Orientações para biologia molecular. Biologia molecular aplicada

Biólogo molecular- este é o sucessor do campo da medicina, cuja missão reside, nem um pouco, nem um pouco, face às doenças perigosas entre a humanidade. Em meio a doenças como a oncológica, que hoje se tornou uma das principais causas de mortalidade no mundo, pouco se dá ao líder - doenças que julgam o coração. Novos métodos de diagnóstico precoce da oncologia, prevenção e tratamento do câncer são prioridade na medicina de emergência. Biólogos moleculares na área de oncologia desenvolvem anticorpos e proteínas recombinantes (geneticamente modificadas) para diagnóstico precoce e entrega direcionada de proteínas ao corpo. Fakhivtsi esferas Vikoristovo para Nisyozhnishi, o vazio da ciência que tecnologia para o estímulo do organismo Novykh da richovin organizada, o doslіdniydniye tu Klinіnіyniye dіynosti. Entre os métodos que os biólogos moleculares utilizam estão a clonagem, a transfecção, a infecção, a reação da polimerase Lanzug, o sequenciamento de genes e outros. Uma das empresas associadas aos biólogos moleculares na Rússia é a PrimeBioMed LLC. A organização atua na produção de reagentes de anticorpos para o diagnóstico de doenças oncológicas. Esses anticorpos são usados ​​principalmente para determinar o tipo de inchaço, como malignidade, a fim de metastatizar (se espalhar para outras partes do corpo). Os anticorpos são aplicados em finas seções de tecido seco, após o que se ligam às células com proteínas - marcadores, que estão presentes em células roliças e, às vezes, em células saudáveis. Dependendo dos resultados da investigação, os cuidados são retirados. Entre os clientes da “PrimeBioMed” - não só descobertas médicas, mas também científicas, os fragmentos do anticorpo podem ser utilizados com o objetivo de obter os melhores resultados. Nesses casos, podem ser produzidos anticorpos únicos que estão especificamente ligados à proteína, que é monitorizada sob condições específicas. Outra área promissora de pesquisa para a empresa é a entrega direcionada (direcionada) de medicamentos ao corpo. Às vezes, os anticorpos são usados ​​como transporte: ajudam a ser entregues diretamente aos órgãos afetados. Assim, o banho se torna mais eficaz e tem menos efeitos negativos no organismo, como a quimioterapia, que afeta o câncer e outras células. A profissão de biólogo molecular durará a próxima década, pois será cada vez mais procurada: com o aumento das dificuldades médias da vida das pessoas, o número de doenças oncológicas aumentará. O diagnóstico precoce dos inchaços e métodos inovadores de tratamento, além da eliminação da fala pelos biólogos moleculares, permitem restaurar a vida e preservar a cor de grande número de pessoas.

Educação profissional básica

As centenas refletem a gama de especialistas do nível anterior de conhecimento do mercado. As principais especializações para o domínio da profissão são indicadas pela cor verde.

Habilidades e habilidades

• Você deve lidar com reagentes, amostras e a necessidade de manusear pequenos objetos
• Iniciantes em robótica com muita informação
• Use sempre as mãos

Interesses e vantagens

• Por favor, aprenda sobre o que há de novo
• Trabalhe no modo multitarefa (você precisa ter cuidado ao passar por várias reações e processos ao mesmo tempo)
• Precisão
• Responsabilidade (não é possível privar o robô do “para amanhã”, pois as palavras podem estar compactadas)
• Escrupulosidade
• Pritsovidade
• Respeito (é preciso estar atento aos microprocessos)

Profissão em pessoas

Maria Shitova

Daria Samoilova

Oleksiy Grachov

A biologia molecular na área de oncologia é uma direção profissional promissora, já que o combate ao câncer é uma das prioridades da medicina leve.

Os biólogos moleculares fisiológicos são procurados por muitas pessoas devido ao desenvolvimento ativo da ciência, das empresas biotecnológicas e inovadoras. Hoje, há uma ligeira escassez de fascistas, à medida que se aproximam as evidências de trabalho nesta especialidade. Até agora, um grande número de graduados continuará a atravessar a fronteira. As possibilidades de um trabalho eficaz no campo da biotecnologia na Rússia estão começando a aparecer, mas ainda é cedo para falar em produção em massa.

O trabalho de um biólogo molecular transfere a participação ativa de um especialista em atividade científica, que se torna um mecanismo de promoção na carreira.O desenvolvimento na profissão é possível através da participação em projetos e conferências científicas, possível através do desenvolvimento de áreas afins do conhecimento. Permitiu também um possível desenvolvimento académico desde um jovem estudante científico, passando por um estudante científico sénior, até um estudante científico sénior, professor e/ou chefe de departamento/laboratório.

Sucesso com a filha ácidos nucleicos E a biossíntese de proteínas foi desenvolvida utilizando métodos de baixa tecnologia que são de grande importância prática na medicina, agricultura e outras aplicações.

Após o desenvolvimento do código genético e dos princípios básicos de preservação e implementação da informação genética, o desenvolvimento da biologia molecular dos coelhos em coelhos surdos, não existiam métodos que permitissem manipular genes, vê-los e alterá-los. Esses métodos começaram a aparecer nas décadas de 1970 e 1980. Isso deu muito esforço ao desenvolvimento deste campo da ciência, que hoje vive um período de desenvolvimento. Em primeiro lugar, estes métodos envolvem o isolamento de genes individuais e a sua introdução noutros organismos (clonagem e transgénese molecular, PLR), bem como métodos para determinar a sequência de nucleótidos nos genes (sequenciação de ADN e ARN). Esses métodos serão discutidos abaixo no relatório. Vamos começar com o método básico mais simples - eletroforese e depois passar para métodos mais avançados.

ELETROFORESE DE DNA

Este é um método básico de trabalhar com DNA que se combina com todos os outros métodos práticos para identificar as moléculas necessárias e analisar os resultados. Para alguns fragmentos de DNA, é utilizado o método de eletroforese em gel. O DNA é um ácido, suas moléculas removem o excesso de ácido fosfórico, que cospe um próton e adquire carga negativa (Fig. 1).

Tom em campo elétrico As moléculas de DNA entram em colapso no ânodo - um eletrodo carregado positivamente. Este é utilizado na produção de eletrólitos para neutralizar a carga transportadora de íons, razão pela qual o fluxo é realizado para esse fim. Para separar os fragmentos, forma-se um gel espesso feito de polímeros (agarose ou poliacrilamida). As moléculas de DNA “se perdem” em algo mais do que cheiram, e as moléculas encontradas são as que mais desmoronam, e as mais curtas são as que mais desmoronam (Fig. 2). Imediatamente ou após a eletroforese, o gel é coberto por cracas, que se ligam ao DNA e apresentam fluorescência na luz ultravioleta, revelando um padrão escuro no gel (div. Fig. 3). Para identificar dois fragmentos de DNA, alinhe-os com um marcador – um conjunto de fragmentos dovzhins padrão, Aplicado paralelamente ao mesmo gel (Fig. 4).

As ferramentas mais importantes para trabalhar com DNA são enzimas que transformam DNA em células vivas: DNA polimerases, DNA ligases e endonucleases de restrição, ou enzimas de restrição. DNA polimerases ocorre a síntese do DNA modelo, o que permite que o DNA se multiplique na amostra. Ligases de DNA costurar moléculas de DNA ou selá-las. Endonucleases de restrição, ou enzima de restrição, cortam moléculas de DNA seguindo sequências específicas, o que permite isolar fragmentos da massa oculta do DNA. Esses fragmentos podem, em alguns casos, vingar genes.

enzima de restrição

Sequências produzidas por enzimas de restrição, simétricas e com quebras podem ser criadas no meio de tal sequência ou destruídas (no mesmo local em ambas as fitas de DNA). Um diagrama de diferentes tipos de enzimas de restrição é mostrado na Fig. 1. O primeiro tipo tem pontas “burras”, enquanto o outro tem pontas “pegajosas”. Se as extremidades “adesivas” do fundo das lancetas forem mais curtas que as outras, cria-se uma seção de fio único com uma sequência simétrica, mas em ambas as extremidades que são criadas.

As sequências finais permanecerão as mesmas quando qualquer DNA for clivado por esta enzima de restrição e puderem ser reunidas, deixando sequências complementares. Eles podem ser costurados usando DNA ligase adicional e uma única molécula pode ser separada. Desta forma é possível combinar fragmentos de dois DNAs diferentes e chegar a tais nomes DNA recombinante. Essa abordagem é baseada no método de clonagem molecular, que permite isolar genes individuais e introduzi-los nos pacientes, o que pode criar codificação em genes proteicos.

clonagem molecular

Na clonagem molecular, duas moléculas de DNA são sintetizadas – uma inserção que substitui o gene que é excretado, e vetor- DNA, que desempenha um papel. A inserção é “costurada” no vetor com a ajuda de enzimas, removendo uma nova molécula de DNA recombinante, depois essa molécula é vendida às células hospedeiras, e essas células criam colônias no meio vivo. Uma colônia é a descendência de uma célula ou de um clone; todas as células de uma colônia são geneticamente idênticas e contêm o mesmo DNA recombinante. O termo “clonagem molecular” foi cunhado para remover um clone de células para substituir um fragmento de DNA, o que nos dirá. Depois disso, como colônias que colocam uma inserção que nos pega, é possível caracterizar essa inserção de diversas maneiras, por exemplo, para determinar sua sequência exata. As células também podem sofrer mutação na proteína codificada pela inserção para substituir um gene funcional.

