Leon Retief. Die DNS-sepie Episode 4

Crick se brief aan sy seun

 

DIE DNS-SEPIE EPISODE 4

 

Toe die twaalfjarige kosskoolleerling Michael Crick in Maart 1953 ‘n brief van sy pa oopmaak, was hy die eerste mens ter wêreld wat geweet het dat Francis Crick aan DNS begin dink het as ‘n kode: “It is like a code. If you are given one set of letters you can write down the others.” In kriptografiese terme is DNS in werklikheid ‘n “cipher” en nie ‘n kode nie. Crick het dit besef: “… genetic code sounds a lot more intriguing than genetic cipher.” Ek is nie baie seker wat Afrikaans is vir “cipher” nie maar aangesien almal in elk geval van DNS as kode praat maak dit seker nie saak nie.

Hierdie brief is in 2013 vir $6 miljoen verkoop. Die helfte van die wins is geskenk aan die Salk Instituut vir Biologiese Studies waar Crick professor was. Ek sou wat wou gee om daardie brief (of enige handgeskrewe dokumente uit daardie era) te besit maar helaas, so ‘n bedrag is meer as net so effens bo my vermoëns.

Die twee groot vrae wat nou beantwoord moes word was: Wat is die aard van die genetiese kode en hoe is DNS en RNS betrokke by proteïensintese?

Die flambojante fisikus George Gamow, altyd spiekeries uitgedos (meestal in wit) met ‘n uitbundige humorsin en ‘n liefde vir whiskey, vroue, towerkunsies en sy pienk Cadillac, het die probleem dadelik aangepak. In ‘n brief aan Crick het Watson geskryf: “Gamow was here for 4 days – rather exhausting as I do not live on whisky.”

Gamow het een oplossing na die ander voorgestel. Hy het die kode as ‘n wiskundige probleem benader en nie as ‘n biologiese een nie. Baie ander fisici het dieselfde fout gemaak deur aan te neem dat organismes volgens dieselfde elegante beginsels georganiseer is as die lewelose materie waarmee hulle bekend is. Die genome van lewende wesens is die grootste en mees fassinerende geskiedenisboek op aarde – hulle dra al die deurmekaar bagasie van dermiljoene jare se evolusie met hulle saam en hul binnegoed is nóg logies nóg elegant, maar daai binnegoed werk en dis wat tel.

In the Dooryard

current of air stirring the hostas       cat asleep beneath

the warmth of a star       bees flying about with bouquets

and hypodermics       lazy hours spread out on the grass

like a thin green blanket       discoloured with minor

activities       with my thoughts and their moving pictures

this would be a good day for dogs to finally stand on their

hind legs and speak       for Fate to answer our questions

for the rapture of childhood to occur again       for God to

lift the veil and show us the inner workings of a stone

like I said lazy hours       nothing much happening       so I do

what I always do       watch things get on with their lives

a young sparrow circling the plastic red birdfeeder

toad on the uncut lawn       carrying its underlife and ashes

a millipede performing its custodial duties in the mulch

its legs in Times Roman       typing its message

into the earth as it walks along       always the same one

for over 400 million years       keep your feet on the ground

                                                     keep your feet on the ground

Don Domanski

Ten spyte van sy gebrek aan sukses het Gamow tog ‘n belangrike rol vervul deur vergaderings te organiseer, bioloë op hul tone te hou en gedurig hul aandag op informasie as konsep te bly vestig. Volgens Alexander Rich: “What Gamow did was to bring a kind of enthusiasm to the problem, and an intensity and a focus.”

Crick het begryp dat die meganisme van kodering en die proses van proteïensintese ten nouste verwant moet wees, maar hoe sintese plaasvind en hoe gene daarvoor kodeer was nog heeltemal onbekend. Hy en die briljante jong ekspat Suid-Afrikaner Sydney Brenner (aan wie ook jare later ‘n Nobelprys toegeken is), het tot die gevolgtrekking gekom dat DNS en RNS nie kan dien as direkte template vir proteïensintese nie maar dat daar ‘n tussenganger moet wees: die adaptorhipotese. Dit het nukleïensure reduseer tot draers van informasie maar daar was nog geen manier waarop bewys kon word dat die aminosuurvolgorde van ‘n proteïen deur ‘n geen gekodeer word nie. Oordrag-RNS (tRNA) is in 1958 ontdek en as hierdie tussenganger/adaptor geïdentifiseer.

Nou moes daar gesoek word na ‘n maklik beskikbare proteïen en ‘n variant daarvan wat gekoppel kon word aan ‘n verandering in die geen wat daarvoor kodeer. Crick en Vernon Ingram se eerste keuse was lisosiem, ‘n ensiem wat in eiers en menslike trane voorkom. Dit was nie ‘n sukses nie – hulle kon nie lisosiem van verskillende voëlspesies vergelyk nie en selfs al het Crick uie geskil in ‘n poging om sy traanproduksie te verhoog kon hulle nie positiewe resultate kry nie.

Sekelselanemie, die gevolg van ‘n afwyking in menslike hemoglobien, is in 1917 beskryf. Dit word so genoem omdat die rooibloedselle van mense met hierdie siekte ‘n naastenby sekelagtige vorm aanneem.

Normale en sekelvormige rooibloedselle

In 1949 het James Neel getoon dat hierdie siekte die gevolg is van ‘n mutasie in ‘n enkele geen. Later dieselfde jaar het Linus Pauling se groep vasgestel dat normale diskusvormige rooibloedselle hemoglobien A bevat en sekelselle hemoglobien S. Ingram het hemoglobien S verder ondersoek en gevind dat die twee molekules met ‘n enkele aminosuur verskil: glutamiensuur in hemoglobien A is op een plek in hemoglobien S vervang deur valien. Interessant genoeg was sy voorraad hemoglobien S afkomstig van monsters wat deur ‘n vorige navorser in die laboratorium se vrieskas agtergelaat is. Die kode was steeds ‘n misterie, maar daar is nou ondubbelsinnig getoon dat ‘n mutasie in een geen (DNS) die oorsaak was van ‘n verandering in die aminosuurvolgorde van ‘n proteïen.

Anemie

Seshonderd basisse van die DNS

uit die naald agtermekaar

op een enkele een na

en ek het nie diskusse in my are nie,

net die rooibloedselle

in die vorm van sekels

Pirow Bekker

Alhoewel Gamow, ander fisici en wiskundiges wat aan informasieteorie gewerk het se pogings om die kode te ontsyfer vrugteloos was het dit Crick aan die dink gesit en hy het die sogenaamde “sentrale dogma” geformuleer: “… once information (meaning here the determination of a sequence of units) has been passed into a protein molecule it cannot get out again, either to form a copy of the molecule or to affect the blueprint of a nucleic acid.” Hierdie dogma geld steeds alhoewel baie bioloë wat nie die moeite gedoen het om Crick se oorspronklike formulering te gaan lees nie dit verkeerd verstaan. (As ek nou ‘n vloermoer gegun mag word: Dit gebeur steeds, ook baie dikwels by sogenaamde “wetenskap” joernaliste en mense wat in universiteite se PR-afdelings werk en persvrystellings pleeg.) James Watson is deels verantwoordelik vir hierdie misverstand omdat hy dit in sy andersins uitstekende boek The Molecular Biology of the Gene (1965) verkeerd weergegee het. Dieselfde word ook gevind by die sogenaamde kontroversie oor rommel-DNS waar rommel-DNS en nonkoderende DNS verwar word terwyl hierdie onderskeid al in die 1970’s uitgewys is. Dit wil my voorkom asof Crick die woord “dogma” min of meer op die ingewing van die oomblik gebruik het en later nie so baie daarvan gehou het nie. Maar nou ja, woorde steek vas en bly in gebruik.

