Metode molekularne biologije i molekularne biotehnologije. Biokemija i molekularna biologija - gdje studirati? Struka u licima

(Molekularni biologe/-biolog)

• Tip

  Zanimanje nakon diplome

• Plaća

  3667-5623 € mjesečno

Molekularni biolozi proučavaju molekularne procese kao osnovu svih životnih procesa. Na temelju dobivenih rezultata razvijaju koncepte za korištenje biokemijskih procesa, primjerice u medicinskim istraživanjima i dijagnostici ili u biotehnologiji. Osim toga, mogu biti uključeni u proizvodnju farmaceutskih proizvoda, razvoj proizvoda, osiguranje kvalitete ili farmaceutsko savjetovanje.

Odgovornosti molekularnog biologa

Molekularni biolozi mogu raditi u različitim područjima. Na primjer, tiču ​​se korištenja rezultata istraživanja za proizvodnju u područjima kao što su genetski inženjering, kemija proteina ili farmakologija (otkrivanje lijekova). U kemijskoj i farmaceutskoj industriji oni olakšavaju prijenos novorazvijenih proizvoda iz istraživanja u proizvodnju, marketing proizvoda i savjetovanje korisnika.

U znanstvenom istraživanju, molekularni biolozi proučavaju kemikaliju fizička svojstva organske spojeve, kao i kemijske procese (u području staničnog metabolizma) u živim organizmima te objaviti rezultate istraživanja. U višim obrazovne ustanove podučavaju studente, pripremaju predavanja i seminare, provjeravaju pismene radove i polažu ispite. Samostalna znanstvena djelatnost moguća je tek nakon stjecanja magisterija i doktorata znanosti.

Gdje rade molekularni biolozi?

Molekularni biolozi nalaze posao, kao npr

• u istraživačkim institutima, npr. u područjima znanosti i medicine
• u visokoškolskim ustanovama
• u kemijsko-farmaceutskoj industriji
• u odjelima zaštite okoliša

Plaća molekularnog biologa

Razina plaće koju primaju molekularni biolozi u Njemačkoj je

• od 3667€ do 5623€ mjesečno

(prema različitim statističkim uredima i službama za zapošljavanje u Njemačkoj)

Detaljno o zadacima i odgovornostima molekularnog biologa

Što je bit zanimanja Molekularni biolog

Molekularni biolozi proučavaju molekularne procese kao osnovu svih životnih procesa. Na temelju dobivenih rezultata razvijaju koncepte za korištenje biokemijskih procesa, primjerice u medicinskim istraživanjima i dijagnostici ili u biotehnologiji. Osim toga, mogu biti uključeni u proizvodnju farmaceutskih proizvoda, razvoj proizvoda, osiguranje kvalitete ili farmaceutsko savjetovanje.

Zvanje Molekularna biologija

Molekularna biologija ili molekularna genetika bavi se proučavanjem strukture i biosinteze nukleinskih kiselina i procesa uključenih u prijenos i realizaciju tih informacija u obliku proteina. To omogućuje razumijevanje bolnih poremećaja ovih funkcija i, eventualno, njihovo liječenje uz pomoć genske terapije. Postoje sučelja za biotehnologiju i genetski inženjering koja stvaraju jednostavni organizmi, kao što su bakterije i kvasci, kako bi se tvari od farmakološkog ili komercijalnog interesa učinile dostupnima u industrijskim razmjerima kroz ciljane mutacije.

Teorija i praksa molekularne biologije

Kemijsko-farmaceutska industrija nudi brojna područja zapošljavanja za molekularni biolozi. U industrijskim okruženjima analiziraju procese biotransformacije ili razvijaju i poboljšavaju procese za mikrobiološku proizvodnju aktivnih sastojaka i farmaceutskih međuprodukata. Osim toga, uključeni su u prijelaz novorazvijenih proizvoda iz istraživanja u proizvodnju. Obavljanjem inspekcijskih zadataka osiguravaju da proizvodni pogoni, oprema, analitičke metode i svi koraci u proizvodnji osjetljivih proizvoda kao što su lijekovi uvijek zadovoljavaju potrebne standarde kvalitete. Osim toga, molekularni biolozi savjetuju korisnike o korištenju novih proizvoda.

Rukovodeće pozicije često zahtijevaju magistarski program.

Molekularni biolozi u istraživanju i obrazovanju

U području znanosti i istraživanja, molekularni biolozi bave se temama kao što su prepoznavanje, transport, savijanje i kodifikacija proteina u stanici. Rezultati istraživanja, koji su temelj za praktičnu primjenu u raznim područjima, objavljuju se i tako postaju dostupni drugim znanstvenicima i studentima. Na konferencijama i kongresima raspravljaju i prezentiraju rezultate znanstvenog rada. Molekularni biolozi drže predavanja i seminare, mentoriraju znanstveni rad i polagati ispite.

Za samostalnu znanstvenu djelatnost potreban je magisterij i doktorat.

1. Uvod.

Predmet, zadaće i metode molekularne biologije i genetike. Značenje "klasične" genetike i genetike mikroorganizama u razvoju molekularne biologije i genetičkog inženjerstva. Pojam gena u "klasičnoj" i molekularnoj genetici, njegova evolucija. Doprinos metodologije genetičkog inženjerstva razvoju molekularne genetike. Primijenjena vrijednost genetičkog inženjerstva za biotehnologiju.

2. Molekularne osnove nasljeđa.

Pojam stanice, njen makromolekularni sastav. Priroda genetskog materijala. Povijest dokaza o genetskoj funkciji DNK.

2.1. Razne vrste nukleinskih kiselina. Biološke funkcije nukleinskih kiselina. Kemijska struktura, prostorna struktura i fizikalna svojstva nukleinskih kiselina. Strukturne značajke genetskog materijala pro- i eukariota. Komplementarni parovi Watson-Crick baza. Genetski kod. Povijest dešifriranja genetskog koda. Glavna svojstva koda: triplet, kod bez zareza, degeneriranost. Značajke kodnog rječnika, obitelji kodona, semantički i "besmisleni" kodoni. Kružne molekule DNA i koncept supersmotanosti DNA. Topoizomeri DNA i njihove vrste. Mehanizmi djelovanja topoizomeraza. Bakterijska DNA giraza.

2.2. transkripcija DNA. Prokariotska RNA polimeraza, njezina podjedinica i trodimenzionalne strukture. Raznolikost sigma faktora. Promotor prokariotskog gena, njegovi strukturni elementi. Faze transkripcijskog ciklusa. Inicijacija, stvaranje "otvorenog kompleksa", elongacija i terminacija transkripcije. slabljenje transkripcije. Regulacija ekspresije operona triptofana. "Riboprekidači". Mehanizmi terminacije transkripcije. Negativna i pozitivna regulacija transkripcije. laktozni operon. Regulacija transkripcije u razvoju lambda faga. Principi prepoznavanja DNA regulatornim proteinima (CAP protein i lambda fag represor). Značajke transkripcije u eukariota. Procesiranje RNK u eukariota. Zatvaranje, spajanje i poliadenilacija transkripata. mehanizmi za spajanje. Uloga male nuklearne RNA i proteinskih čimbenika. Alternativno spajanje, primjeri.

2.3. Emitiranje, njegove faze, funkcija ribosoma. Položaj ribosoma u stanici. Prokariotski i eukariotski tipovi ribosoma; 70S i 80S ribosomi. Morfologija ribosoma. Podjela na podčestice (podjedinice). Vezanje aminoacil-tRNA ovisno o kodonu u ciklusu elongacije. Interakcija kodon-antikodon. Sudjelovanje faktora elongacije EF1 (EF-Tu) u vezivanju aminoacil-tRNA na ribosom. Faktor istezanja EF1B (EF-Ts), njegova funkcija, slijed reakcija s njegovim sudjelovanjem. Antibiotici koji utječu na stadij vezanja aminoacil-tRNA na ribosom ovisno o kodonu. Aminoglikozidni antibiotici (streptomicin, neomicin, kanamicin, gentamicin i dr.), njihov mehanizam djelovanja. Tetraciklini kao inhibitori vezanja aminoacil-tRNA na ribosom. Pokretanje emitiranja. Glavne faze procesa inicijacije. Inicijacija translacije u prokariota: čimbenici inicijacije, inicijacijski kodoni, 3¢ kraj male ribosomske podjedinice RNA i Shine-Dalgarno sekvenca u mRNA. Inicijacija translacije u eukariota: čimbenici inicijacije, inicijacijski kodoni, 5¢-netranslatirana regija i terminalna inicijacija ovisna o cap-u. "Unutarnja" inicijacija neovisna o kapi u eukariota. Transpeptidacija. Inhibitori transpeptidacije: kloramfenikol, linkomicin, amicetin, streptogramini, anizomicin. Translokacija. Učešće faktora istezanja EF2 (EF-G) i GTP. Inhibitori translokacije: fusidatna kiselina, viomicin, mehanizmi djelovanja. Prekid prijevoda. Završni kodoni. Faktori proteinske terminacije prokariota i eukariota; dvije klase faktora terminacije i mehanizmi njihovog djelovanja. Regulacija translacije u prokariota.

2.4. replikacija DNK i njegovu genetsku kontrolu. Polimeraze uključene u replikaciju, njihove karakteristike enzimske aktivnosti. DNK vjernost. Uloga prostornih interakcija između parova baza DNA tijekom replikacije. E. coli polimeraze I, II i III. Podjedinice polimeraze III. Replikacijski fork, "vodeće" i "zaostale" niti tijekom replikacije. Fragmenti Okazakija. Kompleks proteina u replikacijskoj rašlji. Regulacija inicijacije replikacije u E. coli. Prekid replikacije kod bakterija. Značajke regulacije replikacije plazmida. Dvosmjerna i rolling ring replikacija.

2.5. Rekombinacija, njegove vrste i modeli. Opća ili homologna rekombinacija. Dvolančani prekidi u DNA koji započinju rekombinaciju. Uloga rekombinacije u postreplikacijskom popravku dvolančanih prekida. Hollidayeva struktura u rekombinacijskom modelu. Enzimologija opće rekombinacije u E. coli. RecBCD kompleks. Reca protein. Uloga rekombinacije u osiguravanju sinteze DNA kod oštećenja DNA koja prekidaju replikaciju. rekombinacija u eukariota. Rekombinacijski enzimi u eukariota. Rekombinacija specifična za mjesto. Razlike u molekularnim mehanizmima opće i site-specific rekombinacije. Klasifikacija rekombinaza. Vrste kromosomskih preraspodjela koje se provode tijekom rekombinacije specifične za mjesto. Regulacijska uloga rekombinacije specifične za mjesto kod bakterija. Konstrukcija višestaničnih eukariotskih kromosoma korištenjem sustava rekombinacije faga specifičnog za mjesto.

2.6. popravak DNK. Klasifikacija vrsta reparacije. Izravno popravljanje dimera timina i metiliranog gvanina. Izrezivanje baza. Glikozilaze. Mehanizam popravka nesparenih nukleotida (mismatch repair). Odabir DNA lanca koji treba popraviti. SOS popravak. Svojstva DNA polimeraza uključenih u SOS popravak u prokariota i eukariota. Koncept "adaptivnih mutacija" kod bakterija. Popravak dvolančanih prekida: homologna postreplikacijska rekombinacija i asocijacija nehomolognih krajeva molekule DNA. Odnos između procesa replikacije, rekombinacije i reparacije.

3. Proces mutacije.

Uloga biokemijskih mutanata u formiranju teorije jedan gen – jedan enzim. Klasifikacija mutacija. Točkaste mutacije i kromosomske preraspodjele, mehanizam njihovog nastanka. Spontana i inducirana mutageneza. Klasifikacija mutagena. Molekularni mehanizam mutageneze. Odnos između mutageneze i popravka. Identifikacija i selekcija mutanata. Supresija: intragenska, intergenska i fenotipska.

4. Izvankromosomski genetski elementi.

Plazmidi, njihova struktura i podjela. Spolni faktor F, njegova struktura i životni ciklus. Uloga faktora F u mobilizaciji prijenosa kromosoma. Stvaranje Hfr i F donora. Mehanizam konjugacije. Bakteriofagi, njihova struktura i životni ciklus. Virulentni i umjereni bakteriofagi. Lizogenija i transdukcija. Opća i specifična transdukcija. Migrirajući genetski elementi: transpozoni i IS sekvence, njihova uloga u genetskom metabolizmu. DNA - transpozoni u genomima prokariota i eukariota IS-sekvence bakterija, njihova struktura IS-sekvencije kao sastavnica F-faktora bakterija, koji određuje sposobnost prijenosa genetskog materijala tijekom konjugacije Transpozoni bakterija i eukariotski organizmi Izravni nereplikacijski i replikativni mehanizmi transpozicija Koncept horizontalnog prijenosa transpozona i njihova uloga u strukturnim preustrojima (ektopična rekombinacija) iu evoluciji genoma.

5. Proučavanje strukture i funkcije gena.

Elementi genetske analize. Cis-trans test komplementacije. Genetičko mapiranje korištenjem konjugacije, transdukcije i transformacije. Izrada genetskih mapa. Fino genetsko mapiranje. Fizička analiza strukture gena. heterodupleksna analiza. Analiza ograničenja. Metode sekvenciranja. lančana reakcija polimeraze. Otkrivanje funkcije gena.