Quando uma molécula de celina recombinante é introduzida, ocorre a transformação genética dessas células. Transformação- o processo de absorção pelo corpo de uma célula de moléculas de DNA livres do meio de sua residência e sua absorção no genoma, o que implica o aparecimento nessa célula de novos sinais de decadência, adquiridos pelo organismo doador de DNA. Por exemplo, se uma molécula for concebida para transportar o gene de resistência ao antibiótico ampicilina, então as bactérias transformadas crescem na sua presença. Antes que a transformação da ampicilina leve à sua morte, um novo sinal aparece nas células transformadas.

VETORES

O vetor é culpado de várias autoridades:

Primeiro, a molécula de DNA é notavelmente pequena, o que a torna fácil de manipular.

Caso contrário, para que o DNA seja armazenado e replicado na célula, ele deve conter a mesma sequência que garante sua replicação (origem da replicação).

Em terceiro lugar, pode haver gene marcador o que garantirá a seleção apenas dessas células, nas quais o vetor foi perdido. Confie nos genes para resistência aos antibióticos - então, na presença de um antibiótico, todas as células que não contêm o vetor morrerão.

A clonagem de genes é mais frequentemente realizada em células bacterianas, porque são fáceis de reproduzir em cultura. A bactéria bacteriana possui uma grande molécula circular de DNA, contendo milhões de pares de nucleotídeos, que contém todos os genes necessários para a bactéria - o cromossomo bacteriano. Além disso, em algumas bactérias existem pequenos DNA circulares (alguns milhares de pares de nucleotídeos), que são chamados plasmídeos(Figura 2). Eles, assim como o DNA principal, alteram a sequência de nucleotídeos, o que garante a capacidade de replicação (ori) do DNA. Os plasmídeos se replicam independentemente do DNA principal (cromossômico), que está presente nas células em um grande número de cópias. Muitos desses plasmídeos carregam genes de resistência a antibióticos, o que permite que as células que carregam o plasmídeo sejam isoladas das células primárias. Os plasmídeos mais comumente utilizados são aqueles que carregam dois genes que conferem resistência a dois antibióticos, por exemplo, tetraciclina e amicilina. Existem métodos simples para detectar esse DNA plasmidial, que é diferente do DNA do cromossomo principal da bactéria.

O SIGNIFICADO DA TRANGÉNESE

A transferência de genes de um organismo para outro é chamada transgênese, bem como organismos modificados - transgênico. Usando o método de transferência de genes de uma população de microrganismos, somos capazes de produzir preparações de proteínas recombinantes para fins médicos, esteróides, proteínas humanas que não causam degradação imunológica - interferon, insulina e outros. Hormônios protéicos, fatores de crescimento celular, bem como proteínas para produção de vacinas. Em casos mais complexos, se a modificação das proteínas ocorre corretamente apenas nas células dos eucariontes, na presença de culturas de células transgênicas ou de animais transgênicos, abate, magreza (nós mesmos em primeiro lugar), como visto pelas proteínas necessárias ki em leite ou proteínas podem ser vistas no sangue. É assim que os anticorpos, fatores de circulação sanguínea e outras proteínas são removidos. Usando o método de transgênese, podemos controlar plantas cultivadas resistentes a herbicidas e poluentes, bem como aquelas que são suscetíveis a outros. autoridades marrons. Para ajudar os microrganismos transgênicos a purificar as águas residuais e combater obstruções, existem micróbios transgênicos que podem decompor a nafta. Além disso, as tecnologias transgénicas são insubstituíveis na pesquisa científica- o desenvolvimento da biologia hoje é inconcebível sem a estagnação rotineira dos métodos de modificação e transferência de genes.

tecnologia de clonagem molecular

inserções

Para isolar um gene individual de um determinado organismo, todo o DNA cromossômico é examinado e dividido com uma ou duas enzimas de restrição. As enzimas são selecionadas de forma que não cortem o gene que é importante para nós, mas criem quebras em suas bordas, e no DNA plasmidial elas criam uma quebra em um dos genes de resistência, por exemplo, à ampicilina.

O processo de clonagem molecular inclui as seguintes etapas:

Corte e reticulação - construção a partir da inserção e vetor de uma única molécula recombinante.

A transformação é a introdução de uma molécula recombinante nas células.

Seleção – seleção de células, que foram retiradas do vetor do inserto.

corte e costura

O DNA do plasmídeo é digerido pelas mesmas enzimas de restrição e é convertido em uma molécula linear, que é selecionada por essa enzima de restrição, que é usada para adicionar 1 corte ao plasmídeo. Como resultado, no final de todos os fragmentos de DNA processados, as mesmas extremidades adesivas são reveladas. Em baixas temperaturas, essas extremidades são unidas e reticuladas com DNA ligase (div. Fig. 3).

Isole uma mistura de DNA circular de diferentes tipos: alguns deles serão baseados na sequência exata de DNA cromossômico obtido de DNA bacteriano, outros serão fragmentos combinados de DNA cromossômico e outros serão derivados de plasma em anel. (Fig. 4).

transformação

Eu continuarei mais transformação genética bactérias, de modo a não conter plasmídeos. Transformação- o processo de absorção pelo corpo de uma célula de moléculas de DNA livres do meio de sua residência e sua absorção no genoma, o que implica o aparecimento nessa célula de novos sinais de decadência, adquiridos pelo organismo doador de DNA. Apenas um plasmídeo pode penetrar e se multiplicar na pele. Essas células são colocadas em um centro vivo sólido, que contém o antibiótico tetraciclina. As células que não consumiram o plasmídeo, cujo núcleo não cresce, e as células que carregam o plasmídeo, criam colônias, nas quais a pele possui mais de uma célula, então. todas as células da colônia carregam o mesmo plasmídeo (div. Fig. 5).

Seleção

Então é importante ver apenas as células que perderam o vetor da inserção e distingui-las das células que carregam o vetor sem a inserção ou que não carregam o vetor. Este processo de seleção das células necessárias é chamado seleção. Para quem devo estagnar marcadores seletivos- combinar os genes de resistência a antibióticos no armazém de vetores, e meio seletivo usar antibióticos ou outras substâncias para garantir a seleção

No nosso caso, células de colônias que cresceram na presença de ampicilina são transferidas para dois meios: o primeiro contém ampicilina e o outro contém tetraciclina. Colônias que carregam apenas um plasmídeo crescem em ambos os núcleos, mas colônias que possuem plasmídeos com DNA cromossômico inserido em um núcleo com tetraciclina não crescem (Fig. 5). Entre eles, são utilizados métodos especiais para selecionar aqueles que substituem o gene que é importante para nós, crescem em quantidades suficientes e detectam DNA plasmidial. Com a ajuda das mesmas enzimas de restrição usadas para isolar o DNA recombinante, um gene individual é processado para ser excretado. O DNA deste gene pode ser modificado para alterar a sequência de nucleotídeos, introduzido em qualquer organismo para obter novos poderes ou para sintetizar a proteína necessária. Este método de ver genes é chamado clonagem molecular.

PROTEÍNAS FLUORESCENTES

Como marcadores genéticos na investigação de organismos eucarióticos, as proteínas fluorescentes podem ser facilmente identificadas. Primeiro gene de proteína fluorescente proteína fluorescente verde (GFP) Houve avistamentos da água-viva Aqeuorea victoria e ocorrências em vários organismos modelo (div. Fig. 6). Em 2008, os filhos de O. Shimomura, M. Chalfie e R. Tsien receberam o Prêmio Nobel pela descoberta e estagnação desta proteína.

Então foram vistos os genes de outras proteínas fluorescentes - vermelho, azul, amarelo. Esses genes foram modificados individualmente para remover proteínas das raízes. A diversidade de proteínas fluorescentes é mostrada na Fig. A Figura 7 mostra uma placa de Petri com bactérias para remover os genes de diversas proteínas fluorescentes.

Estagnação de proteínas fluorescentes

O gene de uma proteína fluorescente pode ser fundido com o gene de qualquer outra proteína, de modo que durante a tradução haja uma única proteína - uma proteína translacional, ou fusão(proteína de fusão), que apresenta fluorescência. Desta forma, é possível realizar, por exemplo, a localização (deslocamento) de quaisquer proteínas que estejam localizadas no tecido, seus movimentos. Devido à expressão adicional de proteínas fluorescentes em certos tipos de células, é possível marcar células desses tipos em um organismo rico em células (extraordinária Fig. 8 - o cérebro de um camundongo, em qual região dos neurônios existem diferenças em cores para uma combinação de genes de proteínas fluorescentes). As proteínas fluorescentes são uma ferramenta indispensável na biologia molecular moderna.

PLR

Outro método de remoção de genes é chamado reação de polimerase Lanzug (PLR). Baseia-se na capacidade das DNA polimerases de produzirem umas às outras fitas de DNA após uma fita complementar, como ocorre nas células durante a replicação do DNA.

Neste método, os pontos na origem da replicação são especificados por dois pequenos fragmentos de DNA chamados sementes, se não primers. Esses primers são complementares às extremidades do gene, que é o que queremos dizer, em duas fitas de DNA. A fita de DNA cromossômico necessária para identificar um gene é misturada com primers e aquecida a 99 graus C. Isso faz com que as fitas de DNA se rompam e se separem. Depois disso, reduza a temperatura para 50-70 °C (dependendo da consistência das sementes). Nestes casos, os primers são ligados a seções complementares de DNA cromossômico, criando uma hélice subterrânea regular (div. Fig. 9). Depois disso, um total de quatro nucleotídeos necessários para a síntese de DNA são adicionados e a DNA polimerase é adicionada. A enzima se liga aos primers, sendo então o local de DNA de fita dupla para anexar os primers. das extremidades do gene até o final da molécula cromossômica de pista única.

