Wszystkiego najlepszego w dniu 60. urodzin, centralny dogmacie!

Zaledwie cztery lata wcześniej Crick i młody Amerykanin, Jim Watson, rozwiązali problem budowy DNA – podwójnej helisy – w oparciu o dane Rosalind Franklin. Crick, wówczas 41-letni, miał dostać Nagrodę Nobla za swoją pracę dopiero pięć lat później, ale już miał reputację znakomitego i głębokiego myśliciela. 

Wykład, zatytułowany „O syntezie białka”, wygłosił w University College London dla Society for Experimental Biology. Crick mówił w nim jak geny robią to, co robią. W owym czasie było to jeszcze bardzo mętne – niektórzy naukowcy nie byli nawet przekonani, że geny są zbudowane z DNA.

Crick przedstawił cztery kluczowe hipotezy o genach i ich związkach z białkami. Miał rację w każdej z nich. 

Zaczął od głównej rzeczy, jaką robią geny: kontrolują wytwarzanie białek.

Problemem badanym przez Cricka było to, że DNA jest po prostu ciągiem zasad chemicznych – A, C, T, G. Crick musiał wyjaśnić, jak komórka może przejść od jednowymiarowej sekwencji zasad w DNA do złożonych, trójwymiarowych struktur białkowych, które mogą przyjąć niemal dowolny kształt.

Odpowiedź Cricka była prosta: porządek zasad w genie – nazwał ją “genetyczną informacją” – odpowiada porządkowi aminokwasów, które tworzą białko i nic więcej. Nie ma trójwymiarowej informacji strukturalnej o białkach, jaka byłaby zakodowana w genie, twierdził. Nazwał to hipotezą sekwencji. W jakiś sposób komórka odczytuje informację w genie i zestawia aminokwasy jak koraliki na sznurku. Następnie cząsteczki białka spontanicznie składają się w końcową strukturę 3-D. Nadal nie łatwo nam przewidzieć 3-D strukturę białka z uporządkowania aminokwasów, ale hipoteza sekwencji Cricka trzyma się nadal.

Dla wyjaśnienia, jak komórka zestawia białko, Crick przewidywał, że muszą istnieć małe cząsteczki – nazywał je „adapterami” – które potrafią rozpoznać 20 różnych aminokwasów w organizmie i przyniosą je we właściwym porządku w miejsce, w którym zostaną zamienione w białko. Kiedy Crick wygłaszał ten wykład w Londynie, w amerykańskim laboratorium właśnie identyfikowano tę cząsteczkę. Nazywa się obecnie „transportujący RNA”.

Francuski genetyk François Jacob był wśród publiczności. Opisał wykład Cricka w swoich pamiętnikach:

“Wysoki, kwiecisty, z długimi bokobrodami, Crick wyglądał jak Anglik z ilustracji XIX-wiecznych książek o Phileasie Foggu lub angielski konsument opium. Mówił nieustannie. Z wyraźną przyjemnością i elokwentnie, jak gdyby bał się, że nie starczy mu czasu na wszystko. Przechodził jeszcze raz przez swój pokaz, żeby upewnić się, że został zrozumiany. Przerywając zdania głośnym śmiechem. Zaczynając znowu z odnowioną energią i w tempie, któremu miałem trudności dotrzymać kroku… Crick był olśniewający”. 

Najbardziej kontrowersyjną i wpływową częścią wykładu było to, co nazwał centralnym dogmatem. Crick wyjaśnił, że kiedy białka są syntetyzowane, informacja jest pobierana od cząsteczki DNA najpierw do cząsteczki RNA, a potem zostaje użyta do stworzenia białka. 

Przed wykładem narysował mały diagram, żeby wyjaśnić, o co mu chodzi. Strzałki pokazują to, co Crick nazywał przepływem informacji od DNA do RNA do białka. DNA i RNA mogły także kopiować same siebie, więc były też strzałki idące od DNA do DNA i od RNA do RNA. 

Ponieważ dane eksperymentalnie nie były wyraźne, Crick zaakceptował, że, tylko być może,  DNA mogłoby prowadzić bezpośrednio do wytwarzania białek, więc tam także narysował strzałkę (w rzeczywistości tak nie jest).

Najważniejszym punktem było to, że – jak to ujął Crick – kiedy informacja już przeszła z DNA do białka, nie może powrócić do DNA. Nie ma szlaku biochemicznego dla białka, dzięki któremu mogłoby zmienić nasz DNA.

Crick sądził, że powinno być możliwe przejście informacji z RNA do DNA i później okazało się, że istotnie tak jest, kiedy odkryto, że pewne wirusy RNA potrafią dostać się do naszego DNA. Ale droga od białka do DNA nie jest możliwa.

Ten centralny dogmat podkreśla, że ani białka, ani doświadczenia życiowe nie mogą zmienić sekwencji naszego DNA. Ostatnie 60 lat badań dowiodły, że jest to poprawne. Darwin sądził, że indywidualne doświadczenie zmieniało cechy przekazywanie potomstwu – na przykład, uważał za oczywiste, że kowale mają dzieci z dużymi ramionami.

W przypadku ludzi i większości zwierząt nie jest to możliwe, ponieważ komórki, które tworzą nasze potomstwo (jajeczka i plemniki) są całkowicie oddzielone od komórek, z których zbudowane są nasze ciała. Pokazał to August Weismann pod koniec XIX wieku.

U niektórych zwierząt jednak i w roślinach, grzybach i wszystkich organizmach jednokomórkowych to oddzielenie nie istnieje. Niemniej, centralny dogmat Cricka pokazuje, że nie ma szlaku biochemicznego od białka do DNA. Twoje przeżycia nie mogą na nowo okablować twojego DNA.

Mimo podniecenia tym, co nazywa się epigenetyką, która wyjaśnia, jak geny mogą być włączanie i wyłączane przez środowisko, to nigdy nie prowadzi do zmiany naszych sekwencji DNA. Dogmat Cricka był całkowicie słuszny.

Crick przyznał potem z rozbawieniem, że kiedy ukuł ten zwrot, nie wiedział dokładnie, co znaczy dogmat. Chodziło mu o to, że było to podstawowe założenie o tym, jak działają geny. Jakakolwiek jednak jest tego nazwa, „dogmat” nadal nie został podważony.

Końcowym znakomitym przewidywaniem Cricka było to, że w przyszłości biolodzy będą używać danych o sekwencjach do zrozumienia ewolucji przez porównywanie sekwencji różnych gatunków.

W 1957 r., kiedy Crick wygłaszał swój wykład, sekwencje białek znane były dla tylko pięciu organizmów, podczas gdy sekwencjonowanie DNA było science fiction i miało stać się rzeczywistością dopiero 20 lat później. Ale to właśnie stało się i obecnie możemy zrozumieć z niesamowitymi szczegółami, jak ewoluowały organizmy dzięki porównywaniu ich sekwencji, dokładnie tak, jak to sugerował Crick.

Wykład Cricka, który został opublikowany w następnym roku, jest nadal czytany i cytowany przez naukowców na całym świecie. Jest to pomnik jasnego i penetrującego myślenia jednego z największych umysłów XX wieku. Francis Crick miał rację w swoich kluczowych przewidywaniach i istotnie zmienił logikę biologii.

_________________

JAC: Matthew Opublikował ciekawy artykuł w PLOS Biology: Cobb, M. 2017. 60 years ago, Francis Crick changed the logic of biology. PLOS Biology, online, published: September 18, 2017. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2003243

Happy 60th birthday central dogma

Why Evolution Is True, 19 września 2017

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska