DNA: 66 χρόνια από τη μεγαλύτερη επιστημονική ανακάλυψη του 20ού αιώνα

Εξήντα έξι ολόκληρα χρόνια συμπληρώθηκαν φέτος από την ημέρα που δημοσιεύτηκε «η σημαντικότερη επιστημονική ανακάλυψη του 20ού αιώνα».

Ήταν 25 Απριλίου του 1953 όταν οι Αμερικανοί επιστήμονες Φράνσις Κρικ και Τζέιμς Γουότσον δημοσίευαν την πρωτοποριακή εργασία τους για τη χημική δομή του DNA.

Η γνωστοποίηση της μεγάλης ανακάλυψης έγινε σε τρία διαδοχικά άρθρα στο εβδομαδιαίο διεθνούς κύρους επιστημονικό περιοδικό Nature. Το πρώτο από τους Γουότσον και Κρικ, το δεύτερο από τον Μόρις Γουίλκινς με δύο άλλους συνεργάτες του κρυσταλλογράφους, και το τρίτο από την επίσης κρυσταλλογράφο Ρόζαλιντ Φράνκλιν μαζί με έναν συνεργάτη της.

Με την αποκάλυψη της δομής του DNA λυνόταν ο δυσκολότερος γρίφος της βιολογίας που συνίσταται στο πώς επιτυγχάνεται η εξαιρετική ακρίβεια με την οποίαν αντιγράφεται και πολλαπλασιάζεται το κληρονομικό υλικό, τα γονίδια, τα στοιχεία που αποτελούν τον κεντρικό πυρήνα του ζώντος όντος.

Αν έχεις τύχη διάβαινε…

Μέχρι το 1944, όταν ο Οσβαλντ Εϊβορι με την ομάδα του απέδειξαν πως το DNA είναι το στοιχείο που περιέχει τις γενετικές πληροφορίες, επικρατούσε το απόλυτο χάος στον τομέα της γενετικής. Το DNA ήταν ένα απλό «συστατικό» του ανθρώπινου οργανισμού, την ώρα που κάθε χαρακτηριστικό ενός ατόμου ήταν… άγνωστης προελεύσεως και ταυτότητας. Ωστόσο, η διαδικασία για να προκύψει η σημαντικότερη ανακάλυψη στην ιστορία της βιολογίας είχε αρχίσει αρκετά νωρίτερα.

Η πορεία προς την ανακάλυψη του DNA

Τα πρώτα βήματα αυτού του τεράστιου εγχειρήματος, έγιναν το 1869 από τον βιολόγο Φρίντριχ Μίσερ. Ο Γερμανός επιστήμονας ήταν αυτός που ανακάλυψε την ύπαρξη των νουκλεϊκών οξέων μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό. Ανάμεσα τους ήταν και το, πιο δημοφιλές από όλα, DNA. Οι επιστήμονες της εποχής, ανάμεσα τους και ο Γερμανός, δεν μπορούσαν να διανοηθούν την πραγματική σημασία αυτής της ανακάλυψης. Επρεπε να περάσουν αρκετά χρόνια ώστε οι βιολόγοι να «υποπτευτούν» τις ιδιότητες του DNA.

 

Ο βιολόγος που συνέχισε το σημαντικό έργο του Μίσερ, ήταν ο Φρέντερικ Γκρίφιθ. Περίπου μισό αιώνα μετά την ανακάλυψη των νουκλεϊκών οξέων, ο Βρετανός επιστήμονας στην προσπάθεια του να δημιουργήσει ένα εμβόλιο για την πρόληψη της πνευμονίας, παρατήρησε κάποιες περίεργες ιδιότητες των βακτηρίων που χρησιμοποιούσε. Χωρίς να μπορέσει να δικαιολογήσει ακριβώς αυτές τις ανωμαλίες, ο Γκρίφιθ ονόμασε το μυστήριο φαινόμενο «αρχή της μεταμόρφωσης». Αθελα του ο Βρετανός είχε ανακαλύψει κάποιες από τις γενετικές ιδιότητες του DNA.