Se a soma for aquecida novamente, as plantas cromossômicas e recém-sintetizadas se separarão. Após o resfriamento, são adicionadas novamente as sementes, que são retiradas de um grande excedente (div. Fig. 10).

No início das lanças recém-sintetizadas, o fedor torna-se mais forte não até o final em que começou a primeira síntese, mas até o final, já que os DNAs das lanças são antiparalelos. Em outro ciclo de síntese nessas lanças será obtida a sequência que corresponde ao gene (div. Fig. 11).

Neste método, a DNA polimerase é combinada com bactérias termofílicas, produzida por fervura e operação em temperaturas de 70-80 graus C, sem a necessidade de adição imediata, apenas adicionando um pouco mais na espiga. Repetindo os procedimentos de aquecimento e resfriamento na mesma sequência, podemos aumentar o número de sequências adjacentes às duas extremidades da semente no ciclo pelicular (div. Fig. 12).

Após aproximadamente 25 desses ciclos, o número de cópias do gene aumentará para mais de um milhão de vezes. Tais quantidades podem ser facilmente adicionadas ao tubo de ensaio com DNA cromossômico e vicorizadas para diversos fins.

Sequenciamento de DNA

Outra conquista importante é o desenvolvimento de métodos para determinação da sequência de nucleotídeos no DNA. Sequenciamento de DNA(Em inglês: Sequência - sequência). Para este efeito é necessário isolar genes puros de outro DNA utilizando um dos métodos descritos. Em seguida, o DNA é separado por aquecimento e um primer marcado com fósforo radioativo ou fluorescente é adicionado a ele. Observe que é colhida uma semente, complementar a um Lanzug. Em seguida, é adicionada a DNA polimerase, adicionando 4 nucleotídeos. Este pode ser dividido em 4 partes e um dos nucleotídeos é adicionado à pele, modificado para que o terceiro átomo da desoxirribose não substitua o grupo hidroxila. Se tal nucleotídeo for incluído na síntese de DNA, sua subordinação pode continuar, porque As polimerases não captam o nucleotídeo que se aproxima. Portanto, a síntese de DNA é interrompida após a inclusão de tal nucleotídeo. Esses nucleotídeos, chamados didesoxinucleotídeos, estão disponíveis em quantidades muito menores que os básicos, de modo que a lanceta é encontrada apenas raramente e na lanceta cutânea em vários locais. Como resultado, há uma mistura de diferentes espécies de pele, em cuja extremidade existe o mesmo nucleotídeo. Desta forma, a pomba da lanceta corresponde ao número do nucleotídeo da sequência, o que significa, por exemplo, que temos um adenil didesoxinucleotídeo, e a derivação da lança é encurtada pela pomba de 2, 7 e 12 nucleotídeos, o que significa no gene em outro, com Na décima segunda posição está a adenina. A soma isolada de lancetas pode ser facilmente separada por tamanho usando eletroforese, e as lancetas sintetizadas podem ser detectadas quanto à radioatividade em nadadores de raios X (div. Fig. 10).

Há uma imagem desenhada na parte inferior da coisinha, que se chama radioautógrafo. Roncando pela nova montanha e lendo a carta acima das colunas da zona da pele, notamos a sequência de nucleotídeos, apontando o destro para o autógrafo. Descobriu-se que a síntese é influenciada não apenas pelos didesoxinucleotídeos, mas pelos nucleotídeos, que possuem um grupo químico ligado à terceira posição do núcleo, como o barnberry fluorescente. Se o nucleotídeo da pele for designado como bérberis, então as zonas que são separadas durante a síntese separada de lancinas são iluminadas com uma luz diferente. Isso permite que a reação seja realizada em um tubo de ensaio simultaneamente para todos os nucleotídeos e separando-os, identificando as cores dos nucleotídeos (div. Fig. 11).

Tais métodos possibilitaram determinar as sequências de genes individuais e ler genomas inteiros. Atualmente, novos métodos para identificação de sequências de nucleotídeos em genes foram desenvolvidos. Se o genoma humano foi decifrado por um grande consórcio internacional usando o primeiro método durante 12 anos, o outro, usando o outro método durante três anos, então isso pode ser coletado em um mês. Isso permite que as pessoas transmitam a astúcia das pessoas até adoecerem e depois continuem a viver para eliminá-las.

entrevista

Sergey Pirogov participa da preparação para a Olimpíada de Biologia, organizada por “Elefante e Girafa” em 2012.
Sirva-se da Universidade Internacional de Biologia
Olimpíada Peremozhets "Lomonosiv"
Vencedor do prêmio da etapa regional da Olimpíada de Biologia da Rússia em 2012.
Leia do MDU im. M. V. Lomonosov na Faculdade de Biologia: Departamento de Biologia Molecular, 6º ano. Trabalha no laboratório de genética bioquímica de animais do Instituto de Genética Molecular.

- Sérgio, quando os leitores têm comida, eles podem cheirar mal para você?

Então, é claro, você pode fornecer energia imediatamente. Cujo campo:

Pressione para ligar a energia.

- Vamos conversar sobre a escola, sua escola não foi super legal?

Comecei em uma escola muito fraca de Moscou, uma ZOS estatisticamente média. É verdade, tivemos um leitor maravilhoso do MHC, que nos mostrou muito da franqueza nominal “mística” da escola.

– E a biologia?

A biologia está acontecendo conosco desde o verão, uma mulher surda e esperta, como todos tinham medo. Ale love não acrescentou nada ao assunto. Sou biólogo desde criança, morro desde criança. Depois de ler tudo sozinho, é importante começar a beber anatomia e zoologia. Bem, as disciplinas escolares corriam paralelamente aos meus interesses reais. Todas as Olimpíadas mudaram.

- Conte-me sobre este relatório.

No 7º ano participei pela primeira vez da etapa municipal (principalmente, de forma semelhante a todas as disciplinas, já que seríamos um único aluno, o que os leitores não poderiam enviar). E se tornando um sobrevivente da biologia. Então a escola foi colocada em um nível tão baixo, mas não há necessidade de um fato ruim.

- O que te ajudou na escola?

Lembro-me que sem importância na felicidade do início, muitas vezes tirando da contribuição da biologia os quatros com anotações no kshtalt “para um pequeno pedaço de cibulina, os culpados nativos eram preparados em marrom, não em cinza”. Tudo era bastante pesado. Na 8ª série estou começando a disputar novamente as Olimpíadas, mas acho que não fui aceito em biologia. Finalmente, me tornei um vencedor e vencedor em outras disciplinas.

- O que aconteceu com o 9º ano?

No 9º ano não é necessário passar para a fase distrital. Lá, obtive relutantemente uma pontuação fraca e limítrofe, que, no entanto, pareceu passar para o estágio regional. É uma espécie de força motivadora - consciência de quantas pessoas não conheço e de quantas pessoas não conheço (quantas dessas pessoas em todo o país tenho medo de descobrir).

- Diga-me como você se preparou.

O intenso trabalho autônomo, as buscas em livros e milhares de outras tarefas têm pouco efeito duradouro. Tendo obtido uma das notas mais altas para a teoria (que também foi para os menos entusiasmados), avancei para a fase prática... e falhei. Aí comecei a não saber da fundação da etapa prática.

- As Olimpíadas machucaram você?

Minha vida mudou radicalmente. Aprendi sobre muitas outras Olimpíadas, principalmente me apaixonando pelo ShPV. Ao longo dos anos, tendo apresentado bons resultados, as ações venceram e a equipa “Lomonosivsky” negou o direito de entrar sem admissão. Ao mesmo tempo, ganhei as Olimpíadas com a história da mística, até respirar desigualmente. É verdade que não sou muito amigo de passeios práticos. No 11º ano ainda cheguei à fase final, mas a sorte não foi boa e mais uma vez não consegui preencher a matriz de tipos de etapas teóricas. Então nos permitiu não nos preocupar com a praticidade.

- Você conheceu muitos participantes das Olimpíadas?

Portanto, ainda aprecio ter sido abençoado com vários de meus filhotes de um ano, que expandiram significativamente meus horizontes. Outro benefício das Olimpíadas, além da motivação para estudar o assunto de forma mais harmoniosa, foi conhecer os participantes das Olimpíadas. Mesmo naquela hora, notei que a pulverização horizontal às vezes era mais curta que a emenda vertical – com contribuições para as coleções.

- Como você entrou antes do VNZ? Corpo docente selecionado?

Após o 11º ano, entrei no departamento de biologia da Duma Estatal de Moscou. A maioria dos meus camaradas atuais escolheu beneficiar-se da FBB, mas aqui o papel mais importante foi desempenhado por aqueles que não se tornaram vencedores do prêmio totalmente russo. Isso significa que eu teria que desenvolver meus sentimentos íntimos pela matemática, e nela, principalmente na escola - vejo que amei muito mais - não seria forte. E na escola havia muito pouco preparo (só tínhamos treino no final do dia). Em termos de interesses, já percebi que, finalmente, é possível alcançar qualquer resultado, independente do local de busca. Ao longo dos anos, ficou claro que muitos graduados da FBB migraram para o campo da biologia úmida e, aliás, muitos bons bioinformáticos começaram como amadores. Embora naquele momento eu pensasse que o contingente do departamento de biologia não seria o mais fraco para a FBB. Não tenho dúvidas de que tive misericórdia de você.

