60. rocznica odkrycia struktury DNA

28 lutego 1953 w porze lunchu do pubu „Eagle” w Cambridge weszło dwóch mężczyzn. Ogłosili, że poznali tajemnicę życia. James Watson i Francis Crick mieli dużo racji.

25 kwietnia 1953 na łamach "Nature" ukazał się ich historyczny, choć zaledwie jednostronicowy artykuł, opisujący strukturę DNA - podwójną helisę (czyli "przestrzenną spiralę"). Prace nad tym zagadnieniem przyniosły obu naukowcom oraz współpracującemu z nimi Maurice’owi Wilkinsowi Nagrodę Nobla w roku 1962. Podwójna helisa DNA stała się jednym z najbardziej znanych motywów popkultury. A w roku 2003, w 50. rocznicę odkrycia na ścianie pubu w Cambridge umieszczono okolicznościową tabliczkę.

Kluczem do poznania struktury DNA były zdjęcia wykonane metodą krystalografii rentgenowskiej przez Rosalind Franklin i Maurice\'a Wilkinsa (niestety, Rosalind Franklin nie doczekała Nobla - zmarła na raka w roku 1958).

Kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA), zwany wówczas nukleiną, został odkryty w roku 1869 przez Friedricha Mieschera w ropie ze szpitalnych bandaży i spermie ryb. Wiadomo było, że tworzy w jądrach komórek charakterystyczne twory – chromosomy. Ponieważ u każdego organizmu skład DNA jest w zasadzie identyczny, nie wydawał się ważną dla procesów dziedziczenia substancją. Naukowcy sądzili, że to raczej miliony niezwykle różnorodnych białek odpowiadają za ogromne zróżnicowanie świata żywego.

Jednak Watson i Crick wyjaśnili, że w przypadku DNA liczy się nie tyle skład chemiczny, ile struktura, pozwalająca na zapis i powielanie informacji. Podwójna helisa DNA składa się z tylko z czterech rodzajów nukleotydów (A,C,T,G), jednak liczba możliwych kombinacji jest praktycznie nieskończona – tak jak zapis dwójkowy wystarcza do zapisania wszystkich danych w Internecie. Całą wiedzę ludzkości można by zapisać w kilku gramach DNA.

W latach 60. XX wieku udało się ustalić, że istnieje kod genetyczny – trzy kolejne zasady azotowe w łańcuchu DNA kodują jeden aminokwas – element budowy białek. W ludzkim DNA jest ponad 3 mld nukleotydów. Kodują informacje dotyczące białek, których współdziałanie decyduje na przykład o kolorze oczu, kształcie twarzy czy zdrowiu człowieka.

Później ustalono, że dzięki odpowiednim enzymom można przecinać DNA w określonych miejscach. Z czasem stało się możliwe modyfikowanie organizmów żywych - początkowo bakterii, a później nawet ssaków. Powstały też techniki odczytywania (sekwencjonowania) DNA, co umożliwiło w latach 1990-2001 poznanie ludzkiego genomu.

O możliwościach współczesnej genetyki może świadczyć nietypowa książka, opublikowana w roku 2012 jako zapis w genomie bakterii przez George’a Churcha, profesora genetyki na Harvardzie. W postaci papierowej ma ponad 300 stron, a jej tytuł nawiązuje do Genesis, biblijnej Księgi Rodzaju: "ReGenesis: jak biologia syntetyczna na nowo wymyśli naturę i nas samych".

Analiza DNA znalazła zastosowanie w kryminalistyce – początkowo przy identyfikacji sprawców gwałtów czy ofiar morderstw, z czasem pojawiły się także dużo tańsze testy pozwalające potwierdzić czy wykluczyć ojcostwo – zestawy umożliwiające pobranie próbki można kupić w aptece i wysłać materiał do odpowiedniego laboratorium.

Doszło do tego, że można na podstawie DNA z psiej kupy zidentyfikować sprawcę zabrudzenia miejsca publicznego i ukarać mandatem jego właściciela, nie mówiąc już o śledzeniu podrabianej wołowiny z mięsa końskiego w dyskontach całej Europy. Techniki badania DNA używane przez paleontologów stały się na tyle dobre, że mówi się nawet o możliwości sklonowania neandertalczyka (choć jak dowodzi przykład „Parku Jurajskiego”, niektórym od dawna marzą się sklonowane dinozaury).

Jednak wciąż bardzo daleko do poznania i wykorzystania wszystkich tajemnic DNA. Nawet ludzie mogą się między sobą istotnie różnić pod względem genetycznym, a co dopiero mówić o innych organizmach żywych.

Dzięki niezwykłym białkom powstającym według instrukcji zapisanych w ich DNA, pająki potrafią wytwarzać nici mocniejsze od stali, bakterie żyją w wysokich temperaturach, toksycznych chemikaliach i promieniotwórczych odpadach, wielbłądy potrafią niezwykle długo obywać się bez wody, a szczuroskoczki pustynne w ogóle nie piją, zadowalając się wodą, powstającą z pokarmów w procesach metabolicznych.

Żaby mogą zamarznąć, a później odtajać i żyć dalej, wielu płazom odrastają kończyny, wielkie małże żyją setki, a drzewa- tysiące lat. Teoretycznie znając w pełni DNA można będzie kiedyś nie tylko zlikwidować choroby genetyczne, hodować nowe narządy, dobierać idealnie lek do pacjenta - ale i zmienić nasz gatunek nie do poznania. Przyszłość pokaże, czy tak się stanie. (PAP)

pmw/