txog tus qauv DNA ob chav helix. Lawv tau siv cov ntaub ntawv X-ray diffraction los ntawm Rosalind Franklin thiab Maurice Wilkins. Tus qauv ob chav helix, nrog nws cov khub sib txuas (A-T thiab G-C), piav qhia txog txoj hauv kev ntawm kev rov ua dua: txhua txoj hlua tuaj yeem ua tus qauv rau txoj hlua tshiab.
Qhov kev tshawb pom no tsis yog tsuas yog teb cov lus nug txog seb DNA theej nws tus kheej li cas xwb, tab sis kuj tau tsim lub hauv paus rau kev yug los ntawm molecular biology ua ib qho kev qhuab qhia niaj hnub no. "Cov ntaub ntawv txog kev ua neej nyob" tam sim no tuaj yeem nkag siab tias yog cov kab ke ntawm cov hauv paus nitrogenous uas tuaj yeem tau txais thiab txhais ua haujlwm ntawm tes.
Cov lus qhuab qhia tseem ceeb thiab kev nkag siab txog kev ntws ntawm cov ntaub ntawv caj ces
Xyoo 1950 thiab 1960, lub tswv yim ntawm kev ntws cov ntaub ntawv caj ces tau tsim los ntawm qhov uas tau los ua lub npe hu ua "central dogma": DNA raug hloov mus rau hauv RNA, uas tom qab ntawd txhais ua protein. Txawm hais tias muaj kev zam (xws li kev hloov pauv rov qab hauv retroviruses) tau lees paub txij li thaum ntawd los, qhov dogma no muab kev pom dav dav ntawm seb cov noob caj ces tswj hwm tus cwj pwm ntawm cov kab mob li cas.
Qhov kev tshawb pom ntawm mRNA ua rau nws pom tseeb tias RNA ua haujlwm ua tus neeg nruab nrab ntawm DNA thiab cov protein. Tom qab ntawd, cov kws tshawb fawb tau tawg cov lej caj ces - cov cai uas txuas cov base triplets (codons) rau cov amino acids. Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana, thiab lawv cov npoj yaig tau qhia txog yuav ua li cas cov kab ke ntawm nucleotides txiav txim siab qhov kab ke ntawm amino acids hauv cov protein. Qhov no ua rau kev sib raug zoo ntawm cov noob caj noob ces thiab lawv cov khoom ua haujlwm muaj tseeb thiab sim tau los ntawm kev sim.
Kev hloov pauv ntawm enzyme thiab recombinant DNA technology
Kev nce qib hauv kev tshawb fawb txog molecular biology tau pab txhawb nqa zoo heev los ntawm kev tshawb pom cov cuab yeej "molecular", tshwj xeeb tshaj yog cov enzymes. Cov enzymes txwv tsis pub siv - "txiav" uas txiav DNA ntawm cov kab ke tshwj xeeb - tau qhib txoj hauv kev rau kev tswj hwm DNA kom raug. Ua ke nrog DNA ligase, uas tuaj yeem "koom" cov khoom DNA, cov kws tshawb fawb hauv xyoo 1970 tau tsim cov thev naus laus zis DNA recombinant: sib xyaw DNA los ntawm ntau qhov chaw sib txawv thiab ntxig rau hauv cov kab mob xws li cov kab mob rau kev nthuav dav lossis kev qhia tawm.
Qhov kev tshwm sim ntawm kev tsim kho caj ces tau muaj kev cuam tshuam loj heev rau kev tshawb fawb thiab kev lag luam. Kev tsim cov tshuaj insulin tib neeg siv cov kab mob recombinant yog ib qho piv txwv thaum ntxov, hloov pauv kev kho mob ntshav qab zib. Txawm li cas los xij, qhov kev hloov pauv no kuj tau ua rau muaj kev sib cav txog kev coj ncaj ncees thiab kev nyab xeeb ntawm tsiaj txhu. Lub Rooj Sib Tham Asilomar (1975) tau cim lub hauv paus tseem ceeb hauv kev tsim cov lus qhia rau kev tshawb fawb DNA recombinant, qhia txog kev hloov pauv ntawm kev tshawb fawb niaj hnub no nrog rau kev tswj hwm thiab kev lav phib xaub hauv zej zog.
Cov txheej txheem sequencing thiab kev dhia mus rau lub sijhawm genome
Kauj ruam tom ntej yog nyeem cov DNA sequencing ncaj qha. Thaum xyoo 1970s, Frederick Sanger tau tsim ib txoj kev DNA sequencing uas yuav dhau los ua tus qauv rau ntau xyoo. Nrog lub peev xwm nyeem cov gene sequencies, molecular biology tau hloov los ntawm kev nkag siab yooj yim mus rau qhov muaj peev xwm kos duab cov ntaub ntawv genetic kom meej.
Xyoo 1980s tau coj kev hloov pauv tshiab: PCR (polymerase chain reaction), tsim los ntawm Kary Mullis. PCR ua rau nws muaj peev xwm ua kom sai, pheej yig, thiab yooj yim nthuav dav cov DNA fragments ntau. Cov thev naus laus zis no ua kom nrawm dua txhua qhov chaw ntawm molecular biology - los ntawm kev tshawb fawb yooj yim thiab kev kuaj mob mus rau kev kuaj mob ntawm cov kab mob sib kis.