Você sabia?

tsikavo

Você sabia?

tsikavo

Os acampamentos de Elefantes e Girafas estudam bioquímica e biologia molecular, e crianças em idade escolar realizam experimentos com base no MDU, além de se prepararem para as Olimpíadas.

© Entrevista com Denis Reshetov. Fotos gentilmente cedidas por Sergey Pirogov.

Podes dizer algo biologia molecular continua a mostrar vida em estruturas ou sistemas não vivos com sinais elementares de vida (que podem incluir macromoléculas biológicas, seus complexos e organelas), incluindo os processos-chave que caracterizam a matéria viva, as realidades realizam interações e transformações químicas adicionais.

A visão da biologia molecular e da bioquímica como um ramo independente da ciência é ditada pelo fato de que suas principais tarefas são o desenvolvimento da estrutura e do poder das macromoléculas biológicas, que participam de diversos processos, relacionados às mudanças mecânicas em suas relações mútuas. A bioquímica trata do estudo dos processos da vida, dos padrões de seu fluxo em um organismo vivo e da transformação das moléculas que acompanham esses processos. No final das contas, a biologia molecular está relacionada com a nutrição, mas é provável que outro processo esteja relacionado com a forma como a bioquímica está relacionada com a nutrição e do ponto de vista da química.

História

A biologia molecular, assim como a bioquímica, começaram a tomar forma na década de 30 do século passado. Para compreender o fenómeno da vida, não há necessidade de investigações diretas ao nível molecular dos processos para preservar e transmitir informações de choque nos organismos vivos. Portanto, o conhecimento da biologia molecular foi determinado pela estrutura, influência e interação de ácidos nucléicos e proteínas. O termo “biologia molecular” foi usado pela primeira vez pelo cientista inglês William Astbury no contexto da pesquisa sobre as relações entre a estrutura molecular e os poderes físicos e biológicos das proteínas fibrilares, como o agente, a fibrina do sangue ou as proteínas de vida curta da carne. .

Nos primórdios da biologia molecular, o RNA era considerado um componente de plantas e fungos, e o DNA era visto como um componente típico de células animais. O primeiro investigador que descobriu que o DNA estava localizado em ervilhas foi Andriy Mikolayovich Bilozersky, que viu DNA em ervilhas em 1935. Isto revelou o fato de que o DNA é um ácido nucleico universal presente em células, plantas e animais.

Realizações sérias foram o estabelecimento, por George Beadle e Edward Tatum, de uma ligação causal direta entre genes e proteínas. Em seus experimentos, o mau cheiro foi causado por células da neurospora ( Neurosporagrosseira) Análise de raios X, que revelou mutações. Os resultados mostraram o que causou a alteração no poder de enzimas específicas.

Na década de 1940, Albert Claude viu grânulos de vingança de RNA citoplasmático no citoplasma de animais, que eram menores que as mitocôndrias. Ele os chamou de micros. Ao longo dos anos, com a investigação da estrutura e do poder das partículas, foi estabelecido o seu principal papel no processo de biossíntese de proteínas. Em 1958, no primeiro simpósio dedicado a essas partes, decidiu-se chamá-las de ribossomos.

Outro marco importante no desenvolvimento da biologia molecular foi a publicação, em 1944, dos experimentos de Oswald Every, Colin MacLeod e McLean McCarthy, que mostraram que a causa da transformação bacteriana é o DNA. Esta foi a primeira prova experimental do papel do DNA na transmissão de informações esporádicas, que desmentiu as suposições anteriormente sustentadas sobre a natureza proteica dos genes.

No início da década de 1950, Frederic Sanger mostrou que a lança branca possui uma sequência única de aminoácidos. Por exemplo, na década de 50, Max Perutz e John Kendrew decifraram a vastidão da vida cotidiana das primeiras proteínas. Desde 2000, centenas de milhares de sequências naturais de aminoácidos e milhares de estruturas espaciais de proteínas foram identificadas.

Na mesma época, a pesquisa de Erwin Chargaff permitiu-lhe formular regras que descrevem a relação das bases nitrogenadas no DNA (as regras dizem que independentemente da espécie, o DNA tem muita guanina e muita citosina, e muita de adenina e muito temin), que ajudou a desenvolver o maior avanço na biologia molecular é um dos maiores avanços na biologia.

Esta ideia nasceu em 1953, quando James Watson e Francis Crick se basearam nas obras de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins Análise estrutural de raios X O DNA foi inserido na estrutura de dupla hélice da molécula de DNA. Isso nos permitiu informar a nutrição importante sobre a origem da presença de informações espasmódicas antes da autocriação e compreender o mecanismo de transmissão de tais informações. Recentemente, foi formulado o princípio da complementaridade das bases nitrogenadas, que é de fundamental importância para a compreensão do mecanismo de formação das estruturas supramoleculares. Este princípio, agora estabelecido para a descrição de todos os complexos moleculares, permite-nos descrever e transmitir as mentes de interações intermoleculares fracas (não valentes), que compreendem a possibilidade de formação de segundas, terciárias, etc. a estrutura das macromoléculas, o fluxo de sistemas biológicos supramoleculares autodobráveis, o que significa uma grande diversidade de estruturas moleculares e seus conjuntos funcionais. Todi, jornal de ciências da rocha de 1953, Journal of Molecular Biology. Sua área de interesse científico foi a investigação da estrutura das proteínas globulares (Prêmio Nobel de 1962 junto com Max Perutz). Uma revista russa semelhante sob o nome "Molecular Biology" foi fundada na URSS por V. A. Engelhardt em 1966.

Em 1958, Francis Crick formulou o chamado o dogma central da biologia molecular: afirmações sobre a irreversibilidade do fluxo de informação genética do DNA através do RNA para as proteínas seguindo o padrão DNA→DNA (replicação, fazer cópias de DNA), DNA→RNA (transcrição, copiar um gene iv), RNA → proteína (tradução, decodificação de informações sobre a estrutura das proteínas). Este dogma na década de 1970 foi completamente corrigido devido ao acúmulo de conhecimento acumulado, e a descoberta de uma reversão da transcrição foi revelada independentemente por Howard Temin e David Baltimore: a descoberta de uma enzima - a revertase, que é indicativa da criação de reviravolta transcrição - a criação de DNA de fita dupla em uma matriz de RNA de fita simples, vírus. Deve-se notar que a necessidade do fluxo de informação genética dos ácidos nucléicos para as proteínas ainda falta na base da biologia molecular.

Em 1957, Oleksandr Sergeyovich Spirin e Andriy Mykolayovich Bilozersky mostraram que, apesar das diferenças significativas na composição de nucleotídeos do DNA de diferentes organismos, a composição do RNA sumário é semelhante. Com base nesses dados, chegaram a uma conclusão sensacional sobre o fato de que o RNA total das células não pode atuar como transportador da informação genética do DNA para as proteínas, pois não corresponde ao seu conteúdo. Ao mesmo tempo, eles notaram que a principal fração secundária do RNA é semelhante em sua composição de nucleotídeos ao DNA e pode ser um verdadeiro transportador de informação genética do DNA para as proteínas. Como resultado, eles transferiram a produção de pequenas moléculas de RNA, que são análogas a pequenos pedaços de DNA, e assumem o papel de intermediários na transferência da informação genética que está localizada no DNA, no ribossomo e em outras fontes. a síntese de moléculas de proteínas. Em 1961, as crianças (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson de um lado e F. Gros, François Jacob e Jacques Monod foram os primeiros a descobrir a última confirmação da existência de tais moléculas - informação (matriz) RNA Eles também desenvolveram o conceito desse modelo de unidade funcional de DNA – um operon, que nos permite explicar como funciona a regulação da expressão gênica em procariontes.

Em 1961, ao longo de várias décadas, Heinrich Matthay e Marshall Nirenberg, e depois Har Korana e Robert Holley, realizaram um grande trabalho de decifração do código genético, como resultado do qual foi estabelecida uma relação direta Conexões entre a estrutura do DNA e sintetizado proteínas e a sequência determinada pela coleção de aminoácidos da proteína. Também foram obtidos dados sobre a universalidade do código genético. A descoberta recebeu o Prêmio Nobel em 1968.

Para o desenvolvimento dos fenômenos atuais sobre as funções do RNA, o mais importante foi a criação do RNA, que não é codificado, com base nos resultados do trabalho de Oleksandr Sergiyovich Spirin junto com Andriy Mykolayovich Belozersky 1958, Charles Brenner Dos coautores e Sol Spigelman 1961 rock. Este tipo de RNA torna-se a parte principal do RNA celular. O RNA ribossômico é imediatamente visível para os não codificadores.

Os métodos de cultivo e hibridização de criaturas clitinas foram responsáveis ​​por desenvolvimentos sérios. Em 1963, François Jacob e Sydney Brenner formularam o conceito de replicon - uma sequência de genes replicantes invisíveis, que explica aspectos importantes regulação da replicação genética

Em 1967, o trabalho no laboratório de A. S. Spirin foi o primeiro a demonstrar que a forma do RNA compactamente dobrado determina a morfologia da região ribossômica.

Em 1968, o destino foi dividido em aspectos mais fundamentais. Okazaki, que descobriu fragmentos de DNA da lanceta durante o processo de replicação, batizou de fragmentos de Okazaki em homenagem a ela, esclareceu o mecanismo de replicação do DNA.