6. Regulacija ekspresije gena. Pojmovi operon i regulon. Kontrola na razini inicijacije transkripcije. Promotorski, operatorski i regulatorni proteini. Pozitivna i negativna kontrola ekspresije gena. Kontrola na razini terminacije transkripcije. Operoni kontrolirani katabolitom: modeli operona laktoze, galaktoze, arabinoze i maltoze. Operoni kontrolirani atenuatorom: model operona triptofana. Multivalentna regulacija ekspresije gena. Globalni sustavi regulacije. Regulatorni odgovor na stres. posttranskripcijska kontrola. prijenos signala. Regulacija posredovana RNA: male RNA, senzorske RNA.

7. Osnove genetskog inženjeringa. Restrikcijski enzimi i modifikacije. Izolacija i kloniranje gena. Vektori za molekularno kloniranje. Principi izgradnje rekombinantne DNA i njihovo uvođenje u stanice primateljice. Primijenjeni aspekti genetičkog inženjerstva.

A). Glavna literatura:

1. Watson J., Tooze J., Rekombinantna DNA: Kratki tečaj. – M.: Mir, 1986.

2. Geni. – M.: Mir. 1987. godine.

3. Molekularna biologija: struktura i biosinteza nukleinskih kiselina. / Ed. . - M. Viša škola. 1990. godine.

4., - Molekularna biotehnologija. M. 2002. (monografija).

5. Spirin ribosomi i biosinteza proteina. - M .: Viša škola, 1986.

b). Dodatna literatura:

1. Hesin genoma. – M.: Znanost. 1984. godine.

2. Rybchin genetskog inženjeringa. - St. Petersburg: Državno tehničko sveučilište St. Petersburg. 1999. godine.

3. Patruševljevi geni. – M.: Nauka, 2000.

4. Suvremena mikrobiologija. Prokarioti (u 2 sv.). – M.: Mir, 2005.

5. M. Singer, P. Berg. Geni i genomi. – M.: Mir, 1998.

6. Shchelkunov inženjering. - Novosibirsk: Iz Sib. sveuč., 2004. (monografija).

7. Stepanov biologija. Struktura i funkcije proteina. - M.: V. Sh., 1996.

Molekularni biolog je medicinski istraživač čija je misija ništa manje nego spašavanje čovječanstva od opasnih bolesti. Među takvim bolestima, na primjer, onkologija, koja je danas postala jedan od glavnih uzroka smrti u svijetu, samo je malo inferiorna u odnosu na lidera - kardiovaskularne bolesti. Nove metode rane dijagnostike onkologije, prevencije i liječenja raka – prioritet moderna medicina. Molekularni biolozi u području onkologije razvijaju antitijela i rekombinantne (genetski modificirane) proteine ​​za ranu dijagnozu ili ciljanu dostavu lijeka u tijelo. Stručnjaci u ovom području koriste najnovija dostignuća znanosti i tehnologije za stvaranje novih organizama i organskih tvari kako bi daljnju upotrebu u istraživačkim i kliničkim aktivnostima. Među metodama koje koriste molekularni biolozi su kloniranje, transfekcija, infekcija, lančana reakcija polimerazom, sekvenciranje gena i druge. Jedna od tvrtki zainteresiranih za molekularne biologe u Rusiji je PrimeBioMed LLC. Organizacija se bavi proizvodnjom antitijela-reagensa za dijagnostiku onkološke bolesti. Takva se antitijela uglavnom koriste za određivanje vrste tumora, njegovog porijekla i malignosti, odnosno sposobnosti metastaziranja (širenja na druge dijelove tijela). Protutijela se apliciraju na tanke presjeke ispitivanog tkiva, nakon čega se u stanicama vežu za određene proteine ​​- markere koji su prisutni u tumorskim stanicama, ali ih nema u zdravim i obrnuto. Ovisno o rezultatima studije, propisano je daljnje liječenje. Klijenti PrimeBioMeda uključuju ne samo medicinske, već i znanstvene ustanove, budući da se antitijela mogu koristiti i za rješavanje istraživačkih problema. U takvim slučajevima, jedinstvena protutijela sposobna vezati se na proučavani protein mogu se proizvesti za specifičan zadatak po posebnom nalogu. Još jedan obećavajući smjer istraživanja tvrtke je ciljana (ciljana) isporuka lijekova u tijelu. U ovom slučaju, antitijela se koriste kao transport: uz njihovu pomoć, lijekovi se isporučuju izravno u zahvaćene organe. Tako liječenje postaje učinkovitije i ima manje negativnih posljedica za organizam od primjerice kemoterapije koja ne utječe samo na stanice raka, već i na druge stanice. Očekuje se da će profesija molekularnog biologa u narednim desetljećima postati sve traženija: s povećanjem prosječnog životnog vijeka osobe povećavat će se broj onkoloških bolesti. Rano otkrivanje tumora i inovativne metode liječenja uz pomoć tvari dobivenih od strane molekularnih biologa spasit će život i poboljšati njegovu kvalitetu ogromnom broju ljudi.

Osnovno strukovno obrazovanje

Postoci odražavaju distribuciju stručnjaka s određenim stupnjem obrazovanja na tržištu rada. Ključne specijalizacije za svladavanje struke označene su zelenom bojom.

Sposobnosti i vještine

• Sposobnost rukovanja reagensima, uzorcima, mora znati raditi s malim predmetima
• Sposobnost rada s velikim količinama informacija
• Sposobnost rada rukama

Interesi i sklonosti

• Želja da se nauči nešto novo
• Sposobnost rada u multitasking modu (potrebno je pratiti tijek nekoliko reakcija i procesa istovremeno)
• Točnost
• Odgovornost (ne možete ostaviti posao "za sutra", jer se uzorci mogu oštetiti)
• skrupuloznost
• marljivost
• Pažljivost (potrebno je pratiti mikroprocese)

Struka u licima

Marija Šitova

Daria Samoilova

Aleksej Gračev

Molekularna biologija u području onkologije je perspektivno stručno područje, budući da je borba protiv raka jedan od prioritetnih zadataka svjetske medicine.

Molekularni biolozi su traženi u mnogim područjima zbog aktivnog razvoja znanosti, biotehnoloških i inovativnih poduzeća. Do danas postoji mali nedostatak stručnjaka, posebno onih s određenim iskustvom u svojoj specijalnosti. Do sada je prilično velik broj diplomanata i dalje odlazio na rad u inozemstvo. Počinju se pojavljivati ​​prilike učinkovit rad u području biotehnologije u Rusiji, ali je prerano govoriti o masovnosti.

Rad molekularnog biologa uključuje aktivno sudjelovanje stručnjaka u znanstvenim aktivnostima, što postaje mehanizam za napredovanje u karijeri. Razvoj u struci moguć je kroz sudjelovanje u znanstvenim projektima i skupovima, možda i kroz razvoj srodnih područja znanja. Također, u budućnosti je moguć akademski razvoj od znanstvenog novaka preko znanstvenog savjetnika do vodećeg znanstvenog suradnika, profesora i/ili voditelja odjela/laboratorija.

intervju

Pirogov Sergey - sudionik priprema za olimpijadu iz biologije koju je organizirao "Slon i žirafa" 2012.
Pobjednik Međunarodne univerzijade iz biologije
Pobjednik Olimpijade "Lomonosov"
Pobjednik regionalne faze Sveruske olimpijade iz biologije 2012
Studira na Moskovskom državnom sveučilištu. M.V. Lomonosova na Biološkom fakultetu: Katedra za molekularnu biologiju, student 6. godine. Radi u Laboratoriju za biokemijsku genetiku životinja Instituta za molekularnu genetiku.