Ουτε ο Γκρίφιθ όμως γνώριζε το επιστημονικό βάθος του έργου του. Ωστόσο, το πείραμα του έγινε ιδιαίτερα γνωστό και ώθησε αρκετούς επιστήμονες να ασχοληθούν με τις ιδιότητες των νουκλεϊκών οξέων. Οι υποψίες πως το DNA περιείχε τις πολυπόθητες γενετικές πληροφορίες είχαν «φουντώσει». Το 1944 έγινε το μεγάλο βήμα στον χώρο της γενετικής. Ο Οσβαλντ Εϊβορι με την ομάδα του, μετά από μια σειρά πειραμάτων, απέδειξαν πως το DNA ήταν το συστατικό που περιείχε το γενετικό υλικό και άναψαν το… φιτίλι για την μεγαλύτερη «έκρηξη» των βιολογικών επιστημών.

Η «διπλή έλικα» που οδήγησε σε επιστημονική έκρηξη

Ολη η επιστημονική κοινότητα της εποχής είχε στρέψει τα βλέμματα της γύρω από την μυστηριώδη φύση του DNA. Αποτελούσε κοινό μυστικό πως ανάμεσα στις ιδιότητες του νουκλεϊκού οξέως κρυβόταν μια επαναστατική ανακάλυψη. Το 1953 ήταν η χρονιά που άλλαξαν τα δεδομένα της βιολογίας. Ο Αμερικανός βιολόγος Τζέιμς Γοούτσον μαζί με τον Βρετανό Φράνσις Κρικ παρουσίασαν την δομή του DNA, την πολύφημη διπλή έλικα. Το έργο των δύο επιστημόνων ήταν ο,τι σημαντικότερο είχε προκύψει στον χώρο της βιολογίας, ενώ δρομολόγησε εκατοντάδες πρωτοποριακές έρευνες στον χώρο της βιολογίας, της ιατρικής και της γενετικής.

Οι δύο επιστήμονες βραβεύτηκαν με Νόμπελ Ιατρικής εννέα χρόνια μετά. Ωστόσο η φήμη τους δεν ήταν ανάλογη, αφού ο Αμερικανός φρόντισε να εκμεταλλευτεί το έργο του όσο το δυνατόν περισσότερο. Πριν περάσει πολύς καιρός, άρχισε να γράφει το βιβλίο με τίτλο «Η διπλή έλικα» στο οποίο περιέγραφε εκλαϊκευμένα το έργο του. Το βιβλίο του Γοούτσον διαβάστηκε όσο ελάχιστα επιστημονικά συγγράμματα και συνετέλεσε ώστε ο Αμερικανός να διατηρήσει την φήμη του σημαντικότερου βιολόγου της ιστορίας.

Η δομή του DNA είναι αδιαμφισβήτητα η σημαντικότερη βιολογική ανακάλυψη. Αν όμως κρίνουμε το επιστημονικό έργο των Γουότσον και Κρικ με γνώμονα την δυσκολία και όχι τους ορίζοντες που άνοιξε, τότε η διπλή έλικα χάνει αρκετή από την αίγλη της. Οι δύο επιστήμονες ουσιαστικά… έβαλαν σε τάξη μια σειρά από σημαντικά επιστημονικά δεδομένα. Η ανακάλυψη της δομής του DNA ήταν σίγουρα «επαναστατική» αλλά ο τρόπος που προέκυψε δεν θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ανάλογα.

Αντιθέτως, το έργο του Μισέρ θα μπορούσε να θεωρηθεί πρωτοποριακό, αφού ήταν κάτι εντελώς καινούργιο στον κόσμο της βιολογίας. Αντίστοιχα, η ανακάλυψη του Εϊβορι, που ήταν ο προθάλαμος του τεράστιου βιολογικού πεδίου που άνοιξαν οι Γοούτσον και Κρικ, είναι τουλάχιστον ίδιας σημασίας με την «διπλή έλικα».

