DNA-50 urodziny.pdf

50. "urodziny"

DNA

Czerwiec 2003

W roku 1953 (a konkretnie 25 kwietnia) na łamach tygodnika naukowego "Nature"

ukazały się trzy prace opisujące budowę kwasu dezoksyrybonukleinowego - DNA,

będącego podstawą dziedziczenia.

Autorami najważniejszego artykułu byli James

Watson i Francis Crick, dwa inne napisali Maurice

Wilkins i Rosalind Franklin.

Model stworzony przez Watsona i Cricka

przedstawia DNA jako helisę, czyli spiralę dwóch

zwiniętych w korkociągi wokół jednej osi

łańcuchów. Cząsteczka DNA stanowi klucz do

zrozumienia mechanizmów dziedziczenia w

świecie organizmów żywych. Jednostką

strukturalną każdego łańcucha jest tzw. nukleotyd, związek zbudowany z cukru -

dezoksyrybozy, reszt kwasu ortofosforowego oraz z jednej z czterech zasad: dwóch

purynowych - adeniny (A), guaniny (G) oraz dwóch pirymidynowych - cytozyny (C) i

tyminy (T). Cząsteczki dezoksyrybozy z resztami fosforowymi tworzą szkielet obydwu

przeciwbieżnych łańcuchów fosforanowo-cukrowych, które są powiązane ze sobą

przez pary komplementarnych zasad A-T i C-G.

Każda trójka nukleotydów koduje jeden aminokwas, tj. jednostkę strukturalną białek.

W ten sposób w DNA w odcinkach nazywanych genami zostają zapisane wszystkie

białka budujące dany organizm.

Początki

Współczesna chemia genu ma swoje początki w 1869 roku, kiedy to Johann

Friedrich Miescher, niemiecki chemik pracujący w Tybindze, odkrył, że materiał

wyizolowany z jąder ludzkich komórek nie jest białkiem, ponieważ zawiera fosfor

oraz jest odporny na działanie enzymu rozkładającego białka - pepsyny. Miescher

nazwał odkrytą przez siebie substancję nukleiną. Dzisiaj nosi ona nazwę kwasu

deoksyrybonukleinowego, czyli DNA. W ciągu kolejnych osiemdziesięciu pięciu lat

opracowano wiele metod oczyszczania DNA i analizy chemicznej jego składników

oraz charakteru łączących je wiązań. Badacze zidentyfikowali podstawowe elementy

budulcowe DNA: cztery odrębne małe cząsteczki nazwane nukleotydami. Podczas

badań właściwości fizycznych okazało się, że DNA jest polimerem, to znaczy bardzo

długą, podobną do łańcucha cząsteczką zbudowaną z nukleotydów. Ponadto

odkryto, że większość komórkowego DNA znajduje się w chromosomach.

Ponieważ przed publikacją na łamach "Nature" w 1953 r., DNA nie poświęcano zbyt

dużo uwagi, badania Mieschera poszły w zapomnienie. Podobnie stało się z

wynikami prac Kanadyjczyka Oswalda Theodore'a Avery'ego, który w

doświadczeniach na bakteriach z rodzaju pneumokoków zaobserwował, że DNA

pełni rolę materiału dziedzicznego.

Poznanie struktury DNA

Mimo że odkrycie Avery'ego poszło w zapomnienie i było później określane przez

badaczy jako "nieodkryte odkrycie", to właśnie ono skłoniło Jamesa Watsona do

rozpoczęcia w 1951 roku prac nad poznaniem dokładnej struktury cząsteczki DNA.

W 1951 roku 23-letni wówczas James Dewey

Watson, Amerykanin ze stanu Indiana, przybył do

prestiżowego laboratorium imienia Cavendisha w

Cambridge. Był biologiem, pracę magisterką a

następnie doktorską napisał w dziedzinie zoologii.

Sam uważał się za geniusza i tak był postrzegany

przez współpracowników z laboratorium. Po kilku

miesiącach pobytu w Cavendish Laboratory

Watson dzięki swojemu zaraźliwemu

entuzjazmowi nakłonił Francisa Cricka do podjęcia

wspólnych badań nad strukturą DNA.