- Seryozha, ako čitatelji imaju pitanja, hoće li vam ih moći postaviti?

Da, naravno, možete postaviti pitanja barem odmah. U ovom polju:

Kliknite ovdje da postavite pitanje.

- Počnimo sa školom, zar nisi imao super-cool školu?

Studirao sam u vrlo slaboj moskovskoj školi, tako prosječnoj srednjoj školi. Istina, imali smo prekrasnu učiteljicu u Moskovskom umjetničkom kazalištu, zahvaljujući kojoj smo imali uglavnom nominalno "povijest umjetnosti" usmjerenje škole.

- Što je s biologijom?

Naša profesorica biologije bila je vrlo starija, gluha i oštra žena, koje su se svi bojali. Ali ljubav prema njenom predmetu nije dodala. Bio sam strastven prema biologiji od djetinjstva, od svoje pete godine. Sve sam sam čitao, uglavnom ponesen anatomijom i zoologijom. Tako da su školski predmeti postojali paralelno s mojim vlastitim interesima. Olimpijske igre promijenile su sve.

- Reci mi više o tome.

U 7. razredu prvi put sam sudjelovala na općinskoj pozornici (naravno, gotovo iz svih predmeta odjednom, jer sam bila jedina učenica koju su učitelji imali razloga poslati). I pobijedio je na biologiji. Tada je škola to tretirala kao smiješnu, ali ne baš zanimljivu činjenicu.

- Je li ti to pomoglo u školi?

Sjećam se da sam unatoč svom briljantnom učenju često dobivao 5 od profesora biologije s gnjidama poput "na crtežu presjeka luka, korijenje treba biti obojeno smeđim, a ne sivim." Sve je to bilo prilično depresivno. U 8. razredu ponovno sam otišao na olimpijadu, ali iz nekog razloga nisam bio poslan na biologiju. Ali postao je pobjednik i dobitnik nagrada u drugim predmetima.

- Što se dogodilo u 9. razredu?

U 9. razredu nisam išla na okružnu pozornicu. Tamo sam neočekivano postigao slab, granični rezultat, koji se ipak pokazao kao prolazak na regionalnu pozornicu. To je imalo snažnu motivacijsku snagu - spoznaju koliko ja ne znam i koliko ima ljudi koji sve to znaju (koliko takvih ljudi na nacionalnoj razini sam se čak bojao i zamisliti).

- Reci nam kako si se pripremao.

Intenzivno samostalno učenje, pohodi po knjižarama i tisuće prošlogodišnjih zadataka djelovali su ljekovito. Dobio sam jedan od najviših bodova za teoriju (što je za mene također bilo potpuno neočekivano), prošao na praktična faza...i nije uspio. Tada nisam ni znao za postojanje praktične pozornice.

- Jesu li Olimpijske igre utjecale na vas?

Život mi se radikalno promijenio. Saznao sam za mnoge druge olimpijade, posebno sam se zaljubio u SBO. Kasnije je na mnogima pokazao dobre rezultate, neke je osvojio, a zahvaljujući Lomonosovskoj dobio je pravo ulaska bez ispita. Paralelno sam pobjeđivao na olimpijadama iz povijesti umjetnosti, na što i danas neujednačeno dišem. Istina, nije bio prijatelj s praktičnim turama. U 11. razredu sam ipak stigao završna faza, ali sreća nije bila naklonjena i ovaj put nisam imao vremena popuniti matricu odgovora teorijske faze. Ali to je omogućilo da se ne brine previše o praktičnosti.

- Jeste li se susreli s mnogo olimpijada?

Da, i dalje smatram da sam imao veliku sreću s krugom svojih vršnjaka koji su mi uvelike proširili vidike. Druga strana olimpijada, osim motivacije da se predmet proučava skladnije, bilo je upoznavanje s olimpijadama. Već tada sam primijetio da je horizontalna komunikacija ponekad korisnija od vertikalne – s učiteljima na treningu.

- Kako ste ušli na sveučilište? Jeste li odabrali fakultet?

Nakon 11. razreda upisao sam Biološki fakultet Moskovskog državnog sveučilišta. Samo većina mojih tadašnjih drugova odlučila se za FBB, ali ovdje je primarnu ulogu odigrala činjenica da nisam postao pobjednik Sveruskog. Tako bih morala polagati interni ispit iz matematike, a u njoj, pogotovo školskoj - onu višu sam zavoljela puno više - nisam bila jaka. A u školi je bila jako slaba priprema (nismo bili pripremljeni ni za skoro cijeli C dio). Što se tiče interesa, već tada sam pretpostavio da se na kraju može doći do bilo kojeg rezultata, bez obzira na mjesto upisa. Naknadno se pokazalo da ima puno diplomanata FBB-a koji su se prebacili na pretežno vlažnu biologiju, i obrnuto - mnogi dobri bioinformatičari krenuli su kao amateri. Iako mi se u tom trenutku činilo da će kontingent na biološkom fakultetu biti drugačiji od FBBšnog. U ovome sam svakako pogriješio.

Dali si znao?

Zanimljiv

Dali si znao?

Zanimljiv

U kampu Slon i žirafa održavaju se smjene u biokemiji i molekularnoj biologiji, gdje školarci, zajedno s iskusnim profesorima s Moskovskog državnog sveučilišta, postavljaju eksperimente i pripremaju se za olimpijade.

© Razgovarao Reshetov Denis. Fotografije je ljubazno ustupio Sergej Pirogov.

Može se reći da molekularna biologija proučava manifestacije života na neživim strukturama ili sustavima s elementarnim znakovima vitalne aktivnosti (što mogu biti pojedinačne biološke makromolekule, njihovi kompleksi ili organele), proučavajući kako se ključni procesi koji karakteriziraju živu tvar ostvaruju kroz kemijske interakcije i transformacije.

Odvajanje molekularne biologije od biokemije u samostalno područje znanosti uvjetovano je činjenicom da je njezin glavni zadatak proučavanje strukture i svojstava bioloških makromolekula uključenih u razne procese rasvjetljavanje mehanizama njihove interakcije. Biokemija se, s druge strane, bavi proučavanjem stvarnih procesa vitalne aktivnosti, obrazaca njihova tijeka u živom organizmu i transformacijama molekula koje prate te procese. Naposljetku, molekularna biologija pokušava odgovoriti na pitanje zašto se događa ovaj ili onaj proces, dok biokemija odgovara na pitanja gdje i kako se, s gledišta kemije, taj proces odvija.

