Новата ера
1953 година: Сталин умре во Москва, Едмунд Хилари и Тензинг Норгај се искачија на Монт Еверест, Елизабета Втора е крунисана, јунското востание во ГДР е крваво задушено, првото издание на „Плејбој“ се појави во Германија. Во меѓувреме, американскиот биолог Jamesејмс Вотсон и британскиот физичар Френсис Крик трескаат со ДНК модели во пријатниот Кембриџ, Велика Британија, незабележани од јавноста. Во февруари, Крик гласно објави во неговиот локален паб, Орел, дека ја откриле тајната на целиот живот: ДНК, носител на генетскиот материјал, е двојна спирала во насока на часовникот, двојна спирала. Двајцата истражувачи ја започнаа енормно успешната ера на молекуларна биологија, чиј последен кулминација беше прославен пред три години од Бил Клинтон и Тони Блер заедно со истражувачи на геном: дешифрирање на три милијарди биохемиски букви на човечкиот геном.
Во средината на минатиот век веќе постоеше верување дека гените се елементи што ги носат наследните својства на животот. Но, во спротивно, постоеше „незнаење на дното“, како што напиша генетичарот Херман Josephозеф Мулер во 1950 година. Што е ген, од што е направен? Имаше докази дека гените се наоѓаат во хромозомите. Хромозомите се составени од ДНК и протеини. Отпрвин повеќето биолози и биохемичари ги бараа гените на погрешно место: во разновидноста на протеини. Бидејќи не можеа да објаснат како молекула едноставна како ДНК - која се состои само од фосфат, шеќер деоксирибоза и четирите основи аденин, цитозин, гванин и тимин - ја крие големата тајна на наследноста, основата на целата разновидност во животот треба да биде.
Врз основа на тоа, Вотсон и Крик развија структура што одговараше на сите познати податоци без противречност: Десен двоен спикс со дијаметар од два милионити милиметри, внатрешни бази и надворешен ланец на фосфат-шеќер. Долго време, научниците индиректно можеа да докажат само двоен спикс. Дури кога стана можно да се синтетизираат и кристализираат кратки парчиња ДНК со која било посакувана базна секвенца и да се извршат анализи на структурата на Х-зраци на овие кристали, непобитни докази за двојна спирала беа пронајдени во раните 1980-ти - повеќе од четвртина век по првиот модел.
Извонредниот имот на двојната спирала лежи во спарувањето на нивните бази. Аденин и тимин, како и цитозин и гванин, лежат едни спроти други и се држат едни со други преку атоми на водород. Ако се одделат двете нишки на спиралата, основите на соодветната жица покажуваат како треба да изгледа спротивната низа на двојниот спирал. Само овој принцип дека секоја ДНК-нишка е негативна форма на нејзината партнерска жица овозможува структурата да се копира без да се уништи или да се изгубат информациите. Вотсон и Крик веќе го препознаа тоа. „Од нашето внимание не избегна дека специфичното спарување што го претставивме вклучува можен механизам за копирање на генетскиот материјал“, напишаа тие - веројатно најголемото потценување во британски стил во историјата на науката.
Сепак, двајцата истражувачи не беа во можност да обезбедат докази за механизмот за копирање. Тоа беше резервирано за Метју Меселсон и Френклин Стал со нивниот „најубав биолошки експеримент“, како што коментираше минатогодишниот добитник на Нобеловата награда Сиднеј Бренер. Во 1957 година, двајцата биолози покажаа дека двојниот спирал се отвора како патент за време на репликацијата. Секоја од двете ДНК-жици останува недопрена и служи како образец за синтеза на нова, комплементарна ДНК-жичка. Ова создава две двојни спирали, секоја се состои од стара и ново произведена ДНК-влакно. Кога ќе се поделат клетките, секоја ќерка-клетка добива таков мешан двоен спикс и нема, како што можеше да се претпостави, целосно нов ДНК-двоен спикс во ќерската ќелија и стара молекула во матичната.
Денес е тешко да се замисли дека истражувачите долго време се сомневале во овој генијален изум на природата. И тоа само затоа што тие не можеа да објаснат како двојната спирала успева да се одмрзне за процесот на удвојување - достигнување што го постигнува цела компанија од различни протеини, како што подоцна откриле истражувачите. По 1953 година, молекуларната биологија започна со брзо темпо. Прво, истражувачите се запрашаа како информациите складирани во ДНК на клеточното јадро можат да се претворат во протеин - процес што се одвива надвор од клеточното јадро. И тие се прашуваа како градежните блокови на протеините, аминокиселините, можат да бидат кодирани во основната низа на ДНК. Покрај тоа: Како треба да изгледаат упатствата за градење на протеините - гените, каде треба да започнат, каде да биде нивниот крај? Дали гените се преклопуваат или се складираат еден по друг во ДНК? Прашање по прашање - а сепак скоро сите беа решени за помалку од десет години молекуларна биологија. Истражувачите идентификувале
• Гласникот РНК, ДНК нацрт кој мигрира од клеточното јадро во клеточната течност и се користи таму како градежен водич за синтеза на протеини,
• tRNA (трансфер РНК), која ги снабдува аминокиселините потребни за производство на протеини и
Уште во 1954 година, рускиот физичар Georgeорџ Гамов претпостави дека ДНК мора да има код. Заедно со Френсис Крик, тој ја разви идејата дека комбинациите од по три бази можат да претставуваат една аминокиселина. Значи, можни се 43 или 64 различни комбинации од три, т.н. кодони. Конечно, во 1965 година, беше познато значењето на сите кодони. Ниту едно не е искористено:
• 60 кодони програмираат аминокиселини, некои аминокиселини се кодираат од неколку кодони, други само од еден.