Lub hom phiaj siab tshaj plaws ntawm lub sijhawm genomic yog Human Genome Project (1990–2003), ib qho project thoob ntiaj teb uas tau ua tiav daim ntawv qhia txog tib neeg genome. Qhov kev vam meej no tau cim qhov kev hloov pauv paradigm: los ntawm kev kawm ib qho genome mus rau kev kawm tag nrho genomes, gene networks, thiab kev hloov pauv genetic ntawm cov pej xeem.
Tom qab-genome: kev tswj hwm gene, epigenetics, thiab RNA tsis-coding
Tom qab nyeem cov noob caj noob ces tib neeg, ib lo lus nug tseem ceeb tau hloov pauv: yog tias tus naj npawb ntawm cov noob caj noob ces tib neeg tsis siab li qhov xav tau, qhov nyuaj ntawm cov kab mob no tshwm sim li cas? Kev mloog tau hloov mus rau kev tswj hwm noob caj noob ces - thaum twg, qhov twg, thiab cov noob caj noob ces tau qhia tawm ntau npaum li cas. Kev tshawb fawb tau txheeb xyuas lub luag haujlwm tseem ceeb rau cov ntsiab lus tswj hwm, cov yam ntxwv sau ntawv, thiab cov qauv chromatin.
Epigenetics tab tom loj hlob sai sai ua ib qho chaw uas kawm txog kev hloov pauv ntawm kev qhia tawm ntawm cov noob caj noob ces yam tsis hloov pauv DNA, piv txwv li los ntawm DNA methylation thiab histone modifications. Ntxiv mus, kev tshawb pom cov RNAs uas tsis yog coding xws li miRNAs thiab lncRNAs tau qhia tias RNA tsis yog tsuas yog ib qho nruab nrab xwb tab sis kuj yog ib qho tseem ceeb ntawm ntau yam txheej txheem ntawm tes. Qhov kev nkag siab no ua rau lub hauv paus ntsiab lus nplua nuj thiab qhia tias kev ntws ntawm cov ntaub ntawv caj ces muaj zog dua.
Lub sijhawm ntawm kev hloov kho cov noob caj noob ces thiab kev tsim cov khoom siv biology
Nyob rau kaum xyoo dhau los no, kev kho cov noob caj noob ces tau dhau los ua ib qho kev hloov pauv loj heev ua tsaug rau CRISPR-Cas9. Cov thev naus laus zis no tso cai rau DNA txiav rau ntawm qhov chaw xav tau siv RNA ua tus qhia, ua rau kev hloov pauv noob caj noob ces ua tau sai thiab pheej yig dua piv rau cov txheej txheem yav dhau los. CRISPR tau ua kom muaj kev tshawb fawb txog kev ua haujlwm ntawm noob caj noob ces, kev tsim cov qoob loo uas tiv taus kab mob, thiab txawm tias kev kho noob caj noob ces sim.
Tib lub sijhawm ntawd, kev tsim cov tshuaj lom neeg tau tshwm sim los ua ib txoj hauv kev uas tsis yog tsuas yog "kho" xwb tab sis kuj tsim cov kab ke tshiab. Cov kws tshawb fawb tau pib tsim cov voj voog caj ces xws li kev sib sau ua ke cov khoom siv hluav taws xob: cov neeg txhawb nqa, cov noob caj ces, thiab cov neeg tswj hwm tau teeb tsa los tsim cov cwj pwm tshwj xeeb hauv cov cell. Lub hom phiaj yog los ntawm kev tsim cov roj biofuels thiab cov khoom siv zoo rau ib puag ncig mus rau kev kho mob qog noj ntshav hauv cell.
Xaus lus: molecular biology ua lub hauv paus rau yav tom ntej
Keeb kwm ntawm kev kawm txog molecular biology niaj hnub no yog ib zaj dab neeg txog ib lo lus nug yooj yim - lub hauv paus ntawm kev txais qub txeeg qub teg yog dab tsi? - tau hloov zuj zus mus rau hauv kev nkag siab tob txog cov txheej txheem ntawm lub neej ntawm nws qib tseem ceeb tshaj plaws. Txij li kev sim nrog kev hloov pauv ntawm cov kab mob, mus rau kev tshawb pom ntawm DNA ob chav helix, mus rau kev tawg ntawm cov lej caj ces, mus rau kev txheeb xyuas cov lej, PCR, thiab CRISPR thev naus laus zis, txhua lub hom phiaj tau qhib lub qhov rooj rau kev nce qib ntxiv.
Yav tom ntej, kev kawm txog molecular biology yuav sib koom ua ke nrog bioinformatics, artificial intelligence, thiab cov thev naus laus zis ib lub cell uas muaj peev xwm kos duab cov txheej txheem ntawm lub cev ntawm qhov kev daws teeb meem zoo kawg nkaus. Tib lub sijhawm, cov teeb meem kev coj ncaj ncees - kev ceev ntiag tug ntawm cov ntaub ntawv genetic, kev nyab xeeb ntawm bioengineering, thiab kev nkag mus rau kev kho mob raws li gene - yuav txuas ntxiv ua rau peb muaj kev txom nyem. Kev nkag siab txog nws keeb kwm tso cai rau peb pom tias molecular biology tsis yog tsuas yog kev sib sau ua ke ntawm cov txheej txheem, tab sis yog ib qho ntawm tib neeg txoj kev txawj ntse zoo tshaj plaws hauv kev nyeem ntawv, txhais lus, thiab, qee qhov, rov sau dua cov lus ntawm lub neej.