Priča

Molekularna biologija kao zasebno područje biokemije počela se oblikovati 1930-ih. Tada se za dublje razumijevanje fenomena života javila potreba za ciljanim proučavanjem na molekularnoj razini procesa pohranjivanja i prijenosa nasljednih informacija u živim organizmima. Tada je zadatak molekularne biologije definiran u proučavanju strukture, svojstava i međudjelovanja nukleinskih kiselina i proteina. Pojam "molekularna biologija" prvi je upotrijebio engleski znanstvenik William Astbury u kontekstu istraživanja vezanih za rasvjetljavanje odnosa između molekularne strukture i fizikalnih i biološka svojstva fibrilarni proteini kao što su kolagen, krvni fibrin ili kontraktilni proteini mišića.

U ranim danima molekularne biologije, RNK se smatrala komponentom biljaka i gljiva, dok se DNK smatrala tipičnom komponentom životinjskih stanica. Prvi istraživač koji je dokazao da se DNK nalazi u biljkama bio je Andrej Nikolajevič Belozerski, koji je izolirao DNK graška 1935. godine. Ovim otkrićem utvrđena je činjenica da je DNK univerzalna nukleinska kiselina prisutna u biljnim i životinjskim stanicama.

Veliko postignuće bilo je uspostavljanje izravne uzročne veze između gena i proteina od strane Georgea Beadlea i Edwarda Tatuma. U svojim eksperimentima izložili su stanice neurospora ( Neurosporacrassa) Izlaganje X-zrakama koje je uzrokovalo mutacije. Dobiveni rezultati pokazali su da je to dovelo do promjene svojstava pojedinih enzima.

Godine 1940. Albert Claude izolirao je granule koje sadrže citoplazmatsku RNA iz citoplazme životinjskih stanica, koje su bile manje od mitohondrija. Nazvao ih je mikrosomima. Naknadno je proučavanjem strukture i svojstava izoliranih čestica utvrđena njihova temeljna uloga u procesu biosinteze proteina. Godine 1958. na prvom simpoziju posvećenom ovim česticama odlučeno je da se te čestice nazovu ribosomi.

Još jedan važan korak u razvoju molekularne biologije bili su objavljeni podaci pokusa Oswalda Averyja, Colina MacLeoda i MacLeana McCarthyja 1944. godine koji su pokazali da je DNK uzrok bakterijske transformacije. Ovo je bio prvi eksperimentalni dokaz o ulozi DNK u prijenosu nasljednih informacija, razotkrivajući raniju ideju o proteinskoj prirodi gena.

Početkom 1950-ih, Frederick Sanger je pokazao da je proteinski lanac jedinstveni niz aminokiselinskih ostataka. U kasnim 1950-ima Max Perutz i John Kendrew dešifrirali su prostornu strukturu prvih proteina. Već 2000. godine bile su poznate stotine tisuća prirodnih sekvenci aminokiselina i tisuće prostornih struktura proteina.

Otprilike u isto vrijeme, istraživanje Erwina Chargaffa omogućilo mu je da formulira pravila koja opisuju omjer dušičnih baza u DNK (pravila kažu da je bez obzira na razlike vrsta u DNK, količina gvanina jednaka količini citozina, a količina adenina jednak je količini themina), što je kasnije pomoglo najvećem iskoraku u molekularnoj biologiji i jednom od najvećih otkrića u biologiji uopće.

Ovaj događaj dogodio se 1953. godine kada su James Watson i Francis Crick, na temelju djela Rosalind Franklin i Mauricea Wilkinsa na Analiza rendgenske difrakcije DNA, uspostavio je dvolančanu strukturu molekule DNA. Ovo otkriće omogućilo je odgovor na temeljno pitanje o sposobnosti nositelja nasljedne informacije da se samoreproducira i razumije mehanizam prijenosa te informacije. Isti su znanstvenici formulirali princip komplementarnosti dušikovih baza koji je od ključne važnosti za razumijevanje mehanizma nastanka supramolekularnih struktura. Ovaj princip, koji se danas koristi za opisivanje svih molekularnih kompleksa, omogućuje opisivanje i predviđanje uvjeta za pojavu slabih (nevalentnih) međumolekulskih interakcija, koje određuju mogućnost nastanka sekundarnih, tercijarnih itd. strukture makromolekula, samosastavljanje supramolekularnih bioloških sustava koji određuju tako široku raznolikost molekularnih struktura i njihovih funkcionalnih sklopova. Zatim se 1953. godine pojavio znanstveni časopis Journal of Molecular Biology. Vodio ju je John Kendrew, čije je područje znanstvenog interesa bilo proučavanje strukture globularnih proteina (Nobelova nagrada 1962., zajedno s Maxom Perutzom). Sličan časopis na ruskom jeziku pod nazivom Molecular Biology osnovao je u SSSR-u V. A. Engelhardt 1966. godine.

Godine 1958. Francis Crick formulirao je tzv. središnja dogma molekularne biologije: ideja o nepovratnosti protoka genetskih informacija od DNA preko RNA do proteina prema shemi DNA → DNA (replikacija, stvaranje kopije DNA), DNA → RNA (transkripcija, kopiranje gena), RNA → protein (prijevod, dekodiranje informacija o strukturi proteina). Ta je dogma donekle ispravljena 1970. godine, uzimajući u obzir akumulirano znanje, budući da su fenomen reverzne transkripcije otkrili neovisno jedan od drugog Howard Temin i David Baltimore: otkriven je enzim - reverzna transkriptaza, koji je odgovoran za provedbu reverzne transkripcije - stvaranje dvolančane DNA na jednolančanoj RNA šabloni, što se događa kod onkogenih virusa. Treba napomenuti da stroga nužnost protoka genetskih informacija od nukleinskih kiselina do proteina još uvijek ostaje temelj molekularne biologije.

Godine 1957. Aleksandar Sergejevič Spirin, zajedno s Andrejem Nikolajevičem Belozerskim, pokazao je da, unatoč značajnim razlikama u sastavu nukleotida DNK iz različiti organizmi, sastav ukupne RNK je sličan. Na temelju tih podataka došli su do senzacionalnog zaključka da ukupna RNA stanice ne može djelovati kao prijenosnik genetske informacije od DNA do proteina, budući da joj ne odgovara po svom sastavu. Istodobno su primijetili da postoji manji dio RNK, koji po svom nukleotidnom sastavu u potpunosti odgovara DNK i koji može biti pravi prijenosnik genetske informacije od DNK do proteina. Kao rezultat toga, predvidjeli su postojanje relativno malih molekula RNK, koje su po strukturi analogne pojedinačnim dijelovima DNK i djeluju kao posrednici u prijenosu genetskih informacija sadržanih u DNK do ribosoma, gdje se pomoću tih informacija sintetiziraju proteinske molekule. Godine 1961. (S. Brenner, F. Jacob, M. Meselson s jedne strane i F. Gros, Francois Jacob i Jacques Monod prvi su eksperimentalno potvrdili postojanje takvih molekula – informacijske (matrične) RNA. Istodobno razvili su koncept i model funkcionalnih jedinica DNA - operon, koji je omogućio objašnjenje kako se točno odvija regulacija ekspresije gena u prokariota.Proučavanje mehanizama biosinteze proteina i načela strukturne organizacije i rad molekularnih strojeva - ribosoma - omogućio je formuliranje postulata koji opisuje kretanje genetskih informacija, nazvan središnjom dogmom molekularne biologije: DNA - mRNA je protein.

