Hver var James Dewey Watson og hvert var hans framlag til erfðafræðinnar?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver var James Dewey Watson og hvert var hans framlag til erfðafræðinnar?
James Dewey Watson var fæddur í Chicago árið 1928 og ólst þar upp. Árið 1947 brautskráðist hann frá Chicago-háskóla með B.Sc.-próf í dýrafræði. Á þessum árum var hann áhugasamur fuglaskoðari. Hann var síðan í doktorsnámi við Indiana-háskólann í Bloomington undir leiðsögn Salvadors E. Luria (1912-1991) sem hlaut Nóbelsverðaun í læknisfræði árið 1969 fyrir rannsóknir á bakteríuveirum. Doktorsverkefni Watsons snerist um áhrif röntgengeislunar á fjölgun bakteríuveira.

Að doktorsprófi loknu var Watson eitt ár í Kaupmannahöfn og vann þar á rannsóknarstofum Hermans Kalckar og Ole Maaløe. Haustið 1951 flutti hann sig um set til Cavendish-rannsóknarstofunnar í Cambridge. Þar hitti hann fyrir eðlisfræðinginn Francis Crick (1916-2004) sem var doktorsnemi og fékkst við kristalgreiningu prótína. Báðir höfðu þeir velt fyrir sér hlutverki deoxýríbósakjarnsýru, DNA, sem sumt benti nú til að væri erfðaefni lífvera. Mikið skorti hins vegar á að menn þekktu byggingu DNA-sameinda til fulls og hvernig þær gætu gegnt hlutverki erfðaefnis. Flestir töldu enn líklegra að prótín gegndu því hlutverki.

Vitað var að DNA-sameindir eru settar saman úr einingum sem nefnast kirni, en kirnin eru gerð úr sykrusameind (deoxýríbósa), fosfathópi og niturbasa. Niturbasarnir eru af fjórum gerðum, adenín (A), gúanín (G), týmín (T) og cýtósín (C), og eru tengdir við sykrusameindirnar með samgildum tengjum. Það eru hins vegar samgild tengi milli sykru- og fosfathópa kirnanna sem binda þau saman í keðjur. Menn vissu að þær geta verið afar langar og að þær fyrfinnast í litningum allra lífvera. En ekkert var vitað um lögun DNA-keðjanna eða fyrirkomulag þeirra í litningum.

Það sem einna helst benti til þess að DNA væri erfðaefni lífvera voru tilraunir sem örverufræðingurinn O.T. Avery (1877-1955) og samstarfsmenn hans við Rockefeller-stofnunina í New York höfðu gert með bakteríuna Pneumococcus. Þeir höfðu sýnt fram á að DNA úr einum stofni bakteríunnar getur valdið ákveðinni arfgengri breytingu á öðrum stofni hennar, ummyndað hann eins og sagt var. Þetta voru vandaðar tilraunir sem vöktu talsverða athygli, sérstaklega meðal erfðafræðinga, en skoðanir um þær voru skiptar. Þeir sem höfðu nær óbifandi trú á erfðahlutverki prótína, og þeir voru margir, töldu hugsanlegt að örlítið af prótíni leyndist í DNA-sýnum Averys og það væri það sem flutt hefði erfðaboðin á millli bakteríustofnanna. Þeir Watson og Crick virðast hins vegar ekki hafa haft trú á slíkum skýringum.

Þeir félagar tóku fljótlega til við smíð líkans af DNA-sameindinni byggt á þeirri vitneskju um byggingu hennar sem fyrir lá, en sjálfir gerðu þeir engar tilraunir með DNA. Þeir höfðu allmikil samskipti við eðlisfræðinginn Maurice Wilkins (1916-2004) sem vann að rannsóknum á DNA við King's College í London ásamt Rosalind Franklin (1920-1958) sem einnig var eðlisfræðingur, en miklir hnökrar voru á samstarfi þeirra tveggja. Þau beittu röntgenmyndatækni við rannsóknir sínar, en ljóst þótti að sú tækni væri einna líklegust til að veita haldgóða vitneskju um byggingu DNA-sameinda. Túlkun röntgenmyndanna gat þó verið vandasöm.

