DNS – a kettős spirál 50 éve*

Watson és Crick 1953-ban fedezték fel a DNS szerkezetét az MRC (Medical Research Council) Cambridge-i kutatócsoportjában. A felfedezés előzménye egy 19510-ben rendezett nápolyi konferenciáig nyúlik vissza, ahol Watson megismerhette a londoni King’s College kutatója, Maurice Wilkins DNS-ről készített röntgen diffrakciós képeit. Ez az élmény mély benyomást gyakorolt Watsonra – ez volt az első jeleutalás arra, hogy a gének is szabályos szerkezetűek lehetnek molekulákba szerveződhetnek. Miután befejezte a bakteriofágok genetikájából írt doktori (Ph.D.) munkáját az Egyesült Államokban, Európába jött, hogy némi nukleinsav biokémiát tanuljon. 1950-re ugyanis egyre több kísérleti adat utalt arra, hogy a genetikai örökítőanyag maga a DNS. AEz előbb említett röntgen diffrakciós képek azonban oly mértékben felkeltették érdeklődését, hogy elhatározta, maga is ezen a területen kíván kutatni. Így azután John Kendrew támogatását elnyerve csatlakozott az MRC kutatócsoportjához.

Az MRC Kutatócsoportját 1947-ben alapították és mindössze 2 kutató dolgozott benne: Max Perutz és John Kendrew, akik röntgen diffrakció segítségével hemoglobin- kristályokat tanulmányoztak. A kutatócsoport a Sir Laurence Bregg által vezetett Cavendish Laboratóriumban, Cambridge-ben dolgozott. Francis Crick 1949-ben lett a csoport tagja, és ő is a hemoglobin témán projekten dolgozott. Azonban 1951-ben ,a zonban, miután Pauling megjelentette híres közleményét a fehérjék a-helikális szerkezetéről, elkezdett a spirális szerkezetek röntgen diffrakciójával foglalkozni.

Ugyanebben az évben csatlakozott a csoporthoz Watson is (ő volt a csoport első biológusa), aki akkor és elkezdett a myoglobin kristályosításával foglalkozni Kendrew számára myoglobint próbált kikristályosítanikutatócsoportjában. Ez a munka nem haladt túl jól, így bőven maradt idő a Crickkel folytatott beszélgetésekre, akivel ugyanabbanegy dolgozószobában ültek. A DNS szerkezetével kapcsolatos problémanek témája természetes módon merült fel, s különösen az foglalkoztatta őket, hogyan lehetne azt DNS szerkezetét meghatározni. Hajlottak annak a megközelítési módnak a követésére, amelyet Pauling is sikerrel alkalmazott:, aki az a-helikális szerkezetet a filamentózus fehérjék röntgen diffrakciós mintázatának megfelelval összhangban lévő modell alapján állította fel. A fehérjékhez hasonlóan a DNS is hasonló egységekből áll, ezek az adenin- (A), timin- (T), guanin- (G), citozin- (C) bázisok, így valószínűnek tűnt, hogy a DNS is spirális szerkezetű. A közölt DNS- röntgen diffrakciós mintázatoka nem voltak jól kivehetők egyértelmű, ezért felvették a kapcsolatot a King’s College kutatóival. Watson 1951-ben részt vett egy DNS-sel kapcsolatos előadáson, ahol Rosalind Franklin mutatta be eredményeit.

Watson némiképp homályos következtetésekkel tért vissza Cambridge-be, de mindössze 1 héttel később Crick-kel közösen összeállítottak egy 3-szálú DNS-szerkezeti modell szerkezetet. Meghívták Rosalind Franklint, hogy tekintse meg ő is. Franklin szerint a modell nem volt összhangban saját eredményeivel: egyrészt a foszfát csoportok a spirál belsejében helyezkedtek el, míg saját eredményei szerint ezek kívül találhatóak, másrészt a modell alapján számítható víztartalmaom szerinte túl alacsony volt.

1952 júliusában Edwin Chargaff látogatta meg a kutatócsoportot és elmesélte, hogy eredményei szerint az A/T és C/G arány mindig 1 volt, többféle DNS- típust vizsgálva. Crick ekkor már biztos volt benne, hogy bázispárok képződése jelenti a szerkezet kulcsát. Watson eközben Paulingtól kapott egy hibásflawed tudományos cikket a DNS szerkezeté-ről, melynek és ennek hatására ismét felkereste a King’s College-ot. Wilkins ott megmutatott neki egy Franklin által készített röntgen diffrakciós képet a tiszta B-formáról. Ezen a képen világosan látszódtakott a spirális szerkezetjellemzők, a 10. réteg intenzív vonala 3.4 Å-nél, valamint egy 20 Å-ös távolságra volt és az egyenlítői reflexió 20A volt, amely a molekula átmérőjét jelezte. Perutz megmutatta nekik a King’s csoport egyik kutatási jelentését is, amelybenől kiderült, hogy a kristályos A-forma space tércsoportját C2-nek találtákként határozták meg. Ebből Crick kikövetkeztette, hogy a két szálról van szó, melyek egymással ellentétes irányba futnak.

Watson most a hidrogénkötések öteletét lovagolta meg, s elkezdett kartonból kivágott bázisokkal kezdett modellezni és egyre határozottabban állította, hogy a bázisokat hidrogén hidak kötik össze. Azt találta, hogy az (A-t és T-t), illetve a (G-t és C-t) párokat igen hasonló alakú párokkal lehet összekapcsolniössze lehet úgy kapcsolni, hogy nagyon hasonló alakú párok keletkezzenek. Ez alapján feltételezésből kiindulva egy olyan modellt építettek, amely a szimmetriának szimmetrikus volt és megfelelt Chargaff eredményeinek is megfelelt. 1953-ban a Nature-ben egy közleményt jelentettek meg, amelyet Wilkins és Franklin kutatócsoportjának (King’s College) közleményei kísértekével együtt. Watson és Crick cikke a mára elhíresültezzel a gyakran idézett sorrokkal zárul: „Nem kerülte el figyelmünket az a tény, hogy az általunk javasoltvázolt specifikus [(bázis)]pár-képződés egyben a genetikai állomány másolási mechanizmusára is utalhatközvetlenül magában rejti valamiféle másoló mechanizmus lehetőségét”.

Watson és Crick, Wilkinssel együtt 1962-ben megkapta az orvosi Nobel-díjat „a nukleinsavak molekuláris szerkezetével kapcsolatos felfedezéseiért, és annak felismeréséért, hogy az szerepet játszik az élő anyagban bekövetkező információ átadásban jelentőségéért”. Rosalind Franklin 1958-ban meghalt.

Dr. John Finch

LMB Structural Studies

MRC Laboratory of Molecular Biology

* Translated with permission from the original article by Drs. Zsolt Holló and Flóra Fodor (BIOforum Europe, Vol.7 2/2003 page 101).