Godine 1961. i tijekom sljedećih nekoliko godina, Heinrich Mattei i Marshall Nirenberg, a zatim Har Korana i Robert Holley, izveli su nekoliko radova na dešifriranju genetskog koda, uslijed čega je uspostavljen izravni odnos između strukture DNA i sintetiziranih proteina. i slijed nukleotida koji određuje skup aminokiselina u proteinu. Dobiveni su i podaci o univerzalnosti genetskog koda. Otkrića su obilježena Nobelova nagrada 1968. godine.

Za razvoj suvremenih ideja o funkcijama RNK, otkriće nekodirajuće RNK, napravljeno na temelju rezultata rada Aleksandra Sergejeviča Spirina zajedno s Andrejem Nikolajevičem Belozerskim 1958., Charles Brenner s koautorima i Saul Spiegelmana 1961., bio je odlučujući. Ova vrsta RNA čini najveći dio stanične RNA. Ribosomske RNA prvenstveno nisu kodirajuće.

Metode uzgoja i hibridizacije životinjskih stanica ozbiljno su se razvile. Godine 1963. François Jacob i Sydney Brenner formulirali su ideju o replikonu, nizu inherentno repliciranih gena koji objašnjava važne aspekte regulacije replikacije gena.

Godine 1967. u laboratoriju A. S. Spirina po prvi je put pokazano da oblik kompaktno savijene RNK određuje morfologiju ribosomske čestice.

Godine 1968. došlo je do značajnog temeljnog otkrića. Okazaki je, otkrivši fragmente DNK zaostalog lanca u proučavanju procesa replikacije, nazvao Okazakijeve fragmente po njoj, razjasnio mehanizam replikacije DNK.

Godine 1970. Howard Temin i David Baltimore neovisno jedan o drugome došli su do značajnog otkrića: otkriven je enzim - reverzna transkriptaza, koji je odgovoran za provedbu reverzne transkripcije - stvaranje dvolančane DNA na jednolančanoj RNA šabloni, koja se javlja u onkogeni virusi koji sadrže RNA.

Drugo važno postignuće molekularne biologije bilo je objašnjenje mehanizma mutacija na molekularnoj razini. Kao rezultat niza studija utvrđene su glavne vrste mutacija: duplikacije, inverzije, delecije, translokacije i transpozicije. To je omogućilo razmatranje evolucijskih promjena sa stajališta genskih procesa i omogućilo razvoj teorije molekularnih satova koja se koristi u filogeniji.

Do početka 1970-ih formulirani su osnovni principi funkcioniranja nukleinskih kiselina i proteina u živom organizmu. Utvrđeno je da se proteini i nukleinske kiseline u tijelu sintetiziraju prema mehanizmu matrice, molekula matrice nosi šifriranu informaciju o slijedu aminokiselina (u proteinu) ili nukleotida (u nukleinskoj kiselini). Tijekom replikacije (udvostručenje DNA) ili transkripcije (sinteza mRNA), DNA služi kao takva predložak, tijekom translacije (sinteza proteina) ili obrnute transkripcije - mRNA.

Time su stvoreni teorijski preduvjeti za razvoj primijenjenih područja molekularne biologije, posebice genetičkog inženjerstva. Godine 1972. Paul Berg, Herbert Bauer i Stanley Cohen razvili su tehnologiju molekularnog kloniranja. Tada su prvi dobili rekombinantnu DNK in vitro. Ovi izvanredni eksperimenti postavili su temelje genetskog inženjeringa, a ova se godina smatra datumom rođenja ovog znanstvenog pravca.

Godine 1977. razvili su Frederick Sanger i neovisno Allan Maxum i Walter Gilbert razne metode određivanje primarne strukture (sekvenciranje) DNA. Sangerova metoda, tzv. metoda prekida lanca, osnova je suvremene metode sekvenciranja. Načelo sekvenciranja temelji se na korištenju obilježenih baza koje djeluju kao terminatori u cikličkoj reakciji sekvenciranja. Ova metoda je postala široko rasprostranjena zbog mogućnosti brzog provođenja analize.

1976. - Fridrik. Sanger je dešifrirao nukleotidnu sekvencu DNA faga φΧ174 duljine 5375 parova nukleotida.

1981. - Anemija srpastih stanica postaje prva genetska bolest dijagnosticirana DNK testiranjem.

1982.-1983. otkriće katalitičke funkcije RNA u američkim laboratorijima T. Checka i S. Altmana promijenilo je postojeće ideje o isključivoj ulozi proteina. Po analogiji s katalitičkim proteinima – enzimima, katalitičke RNA nazvane su ribozimi.

1987. Keri Mullez otkrio je lančanu reakciju polimeraze, zahvaljujući kojoj je moguće umjetno značajno povećati broj molekula DNA u otopini za daljnji rad. Danas je to jedna od najvažnijih metoda molekularne biologije koja se koristi u proučavanju nasljednih i virusnih bolesti, u proučavanju gena te u genetskoj identifikaciji i srodstvu itd.

Godine 1990. u isto vrijeme tri skupine znanstvenika objavile su metodu koja je omogućila brzo dobivanje sintetskih funkcionalno aktivnih RNA u laboratoriju (umjetni ribozimi ili molekule koje su u interakciji s različitim ligandima – aptameri). Ova metoda se zove "evolucija in vitro". A ubrzo nakon toga, 1991.-1993. u laboratoriju A.B. Četverina eksperimentalno je prikazana mogućnost postojanja, rasta i umnožavanja molekula RNA u obliku kolonija na čvrstim podlogama.

Godine 1998., gotovo istodobno, Craig Mello i Andrew Fire opisali su mehanizam koji je ranije uočen u genskim eksperimentima s bakterijama i cvijećem. RNA interferencija, u kojem mala dvolančana molekula RNA dovodi do specifične supresije ekspresije gena.

