Molekulární biologie

Molekulární biologie je vědní obor zabývající se studiem buněčných biologických procesů na molekulární úrovni. Věnuje se popisu biologických makromolekul a jejich vzájemným funkčním vztahům. Zkoumá především makromolekuly, které se podílejí na dědičnosti organizmů - nukleové kyseliny (DNA, RNA) a proteiny. Jejich vztah lze popsat procesem DNA → RNA → protein, který se nazývá centrální dogma molekulární biologie.

Molekulární biologie není jen studium buněčných biologických procesů, ale také objevováním nových metod, které vědcům umožňují tyto procesy zkoumat. Jednou z pozoruhodných metod, která způsobila revoluci v oboru, je polymerázová řetězová reakce (anglicky polymerase chain reaction; PCR) vyvinutá v roce 1983. Tato metoda rychlého a snadného zmnožení úseku DNA se stala známou především jako PCR test pro zjišťování onemocnění covidem-19.

Molekulární biologie integruje ve svém přístupu hlediska biologická, chemická, fyzikální i genetická. Molekulárně biologické znalosti jsou široce využívané v medicíně a jsou nezbytné pro genetické inženýrství, jakož i pro jakoukoliv jinou práci s genetickou informací, například v kriminalistice.

Termín molekulární biologie bývá někdy chápán jako synonymum molekulární genetiky, neboť podstata dědičnosti je odhalitelná pouze studiem buněčných biologických procesů na molekulární úrovni.

Historie

Molekulární biologie se nachází mezi biochemií a genetikou, které se začaly vyvíjet až ve 20. století s vývojem nových technologií, metod a experimentů. Všechny tři zkoumají molekulární mechanismy, které jsou základem životně důležitých buněčných funkcí.

V roce 1928 pozoroval Frederick Griffith transformaci jedné bakterie ve druhou (nyní známou jako genetická transformace), který nedokázal vysvětlit.
V roce 1938 Warren Weaver, ředitel divize přírodních věd Rockefellerovy nadace, poprvé použil název molekulární biologie.
Později v roce 1944 tři vědci Oswald Avery, Colin Macleod a Maclyn McCarty popsali celý proces transformace bakterií.
V roce 1945 začal používat termín molekulární biologie také fyzik William Astbury.
V roce 1950 rakouský vědec Erwin Chargaff navrhl teorii (dnes známou jako Chargaffovo pravidlo), která potvrdila, že počet nukleových bází adeninu, thyminu, guaninu a cytosinu jsou v DNA ve stejném poměru.
V roce 1952 provedli Alfred Hershey a Martha Chase sérií experimentů potvrzujících, že DNA je genetický materiál.
V roce 1953 Francis Crick a James Watson vytvořili dvojitý šroubovicový model DNA. Tento objev vedl k nalezení DNA v dalších mikroorganismech, rostlinách, zvířatech a lidí.
V roce 1958 Francis Crick formuloval centrální dogma molekulární biologie - vztah DNA → RNA → protein
V roce 1983 Kary Mullis objevil PCR (Polymerase Chain Reaction, polymerázová řetězová reakce). Za tento objev dostal Nobelovu cenu.

Metody

Replikace molekuly DNA (jeden z objevů molekulární biologie)

V současnosti je molekulární biologie nejbouřlivěji se rozvíjejícím oborem především díky novým technologiím a metodám. Metody molekulární biologie využívají například separační metody, jako je chromatografie, elektroforéza, elektronová mikroskopie nebospektroskopie.

Molekulárně biologické metody jsou široce využívané nejen v genetickém výzkumu nebo v genovém inženýrství, ale i v archeologii, zoologii, botanice, klinické medicínské diagnostice, kriminalistice nebo v soudním lékařství.

Nejpoužívanější molekulárně biologické metody:

Izolace DNA je prvním krokem většiny molekulárně biologických technik. Materiálem pro izolaci DNA mohou být jednotlivé buňky, tkáně, orgány eukaryot nebo viry.
PCR (Polymerase Chain Reaction, polymerázová řetězová reakce) je metoda sloužící k mnohonásobnému zmnožení specifického úseku DNA in vitro.
Gelová elektroforéza je nejpoužívanější separační technika k izolaci a analýze nukleových kyselin a proteinů.
RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism, polymorfismus délky restrikčních fragmentů) je metoda enzymatického štěpení molekul DNA ve specifickém restrikčním místě enzymem (restrikční endonukleázou).
Hybridizace nukleových kyselin je založena na specifickém spojení (hybridizaci, renaturaci) komplementárních nukleotidových sekvencí pocházejících z různých nukleových kyselin. Obvykle je základem značená sonda (krátký úsek DNA o známé nukleotidové sekvenci), s jejíž pomocí se detekuje sekvence k ní komplementární.
Sekvenování DNA slouží ke stanovení pořadí (sekvence) nukleotidů v molekule DNA.

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Molekularbiologie na německé Wikipedii a Active center (polymer science) na anglické Wikipedii.

Literatura

Stanislav Rosypal a kol.: Úvod do molekulární biologie I.–IV. díl + Dodatek
(anglicky) Cohen, S.N., Chang, A.C.Y., Boyer, H. & Heling, R.B. Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 70, 3240 – 3244 (1973).
(anglicky) Rodgers, M. The Pandora's box congress. Rolling Stone 189, 37 – 77 (1975).