Ποιος είναι λοιπόν ο λόγος που ο Γοούτσον απέκτησε τεράστια φήμη σε αντίθεση με τους «πρωτεργάτες» του DNA; Είναι ο ίδιος λόγος για τον οποίον είναι γνωστός ο Αμστρονγκ, που πάτησε στο φεγγάρι, και όχι οι άνθρωποι που έφτιαξαν το διαστημόπλοιο που ταξίδεψε ως εκεί. Ο Αμερικανός επιστήμονας είχε τις κατάλληλες γνώσεις την κατάλληλη στιγμή και φρόντισε να τις εκμεταλλευτεί με τον καλύτερο τρόπο. Βέβαια, αυτό σε καμία περίπτωση δεν μειώνει το τεράστιο έργο του. Δικαιολογεί όμως την μεγάλη του φήμη, που έρχεται σε αντίθεση με αυτή των εξίσου σημαντικών αλλά… άσημων βιολόγων που προηγήθηκαν.

 

Δύο ιδιότητες

Το γονίδιο λοιπόν είχε δύο ιδιότητες, τη μία να πολλαπλασιάζεται αντιγραφόμενο πιστά και τη δεύτερη να κατασκευάζει πρωτεΐνη. Από ποια όμως χημική ένωση συνίστατο; Η πρώτη και κυρίαρχη άποψη ήθελε τα γονίδια να είναι πρωτεΐνες, αφού αυτές παρήγαν τα γονίδια (τα ένζυμα αποτελούνται από πρωτεΐνη ή έχουν σημαντικό πρωτεϊνικό τμήμα), οι πρωτεΐνες έχουν την αναγκαία πολυπλοκότητα (είναι αλυσίδες αμινοξέων, είκοσι περίπου διαφορετικών ειδών). Ομως αργά αλλά σταθερά συσσωρεύονταν οι ενδείξεις ότι τα γονίδια αποτελούντο από DNA (δεοξυριβοζονουκλεϊκό οξύ). Οι ενδείξεις αυτές προέρχονταν από τις ομάδες που μελετούσαν τη γενετική των βακτηρίων και των ιών. Η πιο σημαντική ένδειξη προερχόταν από το φαινόμενο της μεταμόρφωσης: ένα μη μολυσματικό βακτήριο μπορούσε να μετατραπεί σε μολυσματικό αν προσθέταμε εκχύλισμα σκοτωμένου με θέρμανση μολυσματικού βακτηρίου. Ενδελεχείς βιοχημικές αναλύσεις απέδειξαν ότι ο ενεργός παράγων υπεύθυνος για τη μεταμόρφωση ήταν το DΝΑ!

Τότε αποφάσισε ο Salvador Luria (Ιταλός μετανάστης στις ΗΠΑ και γενετιστής των ιών, που είχε διαφύγει από το μουσολινικό καθεστώς) να στείλει τον αγαπημένο του μαθητή, νέο διδάκτορα, τον James Watson με υποτροφία στην Ευρώπη για να ενημερωθεί στη βιοχημεία ώστε να ερευνήσει τη χημική σύσταση του γονιδίου που πίστευε ότι ήταν από DΝΑ.

Τιμήθηκαν με βραβείο Νομπέλ για την περίφημη διπλή έλικα

Επειτα από άγονη παραμονή του στη Δανία ο Watson επέλεξε να μεταβεί στο Κέμπριτζ της Αγγλίας όπου συναντήθηκε με τον Francis Crick με τον οποίον δημιούργησε στενό φιλικό δεσμό. Ο Watson ενημέρωσε τον φίλο του για τις γενετικές όψεις του προβλήματος, ενώ ο Crick, που είχε σπουδάσει φυσική, τον μύησε στα μυστικά της μελέτης της δομής των κρυστάλλων από τις εικόνες περίθλασής τους όταν ακτινοβοληθούν με ακτίνες Χ.