Na década de 1970, independentemente de Howard Temin e David Baltimore, o significado da descoberta foi descoberto: a descoberta de uma enzima - a revertase, que é responsável pela criação da transcrição reversível - a criação de DNA de circuito duplo na matriz única. RNA encalhado, encontrado em vírus oncogênicos, que substitui o RNA.

Outra conquista importante da biologia molecular foi a elucidação do mecanismo de mutações em nível molecular. Como resultado de uma série de investigações, foram identificados os principais tipos de mutações: duplicações, inversões, deleções, translocações e transposições. Isto tornou possível ver as mudanças evolutivas do ponto de vista dos processos genéticos e permitiu-nos desenvolver a teoria de uma origem molecular que estagna na filogenia.

No início da década de 1970, foram formulados os princípios básicos do funcionamento dos ácidos nucléicos e das proteínas em um organismo vivo. Verificou-se que as proteínas e os ácidos nucleicos no corpo são sintetizados por trás de um mecanismo de matriz; a molécula da matriz carrega informações criptografadas sobre a sequência de aminoácidos (na proteína) ou nucleotídeos (no ácido nucleico). Durante a replicação (DNA replicado) ou transcrição (síntese de irRNA), o DNA serve como tal matriz; durante a tradução (síntese de proteínas) ou transcrição reversa, o iRNA serve como tal matriz.

Assim, foram criadas ideias teóricas para o desenvolvimento das áreas aplicadas da biologia molecular e da engenharia genética. Em 1972, Paul Berg, Herbert Boer e Stanley Cohen desenvolveram a tecnologia de clonagem molecular. Então eles primeiro extraíram o DNA recombinante da amostra. Estas experiências seminais lançaram as bases da engenharia genética, e este rio é considerado a data da ciência nacional.

Em 1977, Frederick Sanger e, posteriormente, Allan Maxam e Walter Gilbert desenvolveram vários métodos para determinar a estrutura primária (sequenciamento) do DNA. O método Sanger, também conhecido como método Lanczug, é a base do método de sequenciamento diário. O princípio do sequenciamento de bases em bases marcadas com vicoristão, que atuam como terminadores da reação de sequenciamento cíclico. Este método, tendo adquirido um amplo leque de possibilidades, pode realizar a análise rapidamente.

1976 r. - Frederico. Sanger decifrou a sequência de nucleotídeos do DNA do fago φΧ174 fago de 5375 pares de nucleotídeos.

1981 – A anemia falciforme torna-se a primeira doença genética a ser diagnosticada através de testes de DNA.

1982-1983 A descoberta da função catalítica do RNA nos laboratórios americanos T. Check e S. Altman mudou a compreensão do papel das proteínas. Por analogia com proteínas catalíticas – enzimas, os RNAs catalíticos foram chamados de ribozimas.

1987 Keri Mullez descobriu a reação da polimerase Lanzug, que pode aumentar significativamente individualmente o número de moléculas de DNA usadas para trabalhos futuros. Hoje, este é um dos métodos mais importantes da biologia molecular, que é utilizado em casos de surtos tardios e doenças virais, com genes implantados, e com indivíduos geneticamente determinados e aqueles determinados por acidente.

Em 1990, ao mesmo tempo, três grupos de publicações recentes publicaram um método que possibilitou isolar rapidamente em laboratório RNA funcionalmente ativo sintético (ribossomos únicos ou moléculas que interagem com vários ligantes - aptameri). Este método recebeu o nome de “evolução no protótipo”. Nunca depois disso, em 1991-1993, no laboratório de A.B. Quádruplo mostrou experimentalmente a possibilidade de formação, crescimento e amplificação de moléculas de RNA na forma de colônias em núcleos sólidos.

Em 1998, quase da noite para o dia, Craig Mello e Andrew Fire descreveram um mecanismo que havia sido evitado anteriormente durante experimentos genéticos com bactérias e células. Interferência de RNA, Quando a molécula de RNA é pequena, leva à supressão específica da expressão gênica

A compreensão do mecanismo de interferência do RNA é de significado prático ainda mais importante para a biologia molecular moderna. Isto é amplamente utilizado em experimentos científicos como ferramenta de “impacto”, a fim de sufocar a expressão de certos genes. O interesse particular das evocações é que este método permite a supressão temporária da atividade dos genes que estão sendo evocados. Está sendo investigada a possibilidade de estagnação deste recipiente para tratamento de doenças virais, edematosas, degenerativas e metabólicas. Deve-se notar que em 2002, foram descobertos mutantes do vírus da poliomielite, criando uma interferência de RNA única, o que requer um pouco mais de trabalho para desenvolver métodos de desinfecção efetivamente eficazes com base na revelação de Cujo.

Em 1999-2001, vários grupos de sucessores identificaram a estrutura do ribossomo bacteriano de 5,5 a 2,4 angstroms.

Item

É importante reavaliar as conquistas da biologia molecular na natureza viva conhecida. Grandes sucessos foram alcançados devido ao conceito bem-sucedido de pesquisa: processos biológicos complexos são vistos a partir da posição de sistemas moleculares vizinhos, o que permite estabelecer métodos físicos e químicos precisos investigação Isso também trouxe para este ramo da ciência muita sabedoria de várias áreas: química, física, citologia, virologia, o que também afetou agradavelmente a escala e a velocidade de desenvolvimento do conhecimento científico neste ramo. Descobertas significativas como a determinação da estrutura do DNA, a decodificação do código genético e a modificação individual direta do genoma tornaram possível compreender melhor as especificidades dos processos de desenvolvimento dos organismos e determinar com sucesso os fatores numéricos mais importantes. e ciências aplicadas, ciências médicas e sociais, que até recentemente eram consideradas invioláveis.

O tema da biologia molecular são principalmente proteínas, ácidos nucléicos e complexos moleculares (máquinas moleculares) em sua base e nos processos em que participam.

Os ácidos nucleicos são polímeros lineares que são dobrados a partir de ligações de nucleotídeos (conexão de uma estrutura pentamembrada com um grupo fosfato no quinto átomo do ciclo e uma das quatro bases nitrogenadas), conectados entre si por uma estrutura dobrável com uma ligação de grupos fosfato . Assim, um ácido nucleico é um polímero de pentose fosfato com bases nitrogenadas como compostos biológicos. Armazém químico O RNA da Lancet é dividido em DNA porque é formado a partir de um ciclo de cinco membros no carboidrato ribose, bem como outro - derivado desidroxilado da ribose - desoxirribose. Neste caso, todas as moléculas são radicalmente separadas, os fragmentos de RNA são uma molécula de unidade única e o DNA é uma molécula de múltiplas unidades.

As proteínas são polímeros lineares que consistem em cadeias de alfa-aminoácidos unidas por uma ligação peptídica, também conhecidas como polipeptídeos. O armazenamento de proteínas naturais inclui diversas camadas diferentes de aminoácidos – em humanos até 20 – o que significa uma ampla gama de poderes funcionais dessas moléculas. Estas e outras proteínas podem participar no processo cutâneo do corpo e cumprir a sua função: desempenham o papel de proteínas, asseguram o transporte de proteínas e iões, catalisam reações químicas, - Esta lista é muito longa. As proteínas criam conformações moleculares estáveis ​​de vários níveis de organização (estruturas secundárias e terciárias) e complexos moleculares, o que amplia ainda mais sua funcionalidade. Essas moléculas podem ter alta especificidade até a criação de uma estrutura globular dobrada e espaçosa. A grande diversidade de proteínas garante um interesse constante por todos os tipos de moléculas.

As declarações atuais sobre o tema da biologia molecular baseiam-se no que foi proposto pela primeira vez em 1958 por Francis Crick como o dogma central da biologia molecular. A essência disso é que a informação genética nos organismos vivos passa por uma série de estágios de implementação: a cópia do DNA no DNA entra em decadência, do DNA no RNA e do RNA nas proteínas, e não há reviravolta, ok. Esta afirmação era apenas parcialmente verdadeira, pelo que o dogma central foi corrigido face aos novos dados que surgiram.

Atualmente, existem diversas formas de implementação de material genético, que representam diferentes sequências de desenvolvimento três tipos A base da informação genética: DNA, RNA e proteínas. Em nove formas possíveis de implementação, existem três grupos: três transformações gerais (gerais), que operam normalmente na maioria dos organismos vivos; três transformações especiais que ocorrem em certos vírus ou em mentes especiais de laboratório; três transformações desconhecidas (desconhecidas), cuja criação, como sabemos, é impossível.

Antes da transformação final, são vistos os seguintes caminhos para a implementação do código genético: DNA → DNA (replicação), DNA → RNA (transcrição), RNA → proteína (tradução).

Para transmitir os sinais espasmódicos, os pais precisam transferir uma valiosa molécula de DNA para os animais. O processo, dependendo de como o DNA de saída é regulado, uma cópia exata pode ser sintetizada e o material genético pode ser transferido, é chamado de replicação. Funciona com proteínas especiais que desvendam a molécula (endireitam-na), desenrolam a espiral e, com a ajuda da DNA polimerase, criam uma cópia exata da molécula de DNA de saída.

Para garantir a viabilidade de uma célula, é necessário transformá-la gradativamente no código genético contido na subcadeia do DNA. Esta molécula de proteína é muito grande e não estagna como fonte central de material genético para a síntese protéica ininterrupta. Portanto, durante a implementação das informações contidas no DNA, há uma etapa intermediária: a síntese do mRNA, que é uma pequena molécula de braço único complementar à seção do DNA que codifica a proteína. O processo de transcrição é realizado pela RNA polimerase e fatores de transcrição. A molécula isolada pode ser facilmente entregue à célula responsável pela síntese protéica - o ribossomo.

Depois que o RNA é consumido pelo ribossomo, começa a etapa restante da implementação da informação genética. Nesse caso, o ribossomo lê o código genético do mRNA em tripletos, chamados de códons, e sintetiza, a partir da informação retirada, uma proteína nucleotídica.

Como resultado de transformações especiais, o código genético é implementado de acordo com o esquema RNA→RNA (replicação), RNA→DNA (transcrição reversa), DNA→proteína (tradução direta). Esse tipo de replicação ocorre em muitos vírus e é realizada pela enzima RNA polimerase de armazenamento de RNA. Enzimas semelhantes são encontradas em células de eucariotos, mas estão associadas ao processo de silenciamento do RNA. A transcrição da porta foi detectada em retrovírus, onde é ativada pela enzima transcriptase da porta, bem como em certas formas em células eucarióticas, por exemplo, durante a síntese telomérica. A transmissão ao vivo funciona melhor para as mentes individuais no sistema isolado da postura da gaiola.

Independentemente das três transições possíveis da informação genética de proteína para proteína, RNA ou DNA é impossível. A ocorrência do influxo de príons nas proteínas, que resulta na criação de um príon semelhante, poderia ser atribuída intelectualmente à implementação da informação genética de proteínas→proteínas. Tim não é menor, formalmente não é assim, já que a sequência de aminoácidos não adere à proteína.

Tsikava é a história do termo cunhado “dogma central”. Visto que a palavra dogma na forma cogal significa uma afirmação firme que não encoraja dúvidas, e a própria palavra tem um tom religioso claro, a escolha de qual descrever um fato científico não é inteiramente legítima. Nas palavras do próprio Francis Crick, não há misericórdia. Embora existam definitivamente teorias de maior importância, você pode vê-las e a semelhança de outras teorias e hipóteses; Hoje em dia, a palavra é vitoriosa, não entendendo o seu verdadeiro significado. O nome, porém, pegou.

Biologia molecular hoje

Os desenvolvimentos frenéticos da biologia molecular, o interesse constante em alcançar esta galusa do lado do sucesso e a importância objetiva da investigação levaram à culpa de um grande número de grandes centros de investigação científica de biologia molecular em todo o mundo. Entre as maiores pistas estão as seguintes: o Laboratório de Biologia Molecular de Cambridge, a Royal Institution de Londres – na Grã-Bretanha; Institutos de Biologia Molecular em Paris, Marselha e Estrasburgo, Instituto Pasteur em França; Departamento de Biologia Molecular da Universidade de Harvard e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, da Universidade de Berkeley, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, da Universidade Rockefeller, etc. aqui está um funeral de saúde em Bethesda - nos EUA; Instituto Max Planck, universidades em Göttingen e Munique, Instituto Central de Biologia Molecular em Berlim, institutos na Alemanha e Halle - perto da Alemanha; Karolinska Institutet perto de Estocolmo, perto da Suécia.

Na Rússia, seus centros de pesquisa são o Instituto de Biologia Molecular. VA Engelhardt RAS, Instituto de Genética Molecular RAS, Instituto de Biologia Genética RAS, Instituto de Biologia Físico-Química em homenagem. A. N. Bilozersky MDU im. MV Lomonosov, Instituto de Bioquímica im. A.N.Bach RAS e o Instituto de Ciências de Proteínas RAS perto de Pushchin.

Hoje, os interesses dos biólogos moleculares são alimentados por uma ampla gama de tópicos científicos fundamentais. Tal como anteriormente, a alteração da estrutura dos ácidos nucleicos e da biossíntese de proteínas desempenha um papel importante, bem como as funções de várias estruturas celulares internas e superfícies celulares. Também importantes são o desenvolvimento de mecanismos de recepção e transmissão de sinais, mecanismos moleculares de transporte do meio do corpo, bem como do corpo para fora do corpo e vice-versa. Entre as principais direções da investigação científica no domínio da biologia molecular aplicada, uma das maiores prioridades é o problema do surgimento e desenvolvimento do papagaio-do-mar. Também muito importante, o ramo da biologia molecular - genética molecular - está empenhado no estudo da base molecular da incidência de doenças pandémicas e doenças virais, por exemplo, SID, bem como no desenvolvimento de formas de as prevenir e, talvez , a graça é genética. O desenvolvimento dos biólogos moleculares na medicina marinha tornou-se amplamente conhecido. A verdadeira revolução no campo da identificação de indivíduos ocorreu na década de 1980, com a Rússia, os EUA e a Grã-Bretanha a desenvolverem cada vez mais o método de “impressão digital genómica” – identificar um indivíduo através do ADN. As investigações nesta área não foram aplicadas até hoje, os métodos modernos permitem estabelecer as peculiaridades da pesquisa – um bilhão e cem. Já está em andamento o desenvolvimento de um projeto de passaporte genético que, o mais rápido possível, reduzirá significativamente a taxa de malignidade.

Metodologia

A biologia molecular atual tem à sua disposição um grande arsenal de métodos que permitem realizar as tarefas mais avançadas e complexas que o futuro enfrenta.

Um dos métodos mais extensos em biologia molecular є eletroforese em gel, que é a diferença entre o tamanho e a carga das macromoléculas. Imediatamente após a separação das macromoléculas do gel, é realizado o blotting, método que permite que as macromoléculas sejam transferidas do gel (sorvidas) para a superfície da membrana para facilitar o trabalho posterior com elas, incluindo a hibridização. A hibridização - a formação de DNA híbrido a partir de dois DNAs de natureza diferente - é um método que desempenha um papel importante na pesquisa fundamental. Vіn zastosovetsya para consulta complementar fragmentos em diferentes DNA (DNA de diferentes espécies), com a ajuda dos quais é possível a busca de novos genes, com a ajuda da interferência aberta do RNA, que é o princípio que está na base da impressão digital genômica.

Um grande papel na prática atual da pesquisa biológica molecular é desempenhado pelo método de sequenciamento - determinação da sequência de nucleotídeos em ácidos nucléicos e aminoácidos em proteínas.

A biologia molecular atual não pode ser detectada sem o método da reação da polimerase Lanczyg (PLR). Este método também aumenta o número de cópias de uma determinada sequência de DNA (amplificação) para que possa ser extraída fala suficiente de uma molécula para processamento posterior. Resultado semelhante é alcançado pela tecnologia de clonagem molecular, na qual a sequência de nucleotídeos absorvida é reproduzida no DNA das bactérias (sistemas vivos), após o que as bactérias são multiplicadas até o resultado desejado. Esta abordagem é tecnicamente muito complexa e permite determinar imediatamente o resultado da expressão da sequência de nucleótidos que está a ser monitorizada.

Além disso, a pesquisa biológica molecular utiliza amplamente métodos de ultracentrifugação (para submacromoléculas (moléculas grandes), células, organelas), métodos de microscopia eletrônica e de fluorescência, métodos espectrofotométricos, análise de difração de raios X, autorradiografia.

Devido ao progresso tecnológico e à investigação científica no domínio da química, física, biologia e ciência da computação, temos agora a capacidade de ver, alterar e alterar os genes e processos dos quais eles derivam.

Biologia molecular

ciência, que coloca em pé de igualdade o seu conhecimento da natureza dos fenómenos da vida através do desenvolvimento de objetos e sistemas biológicos, que se aproxima do molecular e, em vários casos, atinge este ponto de fronteira O método final aqui é explicar de que maneira e em que medida as manifestações características da vida, como letargia, biossíntese de proteínas, inquietação, crescimento e desenvolvimento, poupança. Esta é a transferência de informação, a transformação de energia, a transferência de energia, etc. , influenciado pela estrutura, poder e interação de moléculas de substâncias biologicamente importantes, principalmente as duas principais classes de biopolímeros de alto peso molecular. - proteínas e ácidos nucléicos. Característica do arroz M. b. - aprender as manifestações da vida em objetos inanimados ou como as manifestações mais primitivas da vida. Estes são produtos biológicos do nível celular e inferior: organelas subcelulares, como núcleos celulares isolados, mitocôndrias, ribossomos, cromossomos, membranas climáticas; Depois, há sistemas que ficam na fronteira entre a natureza viva e a inanimada - vírus, incluindo bacteriófagos, e terminando com moléculas dos componentes mais importantes da matéria viva - ácidos nucléicos e proteínas.

M. b. - uma nova ideia de ciência natural, intimamente ligada à investigação há muito estabelecida que se baseia na bioquímica, na biofísica e na química bioorgânica. Uma distinção aqui só pode ser feita entre a aparência estruturada dos métodos estagnados e a natureza de princípios das abordagens vitoriosas.

A base sobre a qual M. B. se desenvolveu foi lançada por ciências como genética, bioquímica, fisiologia dos processos elementares, etc. inextricavelmente ligado à genética molecular (Div. Genética molecular) , à medida que continua a se tornar uma parte importante do MB, embora uma quantidade significativa de disciplina independente já tenha sido formada. Viokremlennya M. b. da bioquímica é ditada por tais martírios. O estudo da bioquímica limita-se em grande parte à verificação da participação destas e de outras substâncias químicas nas diversas funções e processos biológicos e à natureza das suas transformações; É importante estar atento às propriedades reacionais e às principais reações da substância química, que são expressas pela fórmula química primária. Assim, em essência, o foco está nas transformações que ocorrem entre as ligações químicas da fita da cabeça. Tim a hora em que L. Pauling foi empossado , Nos sistemas biológicos e nas manifestações de vitalidade, o significado principal não é dado às ligações cabeça-valentes que existem entre uma molécula, mas aos diferentes tipos de ligações que são intermoleculares nos modos (eletrostática, van der Waals, ligações de água e etc. ) .).

