Dvojitá šroubovice

Charles Darwin ve své knize O původu druhů navrhl, že druhy jsou si navzájem příbuzné a že různé vlastnosti se v rámci druhu dědí. Ačkoli si tohoto procesu v přírodě všiml, nevysvětlil, jak k němu dochází. Všechno se změnilo s objevem struktury DNA. Informace uložené v DNA konečně potvrdily, že všechny živé bytosti na Zemi jsou si příbuzné, jak Darwin už v devatenáctém století předpokládal.

Jak tedy k tak zásadnímu objevu došlo? Toto je příběh – vyprávěný nositelem Nobelovy ceny Jamesem Watsonem – o tom, jak se několik vědců pustilo do zkoumání problému DNA. Navzdory malicherným akademickým rivalitám každý z nich vytrvale pokračoval ve snaze ukázat, jak jsou si všechny formy života příbuzné a jak vznikly.

V tomto shrnutí se dozvíte, proč obecný nezájem o to, jak se geny předávají, otevřel autorovi nové možnosti; jak setkání s Francisem Crickem změnilo jeho budoucnost; a proč tehdejší akademické konvence málem zhatily objev dvojité šroubovice.

Abychom pochopili ohromný význam příběhu Jamese Watsona, je důležité vědět, proč je DNA tak zásadní. Deoxyribonukleová kyselina, tedy DNA, je molekula nesoucí naši základní genetickou informaci. Skládá se ze dvou řetězců cukr‑fosfátové páteře, které se kolem sebe vinou jako zábradlí spirálového schodiště. Tato struktura se nazývá dvojitá šroubovice.

Zatímco jednoduchá šroubovice by připomínala stočenou pružinu, dvojitá šroubovice je v podstatě dvojice pružin, které se vinou synchronně kolem sebe. Oba řetězce jsou propojeny bázemi, podobně jako zábradlí spirálového schodiště spojují jednotlivé schody. Každý „schod“ tvoří pár dvou ze čtyř dusíkatých bází, označovaných písmeny A, C, T a G.

Kdykoli se naše buňky dělí, informace v DNA se zkopíruje a předá dál. Vědci si však dlouho kladli otázku, jak může tento proces proběhnout nesčetněkrát s minimem chyb. Odpověď se vyjasnila, když byla objevena dvojitá šroubovice: při dělení buňky se „schodiště“ přesně uprostřed rozpojí. Funguje to dokonale, protože báze, které spojují oba řetězce, se mohou vázat jen na konkrétní partnerské báze. Když se tedy dva řetězce oddělí, každý z nich je komplementární kopií toho druhého. Jakmile se od sebe vzdálí, oba slouží jako šablona pro vytvoření dvou nových dvojitých šroubovic.

Jde o nádherně jednoduchý a spolehlivý proces, který navíc pomohl potvrdit Darwinovu teorii, že veškerý život má společného předka. V roce 1961, osm let po objevu dvojité šroubovice, vedl Francis Crick, Watsonův partner ve výzkumu DNA, experimenty, které objasnily povahu genetického kódu. Ukázalo se, že trojice písmen v DNA kóduje jednu aminokyselinu; tyto aminokyseliny se pak spojují a vytvářejí bílkoviny, které určují podobu a fungování těla jedince.

A nejen lidského těla. Genetický kód ukázal, že všechny organismy, včetně rostlin a živočichů, sdílejí stejné prapůvodní kořeny. Ale předbíháme. Vraťme se zpět a podívejme se, jak byla objevena struktura dvojité šroubovice DNA.

Dnes je studium DNA a genetiky jedním z ústředních oborů biologie. V padesátých letech však biologové o vlastnosti DNA projevovali jen malý zájem. Podle Jamese Watsona tvořili biologové, zoologové a botanici té doby „zmatenou skupinu“, která ztrácela čas spekulacemi o věcech, jako je původ života.

I ti, kteří měli určité znalosti genetiky, většinou nedokázali uchopit zásadní otázky, jež se objevily s objevem genů. Ptali se, které vlastnosti jsou dědičné, ale přehlíželi důležitější otázku: jak je dědičná informace uchovávána a předávána.

Tito vědci si jen těžko dokázali představit, že nositelem genetické informace by mohla být právě DNA. Vždyť DNA se skládá pouze ze čtyř typů podjednotek – jak by mohla nést tak složité informace? Někteří ji dokonce označovali za „hloupou molekulu“ kvůli její zdánlivé jednoduchosti.

O molekuly DNA se zajímali v podstatě jen fyzikové a chemici, ani ti však většinou nezkoumali její souvislost s genetikou. Nejlepší metodou pro studium molekul, jako jsou ty v DNA, byla tehdy rentgenová krystalografie. Tato technika využívá ohyb rentgenového záření k získání trojrozměrného obrazu elektronové hustoty, z něhož mohou vědci odvodit složení, prostorové uspořádání a vzájemné vazby atomů v molekule.

S těmito nástroji a v takovém myšlenkovém klimatu se James Watson vydal na cestu k objevu. Na Indiana University působil profesor a mikrobiolog Salvador Luria, který studoval viry a potřeboval využít rentgenovou krystalografii, aby zjistil, z čeho se skládají. Nebyl však ochoten učit se biochemii sám, a tak pověřil jednoho ze svých doktorandů, Jamese Watsona, aby odjel do evropské laboratoře, kde byla tato technika nejrozvinutější.