Revoluční objev struktury DNA v roce 1953 navždy změnil biologii a medicínu. Jak tento převratný objev probíhal a jaký měl dopad?
Objev struktury deoxyribonukleové kyseliny (DNA) v roce 1953 Jamesem Watsonem a Francisem Crickem, s klíčovým přispěním Rosalind Franklinové a Maurice Wilkinse, představuje jeden z největších vědeckých průlomů 20. století. Tento objev odhalil molekulární podstatu dědičnosti a otevřel zcela nové možnosti v biologii, medicíně a mnoha dalších odvětvích. „Objev dvojité šroubovice DNA v roce 1953 byl milníkem v historii vědy. Odhalil totiž, jakým způsobem je genetická informace uložena a předávána z generace na generaci. Tento objev položil základy moderní molekulární biologie a biotechnologie a měl obrovský dopad na medicínu, zemědělství a další obory lidské činnosti,“ píše k tématu zdravotnický magazín zdravizivot.cz.
Před Watsonem a Crickem bylo známo, že DNA hraje klíčovou roli v dědičnosti, avšak její přesná struktura zůstávala záhadou. Klíčovým experimentem, který ukázal, že nositelem genetické informace je DNA a nikoli proteiny, jak se dříve věřilo, byl experiment Oswalda Averyho, Colina MacLeoda a Maclyna McCartyho z roku 1944. „Studie chemické povahy látky vyvolávající transformaci pneumokokových typů. Indukce transformace frakcí deoxyribonukleové kyseliny izolované z pneumokoka typu III,“ tak zní název jejich klíčové práce, publikované v Journal of Experimental Medicine v roce 1944 (Avery O, MacLeod C, McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. 1 Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. 2 J Exp Med. 1944, roč. 79, čís. 2, s. 137–158. Tento experiment definitivně potvrdil DNA jako nositelku genetické informace. Tento objev byl zásadní pro další výzkum a pochopení role DNA v dědičnosti. Ukázal, že DNA je skutečně nositelkou genetické informace, a ne proteiny, jak se dříve mylně předpokládalo.
Právě Watson a Crick přišli s modelem dvojité šroubovice, který elegantně vysvětloval, jak se genetická informace ukládá a replikuje. Jejich model byl postaven na datech získaných rentgenovou difrakcí DNA, především díky práci Rosalind Franklinové. Ta pořídila klíčové snímky, zejména „Fotografii 51“, které odhalily helikální strukturu molekuly. „Rentgenové difrakční studie prováděné Rosalind Franklinovou a Maurice Wilkinsem v King’s College London poskytly klíčové experimentální důkazy pro Watsonův a Crickův model. Franklinové „Fotografie 51“ byla obzvláště důležitá, protože jasně ukazovala X-tvar difrakčního obrazce, který naznačoval helikální strukturu DNA,“ uvádí italský univerzitní portál Il Bo Live. Bohužel, Rosalind Franklinová se Nobelovy ceny, kterou v roce 1962 obdrželi Watson, Crick a Wilkins, nedožila. Její přínos k objevu je však nezpochybnitelný a je jí věnována pozornost i na webu UniversitadelleDonne.it. Její práce byla klíčová pro pochopení struktury DNA a její role v dědičnosti. Bez jejích experimentálních dat by Watson a Crick nemohli svůj model sestavit.
Klíčovým článkem, který odstartoval éru molekulární biologie, byla publikace Watsona a Cricka v časopise Nature v roce 1953. „Chceme navrhnout strukturu soli deoxyribosy nukleové kyseliny (D.N.A.). Tato struktura má dvě nové rysy, které jsou podstatné biologickému zájmu,“ píší Watson a Crick v úvodu svého článku Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (WATSON, J. D.; CRICK, F. H. C. Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature. 1953-04-25, roč. 171, čís. 4356, s. 737–738. [cit. 2023-04-23]. Tento stručný, ale zásadní článek, popsal model dvojité šroubovice a jeho implikace pro genetiku.
Model dvojité šroubovice DNA se skládá ze dvou propletených řetězců nukleotidů, které se obtáčejí kolem společné osy a tvoří tak strukturu připomínající točité schodiště. Každý nukleotid se skládá z deoxyribózy (cukru), fosfátové skupiny a dusíkaté báze. Dusíkaté báze se dělí na adenin (A), thymin (T), guanin (G) a cytosin (C). Tyto báze se párují specifickým způsobem: adenin se váže s thyminem (A-T) a guanin s cytosinem (G-C). Toto párování bází je zásadní pro replikaci DNA a přenos genetické informace. „DNA se skládá ze dvou řetězců, stočených do pravotočivé dvojité šroubovice. Každý řetězec je tvořen cukr-fosfátovou kostrou, ke které jsou připojeny dusíkaté báze. Tyto báze se párují specifickým způsobem: adenin (A) s thyminem (T) a guanin (G) s cytosinem (C). Toto komplementární párování bází je klíčové pro replikaci DNA a přenos genetické informace,“ vysvětluje web Gendet.cz. Replikace DNA je proces, při kterém se DNA kopíruje, a toto párování bází zajišťuje, že kopie jsou přesné.
Objev struktury DNA měl obrovský dopad na vědu a společnost. Umožnil pochopit mechanismy dědičnosti, vývoje a fungování živých organismů. Stal se základem pro rozvoj genetiky, molekulární biologie, biotechnologie a mnoha dalších oborů. V medicíně vedl k vývoji nových diagnostických metod, genové terapie a personalizované medicíny. „Objev struktury DNA se stal jedním z nejdůležitějších milníků v dějinách vědy. Jeho dopady jsou dodnes patrné v mnoha oblastech, od medicíny a zemědělství až po forenzní vědy. Díky tomuto objevu jsme získali hlubší pochopení života a jeho procesů,“ shrnuje deník Hospodářské noviny. Tento objev tak ovlivnil mnoho oblastí lidského života a poznání.
I když se magazín dejinysveta.cz věnuje Mendelovým zákonům, které předcházely objevu DNA, explicitní zmínka o tomto revolučním objevu zde chybí. Z tohoto důvodu byl dnes publikován tento redakční článek.