Á ýmsu gekk hjá Watson og Crick við líkansmíðina. Þríþátta líkan leit dagsins ljós en var skjótlega hafnað og vinna lá niðri um tíma. En í janúar 1953 fengu þeir aðgang að afbragðsgóðri röntgenmynd sem Franklin hafði tekið af svonefndu B-formi DNA-sameindar. Einnig barst þeim í hendur ransóknarskýrsla sem Franklin hafði skrifað. Hvort tveggja gerðist án vitundar Franklins. Enn er deilt um hvort þetta hafi ráðið úrslitum um líkansmíðina, en svo fór að allt small saman í febrúar og í apríl birtu Watson og Crick grein í tímaritinu Nature þar sem þeir lýstu nýju og glæsilegu líkani. Jafnframt birtust greinar eftir Wilkins og Franklin þar sem röntgengeislagreiningu þeirra er lýst. DNA-byggingin sem líkanið sýnir var í raun ósönnuð þegar greinin var birt en hún hefur staðist alla gagnrýni. Wilkins átti mestan þátt í að sannprófa hana. Þeir Watson, Crick og Wilkins hlutu Nóbelsverðlaun í læknisfræði fyrir þessar rannsóknir árið 1962. Franklin hafði látist árið 1958.

Watson og Crick við líkan sitt af DNA.

Helstu einkenni líkans þeirra Watsons og Cricks eru þau að sameindin er tvöfaldur gormur eða helix þar sem sykru- og fosfathópar keðjanna tveggja eru að utanverðu en niturbasar þeirra vita inn á við. Þeir snúa þvert á lengdaröxulinn og parast þar með reglubundnum hætti fyrir tilverknað veikra efnatengja, svonefndra vetnistengja. A parast ævinlega við T og G við C. Röð basapara í helixnum er hins vegar engum takmörkunum háð. Því var ekkert því til fyrirstöðu að helixinn gæti borið erfðaboð sem fælust í kirnaröð þáttanna.

Líkanið gaf skýra vísbendingu um einfalda aðferð til eftirmyndunar DNA-sameindarinnar. Við eftirmyndunina mundu hinir tveir þættir sameindarinnar skiljast að og hvor þeirra um sig síðan verða notaður sem mót við gerð nýrrar tvöfaldrar sameindar. Þannig fengjust tvær nýjar sameindir sem báðar væru eins og móðursameindin. Þetta hefur reynst rétt, en eftirmyndunin er þó langt frá því að vera einfalt ferli. Til hennar þarf mjög flókið efnakerfi.

Eftir þetta fór Watson aftur til Bandaríkjanna og starfaði í tvö ár við California Institute of Technology. Var síðan eitt ár í Cambridge, en árið 1956 fékk hann stöðu við líffræðideild Harvard-háskóla í Boston og varð prófessor þar. Rannsóknir hans snerust um hlutverk RNA í prótínmyndun. Árið 1974 flutti Watson til Cold Spring Harbor á Long Island og varð forstöðumaður hinnar þekktu rannsóknarstöðvar þar. Því starfi gegndi hann í 35 ár. Stöðin efldist mjög undir hans stjórn og þar voru stundaðar merkar rannsóknir, til dæmis í krabbameinsfræðum. Á árunum 1990-1992 var Watson forstöðumaður Rannsóknaráætlunar um að raðgreina erfðaefni mannsins (The Human Genome Project).

Árið 1968 kom út bók Watsons The Double Helix þar sem hann segir uppgötvunarsögu tvöfalda helixins. Bókin er líflega skrifuð og þótti bregða óvæntu ljósi á starfshætti vísindamanna. Hins vegar var Watson gagnrýndur nokkuð harðlega fyrir lýsinguna á Rosalind Franklin í bókinni. Mörgum þótti hún óviðeigandi og ósanngjörn. Þau höfðu þó átt vinsamleg samskipti eftir 1953, en Franklin lést sem fyrr segir árið 1958.

Watson hefur líka skrifað kennslubækur og er framlag hans á því sviði reyndar mjög merkilegt. Fyrsta kennslubók hans var Molecular Biology of the Gene sem fyrst kom út árið 1965 og síðan í mörgum útgáfum. Bókin einkennist af mjög skýrri framsetningu þar sem köflum er skipt upp í tiltölulega stutta efnisþætti sem kynntir eru með lýsandi fyrirsögnum. Hún hefur verið notuð við kennslu í sameindalíffræði víða um heim, meðal annars hér á Íslandi. Önnur afbragðsgóð kennslubók í svipuðum stíl sem Watson var meðhöfundur að er Molecular Biology of the Cell sem fyrst kom út árið 1984.

Myndir:

• Watson: NobelPrize.org. Sótt 4. 10. 2011.
• Watson og Crick: Melbourne Medical School. Sótt 4. 10. 2011.

...