O resultado final da investigação bioquímica pode ser apresentado da mesma forma que um sistema diferente de níveis químicos, o que exige que suas imagens na superfície sejam desenhadas em duas dimensões. Com arroz quente M. b. É trivial. Sutnista M. b. M. Peruts está interessado em compreender as funções biológicas em termos de estrutura molecular. Pode-se dizer que se antes, com o desenvolvimento dos objetos biológicos, era necessário contar com a nutrição “o que”, como as palavras presentes, e com a nutrição “de” - em determinados tecidos e órgãos, então M. b. defina suas tarefas para evitar tipos de nutrição “gosto”, conhecendo a essência do papel e parte de toda a estrutura da molécula, e nutrição “por que” e “floresta”, vinculando, de um lado, a conexão entre os poderes de a molécula (saibamos afinal, estamos diante de proteínas e ácidos nucléicos) e as funções nela envolvidas e, por outro lado, o papel de tais funções relacionadas no complexo galal de manifestações de vitalidade.

O papel mais importante é desempenhado pela distribuição mútua dos átomos e seu agrupamento na estrutura subjacente da macromolécula, seus espaços entre si. Isso se deve aos diferentes componentes individuais e à mudança halal da molécula. Como resultado da estrutura volumétrica estritamente determinística das moléculas dos biopolímeros, surgem esses poderes, que parecem servir de base material das funções biológicas. Este princípio de abordagem à sobrevivência dos vivos torna-se a fronteira mais característica e típica entre M. b.

Contexto histórico. A investigação de problemas biológicos em nível molecular é de grande importância. P. Pavlov , enquanto falamos sobre o que ainda é importante na ciência sobre a vida - a fisiologia das moléculas vivas. Termine a noite "M. b." buv uperela começou a aprender inglês. Comemoramos a contribuição de W. Astbury para a investigação da importância de compreender as relações entre a estrutura molecular e as propriedades físicas e biológicas das proteínas fibrilares, como o colágeno, a fibrina sanguínea ou as proteínas de vida curta. O termo “M.” é amplamente utilizado. b." aço desde o início dos anos 50. 20 colheres de sopa.

Viniknennya M.b. Foi aceito como forma de ciência até 1953, quando J. Watson e F. Crick em Cambridge (Grã-Bretanha) descobriram a estrutura trivimírica do ácido desoxirribonucléico (DNA). Isso nos permitiu falar sobre como os detalhes dessa estrutura indicam as funções biológicas do DNA como transportador material de informações sedimentares. Em princípio, esse papel do DNA tornou-se conhecido anteriormente (1944) como resultado do trabalho do geneticista americano O. T. Avery e seus colegas (Genética Molecular), mas não estava claro que tipo de função lhe é dada no molecular forma de DNA. Isso só se tornou possível depois disso, como nos laboratórios de W. L. Bragg (Div. Bragg - Wulf Umov), J. Bernal e assim por diante. Foram desenvolvidos novos princípios de análise estrutural de raios X, que garantiram o estabelecimento deste método para o conhecimento detalhado das vastas macromoléculas de proteínas e ácidos nucleicos.

organização molecular igual. Em 1957, J. Kendrew estabeleceu a estrutura trivimir da Mioglobina , e nos anos seguintes foi fragmentado por M. Peruts para hemoglobina a. Foram formuladas afirmações sobre diferentes níveis de organização espacial de macromoléculas. A estrutura primária é a sequência de camadas adjacentes (monômeros) na fusão da molécula do polímero que está sendo criada. Para monômeros de proteínas e aminoácidos , para ácidos nucléicos - Nucleotídeos. Uma molécula linear, semelhante a um filamento, de um biopolímero, herdada de ligações aquosas, pode começar a se estabelecer no espaço, por exemplo, quando as proteínas, como mostrou L. Pauling, assumem a forma de uma espiral. Isso é designado como uma estrutura secundária. Fala-se de estrutura terciária se uma molécula que possui estrutura secundária se forma de outra forma, em um espaço completamente trivial. Digamos que moléculas que possuem uma estrutura trivial possam interagir, crescendo naturalmente no espaço uma a uma e criando aquelas que são consideradas uma estrutura quaternária; Esses componentes são chamados de subunidades.

O melhor exemplo de como a estrutura trivial molecular significa as funções biológicas de uma molécula é o DNA. Há uma espiral dupla suspensa: dois fios que correm em uma direção mutuamente paralela (antiparalela), um torcido em torno do outro, criando uma espiral suspensa a partir de rotações mutuamente complementares das bases, de modo que contra a base musical de um Lancjug sempre haverá tal base em outro Lancjug, que melhor garante o estabelecimento de ligamentos de água: adepina (A) acopla-se com timina (T), guanina (G) com citosina (C). Esta estrutura cria condições ideais para as funções biológicas mais importantes do DNA: a rápida multiplicação da informação condensada durante o processo genético, preservando a clara imutabilidade deste fluxo genético de informação. Quando a célula se divide, os fios da subcadeia de DNA, que é a matriz, ou molde, se desfazem e a pele deles, sob a infusão de enzimas, sintetiza um novo fio complementar. Como resultado, de uma molécula de DNA mãe surgem duas moléculas filhas absolutamente idênticas (divisão Klitina, Mitose).

Assim, uma vez que a hemoglobina mostrou que sua função biológica - a capacidade de adicionar acidez reversamente às pernas e depois alimentá-la aos tecidos - está intimamente relacionada às peculiaridades da estrutura trivial da hemoglobina. poder em seu papel fisiológico. Com a dissociação associada do O 2, há margem para uma mudança na conformação da molécula de hemoglobina, o que leva a uma mudança na esporidez dos átomos da substância, que se localiza em uma nova, até o ponto de acidez . Mudanças no tamanho da molécula de hemoglobina, que preveem alterações no volume do tórax durante a respiração, permitiram que a hemoglobina fosse chamada de “pulmões moleculares”.

Um dos fatores mais importantes dos objetos vivos é a sua capacidade de regular com precisão todas as manifestações da atividade viva. A grande contribuição de M. b. A ciência está procurando descobrir um novo mecanismo regulatório até então desconhecido, conhecido como efeito alostérico. O vinho reside na presença de substâncias de baixo peso molecular – ou seja, ligantes - modificam as funções biológicas específicas das macromoléculas, principalmente proteínas cataliticamente ativas - enzimas, hemoglobina, proteínas receptoras, que participam das membranas biológicas, também na transferência sináptica.

Três fluxos bióticos. Svitla tem M. b. A totalidade dos fenômenos da vida pode ser vista como o resultado da confluência de três fluxos: o fluxo da matéria, que encontra sua expressão nos fenômenos da troca de fala, tanto de assimilação quanto de disimilação; fluxo de energia, que é por força destrutiva mostrar um sentido de vida a todos; e o fluxo de informações que permeia todos os diferentes processos de desenvolvimento e formação do organismo cutâneo, e que mudam constantemente de uma geração para outra. A própria afirmação sobre o fluxo de informação, introduzida no conceito de mundo vivo pelo desenvolvimento de M.B., impõe-lhe um sabor específico e único.

As conquistas mais importantes da biologia molecular. A velocidade, escopo e profundidade de M. b. Os sucessos na compreensão dos problemas fundamentais do desenvolvimento da natureza viva podem ser corretamente comparados, por exemplo, com o influxo da teoria quântica no desenvolvimento da física atômica. Duas mentes conectadas internamente significaram esta ação revolucionária. Por um lado, um papel importante foi desempenhado pela descoberta da possibilidade de desenvolver as manifestações mais importantes da vida nas mentes mais simples, próximas do tipo de experimentos químicos e físicos. Por outro lado, como na situação estabelecida, há pouco espaço para incluir um número significativo de representantes das ciências exatas - físicos, químicos, cristalógrafos e depois matemáticos - no desenvolvimento de problemas biológicos. Na sua totalidade, estas condições sugeriam um ritmo extremamente rápido de desenvolvimento da economia internacional, o número e a importância dos sucessos alcançados em pouco mais de duas décadas. O eixo está longe de ser uma novidade ao seu alcance: revela a estrutura e o mecanismo da função biológica do DNA, de todos os tipos de RNA e dos ribossomos. , Código genético Rozkrittya (Div. Código genético) ; transcrição inversa (Div. Transcrição) , para a síntese de DNA em um modelo de RNA; desenvolvimento dos mecanismos de funcionamento dos pigmentos respiratórios; Revelando a estrutura trivial e os papéis funcionais dessas enzimas (Div. Enzymes) , o princípio da síntese de matrizes e mecanismos de biossíntese de proteínas; revelando a estrutura dos vírus e os mecanismos de sua replicação, a estrutura primária e, em parte, a estrutura espacial dos anticorpos; Isolamento de genes individuais , síntese genética química e, em seguida, biológica (enzimática), incluindo tecido humano (in vitro); transferência de genes de um organismo para outro, incluindo a raça humana; decifração rápida da estrutura química de um número crescente de proteínas individuais, enzimas importantes, bem como ácidos nucléicos; identificação de fenômenos de “automontagem” de diversos objetos biológicos de complexidade crescente, partindo de moléculas de ácidos nucléicos e passando para componentes ricos em enzimas, vírus, ribossomos, etc.; explicação dos princípios alostéricos e outros princípios básicos de regulação de funções e processos biológicos.