Crick, o 13 lat starszy od Watsona, pracował

wówczas nad swoim doktoratem z biofizyki. Z

wykształcenia był fizykiem. Przekonanie Cricka do

współpracy nie było łatwe, zwłaszcza, że był on

przyjacielem Maurice'a Wilkinsa, który rozpoczął

prace nad strukturą DNA już w 1947 roku w King's

College w Londynie, a rywalizacja między

kolegami była wówczas w Anglii uważana za niehonorową.

W badaniach nad DNA Wilkins współpracował, a może raczej rywalizował z Angielką

Rosalind Franklin, która z wykształcenia była fizykiem. Badaczka przybyła do King's

College na trzyletnie stypendium i początkowo miała pracować pod kierunkiem

Wilkinsa.

Wilkins prowadził badania krystalograficzne cząsteczki DNA metodą dyfrakcji

promieni rentgenowskich. Był również pierwszym rzecznikiem i zagorzałym

zwolennikiem teorii, wedle której DNA ma budowę podwójnej spirali. To podczas

jego wykładu na konferencji fizyków w Neapolu w 1951 r. Watson zobaczył po raz

pierwszy obraz dyfrakcyjny włókien DNA i zorientował się, że jest to droga do

poznania jego struktury chemicznej.

Kiedy Crick zdecydował się już na współpracę z Watsonem, szef laboratorium

przydzielił im nawet wspólny pokój do badań. Praca naukowców polegała głównie na

dyskusjach teoretycznych, rozrysowywaniu modeli DNA na tablicy oraz tworzeniu

modeli trójwymiarowych za pomocą różnokolorowych plastikowych kulek i drutów.

Środowisko naukowe jest zgodne co do tego, że jeszcze nigdy w historii nauki nie

dokonano tak poważnego odkrycia przy minimalnym wkładzie pracy doświadczalnej.

W okresie swojej pracy Watson i Crick nigdy nie mieli do czynienia, ani nawet nie

widzieli nici DNA. Sam Watson praktycznie nie wykonał żadnego eksperymentu.

Po wykładzie Franklin w 1951 roku, na którym badaczka przedstawiła wyniki badań

dyfrakcyjnych, Watson, opierając się jedynie na tym, co zapamiętał z wykładu,

zbudował z Crickiem model DNA. Niestety, podczas jego prezentacji okazało się, że

Watson nie zapamiętał z wykładu prawidłowej liczby cząsteczek wody wchodzącej w

skład DNA. Prezentacja okazała się być katastrofą, a Watson i Crick zostali

zmuszeni do zawieszenia dalszych oficjalnych badań. Ciągle jednak dyskutowali nad

tym zagadnieniem.

W roku 1952 Wilkins zobaczył wykonany przez

Franklin obraz dyfrakcyjny DNA, z którego wynikało, że

DNA występuje w organizmach żywych w postaci

podwójnej spirali tzw. helisy. Badaczka ukrywała to

zdjęcie przez kilka miesięcy. Wilkins był wstrząśnięty,

uważał bowiem, że gdyby zobaczył je pół roku

wcześniej i gdyby Franklin była bardziej otwarta na

współpracę, mogliby razem odkryć tajemnicę budowy

DNA.

Nieostrożnie pokazał to zdjęcie Crickowi. To

wystarczyło parze Watson-Crick do skonstruowania

wspaniałego przestrzennego modelu DNA, którego

ostateczną wersję Watson uzyskał 28. lutego 1953 roku.

Sukces

18. marca 1953 r. Wilkins otrzymał kopię artykułu, który badacze przesłali do

"Nature" z prośbą o publikację. Następnie wysłał do Cricka list, w którym napisał:

"jesteście parą łobuzów, ale być może coś tam macie". Zaproponował też, by jego

grupa oraz grupa Franklin napisali osobne prace, które mogłyby być zaprezentowane

w tym samym numerze "Nature", razem z pracą Watsona i Cricka.

Wszystkie ukazały się 25 kwietnia 1953 roku pod wspólnym tytułem "Molecular

Structure of Nucleic Acids" (Molekularna budowa kwasów nukleinowych).

Mimo to jedynie praca Watsona i Cricka została okrzyknięta jako odkrycie

molekularnej struktury DNA, a pozostałe spotkały się z brakiem zainteresowania.

Przyczyną mógł być fakt, że została opublikowana przed pozostałymi artykułami,

była napisana prostym językiem, a na dodatek badacze zaprezentowali przejrzysty

model cząsteczki DNA. W 1962 roku Watson, Crick i Wilkins zostali laureatami

Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. Franklin, która zmarła w 1958 r. na

raka jajnika, nie została nagrodzona, Komitet Noblowski nie przyznaje bowiem

nagród pośmiertnie.

Przyszłość - sztuczne życie

Genetycy chcą uzyskać pierwszy organizm stworzony ze sztucznie dobranych

genów. Efekt może jednak posłużyć jako podstawa do prac nad nowymi rodzajami

broni biologicznej.

Craig Venter, prezes firmy Celera Genomics i genetyk, który w największym stopniu

przysłużył się do odczytania ludzkiego genomu pracuje nadj kolejnym

spektakularnym projektem. Wraz z dawnym wspólnikiem, laureatem nagrody Nobla

Hamiltonem Smithem, chce wyhodować w laboratorium całkowicie sztuczny

organizm. Zbudowany ludzką ręką jednokomórkowiec ma posiadać wystarczającą

ilość genów, aby móc żyć. Jeśli wszystko pójdzie tak, jak sobie to wyobrażają Venter

i Smith, organizm ten będzie pobierał pokarm i rozmnażał się dotąd, aż powstanie

cała populacja. Odważny zamiar budzi wiele wątpliwości etycznych. Sztuczny

organizm mógłby być wykorzystany do tworzenia broni biologicznych. Z drugiej

jednak strony eksperyment ten może pomóc w wykrywaniu i zwalczaniu obecnie

istniejących broni tego rodzaju. Według "Washington Post" projekt został

dofinansowany przez amerykańskie ministerstwo energetyki sumą 3 milionów

dolarów.

Sam pomysł stworzenia od podstaw nowego organizmu nie jest

nowy. Venter zajmował się problematyką minimalnego genomu

już w 1992 roku w założonym przez siebie Instytucie Badań

Genetycznych (TIGR). Wtedy powstał Minimal Genome Project,

w ramach którego dokładniej zbadano bakterię Mycoplasma

genitalium. Organizm ten żyje w ludzkim układzie odbytniczym i

ma zaledwie 517 genów. Jak stwierdzili naukowcy, wśród nich

jest tylko 300 niezbędnych do życia. Kontynuując prace nad tym

studium Venter i Smith chcą maksymalnie zredukować liczbę

genów, ułożyć je w łańcuchy DNA, wprowadzić do komórki

mikroba, z której usunięto naturalny materiał genetyczny i

pobudzić ją do życia. Prace nad tym zajmą liczącemu około 25

osób zespołowi najbliższe 3 lata. "Mamy nadzieję, że

znajdziemy molekularną definicję życia" - stwierdził Venter -

"Naszym celem jest zrozumienie fundamentalnych elementów naprymitywniejszych

żywych komórek".

Leksykon :

gen - odcinek DNA lub RNA, który stanowi jednostkę informacji dziedzicznej

genom - całkowite DNA zawarte w chromosomach danego gatunku; genom zawiera

niemal całą informację potrzebną do określenia wszystkich właściwości organizmu.

nukleotydy - pojedyncze składniki budulcowe DNA i RNA

kodon - trzy następujące po sobie nukleotydy w łańcuchu DNA lub RNA

oznaczające określony aminokwas albo początek bądź koniec obszaru kodującego

para zasad - komplementarna para zasad DNA lub RNA stabilizująca strukturę

podwójnej helisy dzięki wiązaniom wodorowym między A i T (lub U w RNA) oraz G i

chromosomy - struktury jądra komórkowego, każdy z nich zawiera wysoko

skondensowaną podwójną helisę DNA związaną z białkami

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: