Student World

Jaké úvahy stály za objevem struktury deoxyribonukleové kyseliny, jaké myšlenkové postupy se při tom uplatnily a na jaké hlavní překážky Watson a Crick naráželi? Proč máme dvoj a ne třeba trojšroubovici? Kniha "Tajemství DNA" je na světě již nějakou dobu; je to však spíše deník či vzpomínkový záznam než publikace vysloveně vědecká, a proto se na ní čas nijak výrazně nepodepsal…

Watson tuto knihu napsal jako vzpomínku na dobu, kdy coby 25letý doktorand uskutečnil svůj největší objev. Jedná se o paměti výrazně subjektivní, které se objektivitu ani nesnaží předstírat.
Text ukazuje, že vědci nemusejí být nutně geniální; jsou často osobně nesympatičtí, podivíni nebo mimo svůj obor dokonce i primitivové. Taktéž navzájem žárlí na své úspěchy. Řada problémů existuje ve vědě kvůli tomu, že vědci na jednu stranu potřebují spolupracovat, na druhé straně však nechtějí ostatní nechávat příliš nahlížet do své kuchyně a část výsledků různě tají (k tomu se pak přidružují další etické problémy – např. za jakých podmínek je přístupné paralelně pracovat na něčem, v čem se angažuje už kolega).
Watson se vyjadřuje se sympatickou drtivou upřímností, která je mnohdy současně čirou nezdvořilostí. Třeba o Rosalin Franklinové mluví bez ohledu na její předčasnou smrt jako o pomatené feministce a popisuje, jak ho jednou téměř fyzicky napadla. Mimochodem – ani oba objevitelé Watson a Crick ale z textu nevycházejí v nijak zvlášť příznivých barvách. Mj. zde najdete i takovou perličku, že Francic Crick si zpaměti vůbec nepamatoval chemické vzorce jednotlivých dusíkatých bází.
Watsonovy vzpomínky ukazují, že objevy se nemusejí nutně podařit těm "nejlepším". I přes určitý švih jsou však různé společenské či politické exkurzy poněkud nudné a osobně mi až příliš připomínaly různé seriály či portréty slavných lidí. Dál nás bude tedy zajímat spíše to, co kniha říká o vlastním zápolení se strukturou nukleových kyselin a mechanismem jejich replikace.

Kolem roku 1950 ještě nebylo známo, jaký je přesně vztah mezi DNA, RNA a proteiny, i když přesvědčení, že proteiny se nějak syntetizují podle nukleových kyselin, už bylo většinou přijímáno (na počátku 40. let se naopak předpokládalo, že i vlastní geny mají povahu proteinů; teprve koncem druhé světové války byly provedeny Averyho experimenty, které upřednostňovaly roli nukleových kyselin).
Na počátku 50. let se už také poměrně spolehlivě vědělo, že základní jednotku DNA představuje nukleotid. Cukr i fosfát jsou stále stejné, dusíkatá báze naproti tomu nikoliv – a právě tato "písmenka" tedy logicky zajišťují genetickou variabilitu a tvoří nosiče informace. Otevřeným problémem naproti tomu bylo, jak je molekula s nepravidelně uspořádanými písmenky poskládána ve větším měřítku. Nebyl znám ani vlastní mechanismus replikace DNA.

Slavný americký chemik Linus Pauling navrhl zřejmě jako první model, v němž byla molekula DNA uspořádána do šroubovice (už bylo známo, že podobný tvar mají i některé proteiny). Nebylo však vůbec známo, kolik by šroubovice měla mít vláken – uvažovalo se o čísle 1, 2, 3 i 4.
Objasnění měla dát rentgenová krystalografie (tu prováděla právě Franklinová), pokrok dosahovaný tímto způsobem byl však pomalý. Watson se netají tím, že jeho ani Cricka příliš nebavilo experimentovat a raději si hráli s "dětskými" skládačkami různých molekul podobným těm, které se používají pro výukové účely na ZŠ :-). Práce se jim pak zpomalovala kvůli různým "prkotinám", např. když mechanik nedokázal dostatečně svižně vyrobit atomy fosforu požadovaných vlastností.

Cesta vpřed byla vroubena mnoha omyly. Třeba Linus Pauling se ve svém modelu DNA podle Watsona zmýlil na úrovni středoškolské chemie, když předpokládal, že fosfátové zbytky na sobě mají pevně navázány atomy vodíku (přitom DNA jako kyselina musela existovat v roztoku téměř jistě jako aniont).
Watson a Crick zase v jedné ze svých raných verzí navrhli model trojšroubovice, kterou by pohromadě držely ionty hořčíku. Dlouho byli také přesvědčeni, že báze se nacházejí na vnější straně řetězce.

Jasné v té době nebylo ani to, jak se DNA kopíruje – zda se vytváří její "zrcadlový otisk" a nebo totožné vlákno. "Komplementární" verze se začala prosazovat ve chvíli, kdy se ukázalo, že molekuly obsahují dvojice bází A-T a C-G ve stejném množství (to objevil jako první zřejmě Erwin Chargaff). Představa zrcadlových otisků byla také logičtější a elegantnější z hlediska geometrického. Nicméně Watson a Crick až téměř do konce uvažovali i o možnosti, že ve dvojšroubovici proti sobě stojí vždy stejná báze proti stejné.
Rozhodují krok vpřed znamenalo schéma dvojice bází v rovině proti sobě, držené v této poloze vodíkovými můstky. Watson a Crick se ovšem dlouho obávali, že vodíkové vazby nemohou mít potřebnou přesnou specifičnost, protože purinové a pyrimidinové kruhy existují v řadě tautomerních (především keto-enol) forem, kde atomy vodíku různě skáčí – a tedy ani geometrie báze není stálá. Teprve později se ukázalo, že jedna z tautomerních verzí převládá natolik, aby vytvořené vodíkové vazby mohly být stabilní a držet tvar celé molekuly.
Především díky dětským modelům a úvahám vycházejícím z "geometrie" tak bylo nakonec odhaleno, jak se dvojice bází drží v jedné rovině uvnitř šroubovice – v první fázi Watson mimochodem neuvažoval ani třetí vodíkovou vazbu v páru guanin-cytosin.

Při výzkumu struktury DNA sehrálo roli i studium virů, tedy nukleových kyselin "žijících samy o sobě". Oba objevitelé konkrétně pracovali s TMV, virem tabákové mozaiky.

James D. Watson: Tajemství DNA, Academia, Praha, 1995

autor Pavel Houser