• Останатите 4 кодони се покажаа како почеток и три стоп сигнали, кои го означуваат почетокот и крајот на генот.
Врз основа на нивните нови податоци, научниците наскоро формулираа теза што сè уште е до денес како „централна догма на генетиката“ во учебниците: „Генот прави гласник РНК, гласник РНК прави протеин“. Но, оваа идеја беше вистинита премногу лесно, како што се покажа со текот на годините. Истражувачите откриле голем број curубопитства, особено во геномите на повисоките организми:
• гени скокаат наоколу во геномот, • гени кои се повторуваат повеќепати и
• Гените чии делови за кодирање - истражувачите ги нарекуваат егзони - постојано се прекинуваат со некодирачки низи - интроните. Иако целата генска секвенца произведува гласник РНК од почеток до крај, интроните се отсечени од неа.
Научниците имаа уште долг пат пред да дојдат до овие откритија, кои започнаа на крајот на 60-тите години на минатиот век со откривање на ензимите за ограничување од страна на Швајцарецот Вернер Арбер. Овие ензими работат како молекуларни ножици на ДНК. Тие препознаваат одредени низи на ДНК и ги делат во овој момент. Со помош на овие ензими, беше можно да се намали ДНК на насочен начин, да се комбинира, да се вметне во бактерии и да се види како микробите реагираат на тоа. Карактеристиките на организмите станаа податливи, генетскиот инженеринг стана возможен.
Во последните 20 години се случи неверојатно нешто преку истражување на ДНК: Научниците не само што научија да прават генетски модифицирани бактерии, туку создадоа и нови растенија и животни со модифицирани гени. Овие организми помогнаа во решавањето на биолошките и медицинските загатки и тие станаа главен економски фактор. Во 1976 година, Genentech стана првата компанија која заработуваше за живот од генетски инженеринг - денес има илјадници такви компании. Уште во 1977 година Genentech објави дека првиот човечки протеин е произведен таму во бактерии: соматостатин, протеин кој ги инхибира хормоните за раст. Епохата на индустрискиот генетски инженеринг започна. Денес, генетски изработениот хуман инсулин им помага на стотици илјади дијабетичари секој ден. Генетскиот инженеринг исто така се проби во земјоделството. Иако дискусијата за тоа дали генетски модифицираните култури се еколошки безопасни е сè уште интензивна и ограничувачките закони во Европа ја ограничуваат трговијата со такви растенија и храната добиена од нив, на американскиот континент растат генетски модифицирани пченка, соја и семе од репка. Милиони хектари обработливо земјиште.
Конечно, 90-тите години на минатиот век беа време за развој на нови технологии, автоматизација, геномско истражување и медицинска молекуларна биологија. Извештаите за гени кои предизвикуваат наследни болести или имаат врска со вообичаени болести како што се дијабетес, висок крвен притисок или дебелина, се чинат инфлаторни. Досега, ова знаење главно се користеше за подобри дијагностички методи, на пример, за откривање на наследни болести. Нови терапии се очекуваат во следните неколку децении.
Пред добри десет години сè уште беше лесно да се пополнат неколку докторски тези со изолација, секвенционирање и функционална анализа на еден ген. Денес, биохипците може да се користат за да се тестира не само функцијата на генот, туку и функцијата на илјадници гени во еден експеримент. А, секвенционирањето на целиот геном на микробите трае само неколку дена благодарение на автоматските системи и новиот софтвер. Вистина е дека геномските низи не разбираат директно како се развива еден организам или како тој функционира. Но, знаењето дека е сè уште многу корисно. Кога ќе се споредат низите на сродни организми, се појави, на пример, дека текот на еволуцијата може да се прочита од нив.
ДНК е архива на сродство: сличностите и разликите во генетските информации ја одразуваат не само сродноста на две лица, туку и на различните видови. Уште во 1949 година, генетскиот истражувач Макс Делбрик предвиде со огромна предвидливост: „Секоја жива клетка носи искуство на експерименти што ги правеле нејзините предци во текот на милијарда години“.
„ДНК-компјутерите“, како што се нарекува на современ германски јазик, е комплицирано и сигурно има многу да се направи пред да се развијат машини за пресметување на ДНК. Но, дури и елементарните биолошки процеси како што се реплицирање на ДНК и регулирање на синтезата на протеините не се целосно истражени. Дури и структурата на нашите хромозоми сè уште чува тајни.
50 години по откритието, двојниот спирал сè уште е во центарот на вниманието на јавноста. Додека безброј авантуристи се шетаа на највисоката планина на земјата, повеќе не се вознемируваат од Плејбој и ретко се сеќаваат на Сталин или Черчил, двојната спирала е поприсутна од кога било. Не само во науката, туку и во уметноста и економијата, па дури и во политиката - барем во Велика Британија и САД.
Сепак, германските политичари не слават годишнина од ДНК. Ханс Лерах не е изненаден: „Германските истражувачи дешифрираа дел од човечкиот геном, но кога Клинтон и Блер јавно го објавија резултатот од овој меѓународен заеднички напор, ниту германскиот канцелар не беше таму“.
• Пред педесет години во Кембриџ, Англија, Френсис Крик, Jamesејмс Вотсон, Росалинд Френклин и Морис Вилкинс открија како изгледа ДНК, најголемата молекула на светот.
• Теоријата за двојната спирала на ДНК првично беше контроверзна, но наскоро возбуди многу научници.
• Со декодирање на структурата на ДНК, беше даден почетниот удар за модерна молекуларна биологија, а со тоа и за комерцијална употреба на генетски информации.