Reducionismo e integração. M. b. A etapa final disso está diretamente nos objetos vivos modificados, o que é conhecido como “reducionismo”, que é a tentativa de reduzir funções vivas complexas a fenômenos que ocorrem com base em moléculas e isto é, usando métodos disponíveis aos cientistas da física. e química. Alcance M.b. Podemos testemunhar sobre a eficácia de tal abordagem. Ao mesmo tempo, é necessário levar em conta que na natureza os tecidos, tecidos, órgãos e todo o organismo estão à direita dos sistemas em um estágio crescente de complexidade. Tais sistemas são criados a partir de componentes de nível inferior pela sua integração natural, na medida em que surgem organizações estruturais e funcionais e surgem novas autoridades. Portanto, no mundo do conhecimento detalhado sobre os padrões acessíveis à descoberta nos níveis molecular e vascular, antes de M. b. estabelecer um novo conhecimento dos mecanismos de integração como linhas desenvolvimento adicional nas manifestações viciosas da vida. O ponto certo aqui é investigar as forças das interações intermoleculares - ligações de água, van der Waals, forças eletrostáticas, etc. Sua totalidade e vasta expansão do fedor são criadas por aqueles que podem ser designados como "i" informação integrativa". Esse rastreamento pode ser visto como uma das partes principais do fluxo planejado de informações. No campo de M. b. As pontas de integração podem ser recipientes dobráveis ​​feitos a partir de uma mistura de peças de armazenamento. Isto inclui, por exemplo, a criação de proteínas ricas em componentes a partir das suas subunidades, a criação de vírus a partir das suas partes de armazenamento - proteínas e ácidos nucleicos, a renovação da estrutura de saída dos ribossomas após a subdivisão da seda e dos componentes nucleicos, etc. O estudo destes fenômenos está intimamente relacionado ao conhecimento dos fenômenos básicos de reconhecimento de moléculas de biopolímeros. É importante entender como os aminoácidos - em moléculas de proteínas ou nucleotídeos - em ácidos nucléicos interagem entre si durante os processos de associação de moléculas individuais com complexos altamente específicos.ichnogo, armazém predeterminado e futuro. Isto inclui os processos de síntese de proteínas enoveladas a partir de suas subunidades; além disso, interações seletivas entre moléculas de ácidos nucléicos, como as de transporte e molde (o que expandiu significativamente nosso conhecimento sobre a descoberta do código genético); descoberto através da criação de muitos tipos de estruturas (por exemplo, ribossomos, vírus, cromossomos), que contêm proteínas e ácidos nucléicos. A descoberta de padrões consistentes, o conhecimento do “filme” que fundamenta o significado das relações mútuas, torna-se uma das áreas mais importantes do M.B., que ainda aguarda o seu desenvolvimento. Esta área é considerada próxima de problemas fundamentais para toda a biosfera.

Departamento de Biologia Molecular. A ordem das tarefas importantes importantes de M. b. (Conhecimento das leis do “conhecimento”, automontagem e integração) A verdadeira pesquisa científica do futuro próximo é o desenvolvimento de métodos que permitam decifrar a estrutura e, em seguida, a organização espacial trivial de núcleos de alto peso molecular novos ácidos. A infecção atinge a superfície da estrutura trivial do DNA (hélice subordinada), mas sem conhecimento preciso da estrutura primária. Grandes avanços no desenvolvimento de métodos analíticos tornam possível progredir no alcance de metas no futuro próximo. Aqui, obviamente, as principais contribuições vêm de representantes das ciências avançadas, especialmente da física e da química. Todos os métodos mais importantes que garantiram o maior sucesso de M.B. foram desenvolvidos e desenvolvidos por físicos (ultracentrifugação, análise de difração de raios X, microscopia eletrônica, ressonância magnética nuclear, etc.). Talvez todas as novas abordagens experimentais físicas (por exemplo, EOM vicor, síncrotron ou hálmico, vibração, tecnologia laser, etc.) abram novas possibilidades para o estudo dos problemas de M. b. Entre as tarefas mais importantes de natureza prática, como evidenciado por M. b., em primeiro lugar está o problema dos fundamentos moleculares do crescimento maligno, depois as formas de avançar e possivelmente até o fim das doenças recessivas - “ molecular sua doença." ). De grande importância é a compreensão da base molecular da catálise biológica, ou seja, das enzimas. Até os assuntos atuais mais importantes, M. b. É importante decifrar os mecanismos moleculares dos hormônios. , substâncias tóxicas e medicinais, bem como os detalhes do funcionamento molecular de estruturas celulares como as membranas biológicas, que participam na regulação dos processos de penetração e transporte de substâncias. Objetivos mais distantes M. b. - conhecimento da natureza dos processos nervosos, mecanismos de memória (Div. Memória), etc. Uma das seções mais importantes de M. b. - T.sv. engenharia genética, que visa manipular diretamente o aparato genético (genoma) dos organismos vivos, começando com micróbios e inferiores (unicelulares) e terminando com humanos (na parte restante diante de nós um método de tratamento radical de doenças recessivas e correção de defeitos genéticos) . Um maior envolvimento na base genética de uma pessoa pode ser descoberto em um futuro mais distante, ou seja, antes. Eles sofrem de graves deficiências de natureza técnica e de princípio. Melhores micróbios, crescimentos e talvez, e s.-g. criaturas tais perspectivas são muito encorajadoras (por exemplo, obsessão por variedades roslins cultivados, então use um aparelho de fixação de nitrogênio do ar e não requer nenhum tipo). Os cheiros baseiam-se em sucessos já alcançados: isolamento e síntese de genes, transferência de genes de um organismo para outro, estagnação colheitas em massa Klitin como produtor de discursos gospodarsky ou médicos importantes.

Organização para pesquisa em biologia molecular. Shvidky rozvitok M. b. causou a culpa de um grande número de centros de pesquisa especializados. Seu volume está aumentando rapidamente. O maior: na Grã-Bretanha - Laboratório de Biologia Molecular em Cambridge, Royal Institution em Londres; na França - o Instituto de Biologia Molecular de Paris, Marselha, Estrasburgo, o Instituto Pasteur; nos EUA – veddily M. b. em universidades e institutos de Boston (Universidade de Harvard, Instituto de Tecnologia de Massachusetts), São Francisco (Berkeley), Los Angeles (Instituto de Tecnologia da Califórnia), Nova York (Universidade Rockefeller), institutos Proteja sua saúde na Bethesda; na FRN - Instituto Max Planck, Universidade de Göttingen e Munique; na Suécia - o Instituto Karolinska em Estocolmo; no NDR - Instituto Central de Biologia Molecular de Berlim, institutos na Itália e Galli; em Ugorshchina - Centro Biológico perto de Szeged. A URSS possui o primeiro instituto especializado de M. b. foi criado em Moscou em 1957 sob o sistema da Academia de Ciências da URSS (div. ); Em seguida, foram estabelecidos: o Instituto de Química Bioorgânica da Academia de Ciências da URSS perto de Moscou, o Instituto de Proteínas em Pushchina, o Departamento Biológico do Instituto de Energia Atômica (Moscou) e M. b. nos institutos do Ramo Siberiano da Academia de Ciências em Novosibirsk, no Laboratório Interfacultativo de Química Bioorgânica da Universidade Estadual de Moscou, no setor (mais tarde Instituto) de Biologia Molecular e Genética da Academia de Ciências da República Socialista Ucraniana em Kiev ; robô significativo z M. b. realizado no Instituto de Pesquisa Alta Molecular de Leningrado, em vários departamentos e laboratórios da Academia de Ciências da URSS e em outros departamentos.

Confio organizações de grande escala de centros de pesquisa científica próximos. Na Europa Ocidental existe uma organização europeia de vinil com M. b. (YAMBO), que sofre um destino em 10 países. Na URSS, no Instituto de Biologia Molecular, foi criado em 1966 um conselho científico de biologia molecular, que é o centro coordenador e organizador desta área do conhecimento. Publicou uma grande série de monografias sobre as seções mais importantes do MB, organiza regularmente “escolas de inverno” sobre MB e realiza conferências e simpósios sobre problemas atuais do MB. Demos ciência por causa de M. b. foram criados pela Academia de Ciências Médicas do SRSR e por muitas Academias Republicanas de Ciências. A revista "Molecular Biology" foi publicada em 1966 (6 números por ano).

Por um período igualmente curto na URSS, houve uma supressão significativa dos descendentes da Galúsia M. b.; Desde então, a geração mais velha mudou frequentemente os seus interesses de outros lugares. regiões; O grupo principal tem numerosos descendentes jovens. Com a ajuda de reuniões recentes, que participaram ativamente no desenvolvimento e desenvolvimento de M. b. na URSS, você pode citar como A. A. Baev, A. N. Bilozersky, A. E. Braunstein, Yu. A. Ovchinnikov, A. S. Spirin, M. M. Shemyakin, V. A. Engelhardt. Novas conquistas de M. b. e genética molecular, é aceite a resolução do Comité Central do CPRS e dos Ministros da RSSR (traduzida em 1974) “Sobre a aceleração do desenvolvimento da biologia molecular e da genética molecular e o seu rápido acesso ao governo do povo”.

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VA Engelgardt.

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