Ηταν μια ατελής μεν, η μόνη όμως δυνατότητα να γνωσθούν με βεβαιότητα ορισμένες πληροφορίες για τη δομή του μορίου. Οταν οι ακτίνες Χ πέσουν στο μόριο σκεδάζονται. Στην περίπτωση κρυστάλλων, που όλα τα μόρια έχουν τον ίδιο προσανατολισμό στον χώρο, οι σκεδασμοί ενισχύουν ο ένας τον άλλο και δημιουργούνται εστίες που αποτυπώνονται σε φωτογραφικό χαρτί. Από αυτές τις εστίες-κηλίδες, τη θέση τους, μπορεί ο κρυσταλλογράφος να συλλέξει μερικές ενδείξεις για τις θέσεις και τη δομή ορισμένων τμημάτων του μελετώμενου μορίου. Ετσι μπορεί να βοηθηθεί στην κατασκευή υποθετικών μοντέλων του μορίου αυτού.

Το 1962 οι Watson, Crick και Wilkins τιμήθηκαν με το βραβείο Νομπέλ για την ανακάλυψή τους, ενώ η Rosalind Franklin, που πέθανε νέα το 1958 δεν τιμήθηκε: το βραβείο απονέμεται μόνο σε ζώντες. Είχαν όμως κατ’ επανάληψη προταθεί για βράβευση οι τρεις τους, όπως φανερώνουν τα αρχεία της Σουηδικής Ακαδημίας που φέτος έγιναν προσιτά, 60 χρόνια μετά. Από τους πρωτεργάτες ο Crick έκανε σημαντικές συνεισφορές στη μοριακή γενετική και ακολούθως εστράφη στη μελέτη του νευρικού συστήματος και της αυτοσυνειδησίας. Πέθανε τo 2004. Ο Watson έγινε γνωστός για τη σύλληψη και ποδηγέτηση του προγράμματος καταγραφής της αλληλουχίας των βάσεων του ανθρωπίνου γονιδιώματος και για τη συγγραφή του συναρπαστικού βιβλίου του «The Double Helix» που εξιστορεί την ανακάλυψή τους. Και ο Crick έγραψε ένα βιβλίο με το ίδιο περιεχόμενο αλλά περισσότερο επιστημονικό («What mad pursuit»).

Πρωτοπόροι της Γενετικής

Ο Γρηγόριος Μέντελ απέδειξε στα τέλη του 19ου αιώνα ότι η κληρονομικότητα από γενιά σε γενιά μεταβιβάζεται διά μέσου γονιδίων, στοιχείων φύσεως μοναδιαίας, που δεν συμπεριφέρονται ως υγρά, δηλαδή δεν αναμειγνύονται.

Η κρυσταλλογράφος Rosalind Franklin, απεβίωσε το 1958 και ως εκ τούτου δεν τιμήθηκε με το βραβείο Νoμπέλ, το οποίο απονέμεται μόνο σε ζώντες. Ο ρόλος, ωστόσο, της Franklin στην ανακάλυψη της δομής του DNA ήταν καθοριστικός.

Ο Maurice Wilkins συνέγραψε μαζί με δύο συνεργάτες του κρυσταλλογράφους ένα από τα τρία διαδοχικά άρθρα για τη δομή του DNA στο διεθνούς κύρους επιστημονικό περιοδικό Nature πριν από εξήντα χρόνια.

Ο Ιταλός μετανάστης στις ΗΠΑ και γενετιστής των ιών, Salvador Luria, ήταν αυτός που έστειλε τον αγαπημένο του μαθητή, James Watson με υποτροφία στην Ευρώπη για να μελετήσει βιοχημεία.