Otkriće mehanizma RNA interferencije je od velike važnosti. praktična vrijednost za modernu molekularnu biologiju. Ovaj se fenomen naširoko koristi u znanstvenim eksperimentima kao alat za "isključivanje", odnosno potiskivanje ekspresije pojedinih gena. Posebno je zanimljiva činjenica da ova metoda omogućuje reverzibilnu (privremenu) supresiju aktivnosti proučavanih gena. U tijeku su istraživanja za primjenu ovog fenomena u liječenju virusnih, neoplastičnih, degenerativnih i metaboličkih bolesti. Treba napomenuti da su 2002. godine otkriveni mutanti virusa dječje paralize koji mogu izbjeći interferenciju RNK, tako da je potrebno više mukotrpnog rada da se razvije istinski učinkovite metode tretman koji se temelji na ovom fenomenu.

U razdoblju od 1999. do 2001. godine nekoliko skupina istraživača odredilo je strukturu bakterijskog ribosoma s rezolucijom od 5,5 do 2,4 angstrema.

Artikal

Dostignuća molekularne biologije u poznavanju žive prirode teško se mogu precijeniti. Veliki uspjeh postignut je zahvaljujući uspješnom konceptu istraživanja: složeni biološki procesi razmatraju se sa stajališta pojedinačnih molekularnih sustava, što omogućuje primjenu preciznih fizikalno-kemijskih metoda istraživanja. Također je u ovo područje znanosti privuklo mnoge velike umove iz srodnih područja: kemije, fizike, citologije, virologije, što je također imalo blagotvoran učinak na opseg i brzinu razvoja znanstvenih spoznaja u ovom području. Značajna otkrića kao što su određivanje strukture DNK, dešifriranje genetskog koda i umjetno usmjerena modifikacija genoma omogućila su bolje razumijevanje specifičnosti razvojnih procesa organizama i uspješno rješavanje brojnih velikih temeljnih i primijenjenih znanstvenih pitanja. , medicinski i društvene zadaće, koje su donedavno smatrane nerješivima.

Predmet proučavanja molekularne biologije uglavnom su proteini, nukleinske kiseline i molekularni kompleksi (molekularni strojevi) koji se temelje na njima i procesima u kojima sudjeluju.

Nukleinske kiseline su linearni polimeri koji se sastoje od nukleotidnih jedinica (spojeva peteročlanog šećera s fosfatnom skupinom na petom atomu ciklusa i jedne od četiri dušične baze) međusobno povezanih esterskom vezom fosfatnih skupina. Dakle, nukleinska kiselina je pentozofosfatni polimer s dušikovim bazama kao bočnim supstituentima. Kemijski sastav RNA lanac se razlikuje od DNA po tome što se prvi sastoji od peteročlanog ugljikohidratnog ciklusa riboze, dok se drugi sastoji od dehidroksiliranog derivata riboze - deoksiriboze. Istovremeno, te se molekule prostorno dramatično razlikuju, budući da je RNA fleksibilna jednolančana molekula, dok je DNA dvolančana molekula.

Proteini su linearni polimeri, koji su lanci alfa-aminokiselina međusobno povezani peptidnom vezom, otuda i njihovo drugo ime - polipeptidi. Sastav prirodnih bjelančevina uključuje mnogo različitih aminokiselinskih jedinica - kod ljudi do 20 -, što određuje široku paletu funkcionalnih svojstava ovih molekula. Ovi ili drugi proteini uključeni su u gotovo sve procese u tijelu i obavljaju mnoge zadatke: igraju ulogu staničnih gradevinski materijal, osiguravaju transport tvari i iona, kataliziraju kemijske reakcije, ovaj popis je jako dugačak. Proteini tvore stabilne molekularne konformacije različitih razina organizacije (sekundarne i tercijarne strukture) i molekularne komplekse, što dodatno proširuje njihovu funkcionalnost. Ove molekule mogu imati visoku specifičnost za obavljanje određenih zadataka zbog formiranja složene prostorne globularne strukture. Širok izbor proteina osigurava stalni interes znanstvenika za ovu vrstu molekula.

Moderne ideje o predmetu molekularne biologije temelje se na generalizaciji koju je 1958. godine prvi iznio Francis Crick kao središnju dogmu molekularne biologije. Njegova je bit bila tvrdnja da genetička informacija u živim organizmima prolazi kroz strogo određene faze implementacije: kopiranje s DNA na DNA na ulazu u nasljeđe, s DNA na RNA, a zatim s RNA na protein, a obrnuti prijelaz nije izvediv. Ova je izjava bila istinita samo djelomično, stoga je središnja dogma naknadno ispravljena s obzirom na novootkrivene podatke.

U ovom trenutku postoji nekoliko načina implementacije genetskog materijala, koji predstavljaju različite sekvence za implementaciju tri vrste postojanja genetskih informacija: DNA, RNA i proteina. U devet mogućih načina ostvarenja razlikuju se tri skupine: to su tri opće transformacije (opće), koje se normalno provode u većini živih organizama; tri posebne transformacije (specijalne), provedene u nekim virusima ili u posebnim laboratorijskim uvjetima; tri nepoznate transformacije (nepoznato), čija se implementacija smatra nemogućom.

Uobičajene transformacije uključuju sljedeće načine implementacije genetskog koda: DNA→DNA (replikacija), DNA→RNA (transkripcija), RNA→protein (translacija).

Da bi izvršili prijenos nasljednih osobina, roditelji trebaju prenijeti punopravnu molekulu DNK svojim potomcima. Proces kojim se može sintetizirati točna kopija izvorne DNK, a time i prenijeti genetski materijal, naziva se replikacija. Provode ga posebni proteini koji razmotaju molekulu (izravnaju njezin presjek), odmotaju dvostruku spiralu i pomoću DNA polimeraze stvaraju točnu kopiju originalne DNA molekule.

Kako bi osigurala život stanice, ona se mora stalno pozivati ​​na genetski kod ugrađen u dvostruku spiralu DNK. Međutim, ta je molekula prevelika i nespretna da bi se mogla koristiti kao izravan izvor genetskog materijala za kontinuiranu sintezu proteina. Stoga, u tijeku implementacije informacija ugrađenih u DNA, postoji međufaza: sinteza mRNA, koja je mala jednolančana molekula komplementarna određenom segmentu DNA koji kodira određeni protein. Proces transkripcije osiguravaju RNA polimeraza i transkripcijski faktori. Rezultirajuća molekula se zatim može lako dostaviti u dio stanice odgovoran za sintezu proteina – ribosom.

Nakon što RNA uđe u ribosom, počinje posljednja faza realizacije genetske informacije. U tom slučaju ribosom čita genetski kod iz mRNA u tripletima koji se nazivaju kodoni i sintetizira odgovarajući protein na temelju primljenih informacija.

U tijeku posebnih transformacija, genetski kod se ostvaruje prema shemi RNA → RNA (replikacija), RNA → DNA (reverzna transkripcija), DNA → protein (izravna translacija). Replikacija ovog tipa ostvaruje se u mnogim virusima, gdje je provodi enzim RNA ovisna RNA polimeraza. Slični enzimi također se nalaze u eukariotskim stanicama, gdje su povezani s procesom utišavanja RNK. Reverzna transkripcija je pronađena u retrovirusima, gdje se provodi pomoću enzima reverzne transkriptaze, au nekim slučajevima iu eukariotskim stanicama, na primjer, tijekom telomerne sinteze. Prijenos uživo provodi se samo u umjetnim uvjetima u izoliranom sustavu izvan stanice.

Bilo koji od tri moguća prijelaza genetske informacije s proteina na protein, RNA ili DNA smatra se nemogućim. Slučaj djelovanja priona na proteine, uslijed čega nastaje sličan prion, mogao bi se uvjetno pripisati tipu realizacije genetske informacije protein → protein. Međutim, formalno to nije tako, jer ne utječe na slijed aminokiselina u proteinu.

Zanimljiva je povijest nastanka pojma "središnja dogma". Budući da riječ dogma općenito označava tvrdnju koja nije podložna sumnji, a sama riječ ima jasnu vjersku konotaciju, odabir iste kao opisa znanstvene činjenice nije posve legitiman. Prema samom Francisu Cricku, to je bila njegova pogreška. Htio je iznesenoj teoriji dati veći značaj, razlikovati je od pozadine drugih teorija i hipoteza; zašto je odlučio upotrijebiti ovu veličanstvenu, po njegovom mišljenju, riječ, ne shvaćajući njezino pravo značenje. Ime se, međutim, zadržalo.

Molekularna biologija danas

Nagli razvoj molekularne biologije, stalni interes društva za dostignuća u ovoj oblasti i objektivna važnost istraživanja doveli su do nastanka veliki broj glavni istraživački centri molekularne biologije diljem svijeta. Među najvećima treba spomenuti: laboratorij za molekularnu biologiju u Cambridgeu, Kraljevski institut u Londonu - u Velikoj Britaniji; instituti za molekularnu biologiju u Parizu, Marseilleu i Strasbourgu, Institut Pasteur - u Francuskoj; odjeli za molekularnu biologiju na Sveučilištu Harvard i Institutu za tehnologiju Massachusetts, Sveučilištu Berkeley, Kalifornijskom institutu za tehnologiju, Sveučilištu Rockefeller, Institutu za javno zdravstvo u Bethesdi - u SAD-u; instituti Max Planck, sveučilišta u Göttingenu i Münchenu, Centralni institut za molekularnu biologiju u Berlinu, instituti u Jeni i Halleu - u Njemačkoj; Institut Karolinska u Stockholmu, Švedska.

U Rusiji su vodeći centri u ovom području Institut za molekularnu biologiju. Institut za molekularnu genetiku RAS, Institut za biologiju gena RAS, Institut za fizikalno-kemijsku biologiju nazvan po V.A. Moskovsko državno sveučilište A. N. Belozersky. Institut za biokemiju M.V. Lomonosov. A. N. Bach RAS i Institut za proteine ​​RAS u Pushchinu.

Danas područje interesa molekularnih biologa obuhvaća širok raspon temeljnih znanstvenih pitanja. Kao i do sada, vodeću ulogu zauzima proučavanje strukture nukleinskih kiselina i biosinteze proteina, proučavanje strukture i funkcija različitih unutarstaničnih struktura i staničnih površina. Također važna područja istraživanja su proučavanje mehanizama prijema i prijenosa signala, molekularnih mehanizama transporta spojeva unutar stanice te iz stanice u vanjski okoliš i natrag. Među glavnim smjerovima znanstvenih istraživanja u području primijenjene molekularne biologije, jedan od prioritetnih je problem nastanka i razvoja tumora. Također, vrlo važno područje, kojim se bavi Odsjek za molekularnu biologiju – molekularna genetika, je proučavanje molekularnih osnova nastanka nasljednih bolesti, te virusnih bolesti, poput AIDS-a, kao i razvoj metoda za njihovu prevencija i, eventualno, liječenje na razini gena. Otkrića i razvoj molekularnih biologa u sudskoj medicini našli su široku primjenu. Pravu revoluciju u području osobne identifikacije napravili su 80-ih godina prošlog stoljeća znanstvenici iz Rusije, SAD-a i Velike Britanije zahvaljujući razvoju i implementaciji metode "genomic fingerprinting" - identifikacije DNK u svakodnevnoj praksi. Istraživanja u ovom području traju do danas. modernim metodama omogućuju vam da identificirate osobu s vjerojatnošću pogreške od jednog milijarditog dijela postotka. Već se aktivno razvija projekt genetske putovnice, koji će, kako se očekuje, uvelike smanjiti razinu kriminala.

Metodologija

Danas molekularna biologija ima opsežan arsenal metoda za rješavanje najnaprednijih i najnaprednijih izazovne zadatke okrenut znanstvenicima.

Jedna od najčešćih metoda u molekularnoj biologiji je gel elektroforeza, koji rješava problem razdvajanja smjese makromolekula po veličini ili naboju. Gotovo uvijek, nakon odvajanja makromolekula u gelu, koristi se blotting, metoda koja vam omogućuje prijenos makromolekula iz gela ( sorb) na površinu membrane radi praktičnosti daljnjeg rada s njima, posebno hibridizacije. Hibridizacija - stvaranje hibridne DNA od dva lanca različite prirode - metoda koja ima važnu ulogu u fundamentalna istraživanja. Koristi se za određivanje komplementarni segmenata u različitim DNK (DNK različiti tipovi), uz njegovu pomoć se traže novi geni, uz njegovu pomoć otkrivena je interferencija RNA, a njegov princip čini osnovu genomskog otiska prsta.

Važnu ulogu u suvremenoj praksi molekularno bioloških istraživanja ima metoda sekvenciranja – određivanje slijeda nukleotida u nukleinskim kiselinama i aminokiselina u proteinima.

Suvremena molekularna biologija ne može se zamisliti bez metode lančane reakcije polimerazom (PCR). Zahvaljujući ovoj metodi, provodi se povećanje broja (amplifikacija) kopija određene sekvence DNA kako bi se iz jedne molekule dobila dovoljna količina tvari za daljnji rad s njom. Sličan rezultat postiže se i tehnologijom molekularnog kloniranja, u kojoj se traženi nukleotidni niz uvodi u DNK bakterija (živi sustav), nakon čega se razmnožavanjem bakterija dolazi do željenog rezultata. Ovaj pristup je tehnički puno kompliciraniji, ali omogućuje istovremeno dobivanje rezultata ekspresije proučavanog nukleotidnog niza.

Također, metode ultracentrifugiranja naširoko se koriste u molekularno biološkim istraživanjima (za odvajanje makromolekula ( velike količine), stanice, organele), metode elektronske i fluorescentne mikroskopije, spektrofotometrijske metode, rendgenska difrakcijska analiza, autoradiografija itd.

Zahvaljujući tehnološkom napretku i znanstveno istraživanje u području kemije, fizike, biologije i informatike, moderna oprema omogućuje izolaciju, proučavanje i promjenu pojedinih gena i procesa u kojima sudjeluju.