Die sentrale dogma het ander insigte tot gevolg gehad. Daar is besef dat ‘n geen nie sommer op ‘n goeie dag ‘n bevlieging kry en sy ding begin doen nie – iets moet instruksies gee en dis hier waar vier navorsers baanbrekende insigte gelewer het: die biochemikus Jacques Monod, die mediese dokter/genetikus Francois Jacob, die mikrobioloog André Lwoff en die fisikus Leo Szilárd.

Monod (hy het ‘n groot belangstelling in eksistensialisme gehad en was bevriend met Camus) was aktief in die Franse weerstand tydens WO2 en later stafhoof van die Franse magte in die vasteland. Voor die Geallieerde inval in Normandië het hy gehelp om Duitse boodskappe te onderskep, informasie te verskaf wat die Geallieerde lugmagte gehelp het om Duitse treine in Frankryk te bombardeer en die verskaffing van wapens deur middel van valskerms aan die weerstandsbeweging te organiseer. Crick het Monod as volg beskryf: “Never lacking in courage, he combined a debonair manner and an impish sense of humor with a deep moral commitment to any issue he regarded as fundamental.” Hy is later die Croix de Guerre en die Amerikaanse Bronze Star toegeken.

Jacob, met ‘n belangstelling in alle vertakkings van die filosofie, was verbonde aan die mediese afdeling van die Franse tweede pantser divisie en is gewond in ‘n Duitse lugaanval. Hy het Frankryk se hoogste toekenning vir dapperheid ontvang, die Ordre de la Libération, sowel as die Légion d’Honneur en die Croix de Guerre.

Leo Szilárd was deel van die Manhattan-projek maar Hiroshima en Nagasaki het hom so gewalg dat hy fisika vaarwel toegeroep het en ‘n aktiewe voorstander van kernontwapening geword het. Monod en Szilárd het mekaar die eerste keer gesien tydens ‘n konferensie by die beroemde Cold Spring Harbor Laboratory in 1947 waar Monod hom as volg beskryf het: “… a short fat man in the front row of the audience, who seemed to be asleep… with his round face and fat belly, (he) looked like a petty Italian fruit-merchant, dozing in front of his shop.”

Monod was verras om na die vergadering te vind dat die skynbaar slapende omie al sy navorsing op die punte van sy vingers geken het. Toe Jacob hom later ontmoet het die fisikus hom in ‘n hoekie vasgekeer, intensief ondervra, elke antwoord in ‘n notaboek aangeteken en die boekie aan Jacob oorhandig met die kortaf bevel: “Jou handtekening onderaan!”

Synde bekend met die wiskundige fondament van informasieteorie het Szilárd ‘n belangrike konsep aan Monod, Jacob en Lwoff tuisgebring: negatiewe terugvoer, ‘n begrip in informasieteorie en ingenieurswese wat spoedig in molekulêre biologie gevestig is. Kortweg gestel, hoe hoër die konsentrasies van die stowwe waarop ensieme inwerk (die substraat), hoe meer aktief word die geen en hoe meer ensiem word vervaardig en andersom: hoe hoër die konsentrasies van die eindprodukte van die ensiematiese reaksie, hoe meer word die geen se aktiwiteit onderdruk en hoe minder ensiem word gemaak. Iets “vertel” die gene wanneer om aan of af te skakel, maar wat? Dit is nie die substraat of eindproduk wat direk hierby betrokke is nie. Daar is gesoek na ‘n onderdrukker wat gene onderdruk en ‘n induseerder wat gene aktiveer, maar sonder sukses.

Leo Szilárd, na ‘n lesing deur Werner Maas, het aan Monod voorgestel dat daar nie ‘n induseerder of onderdrukker is nie maar ‘n anti-induseerder, iets wat ‘n induseerder inhibeer. Ek is seker dat Monod aan homself gesê het: Aha! Terug na die proefbuise! Kort daarna, in ‘n beknopte laboratorium in ‘n solder van die Pasteur Instituut in Parys, het hulle die lac-operon ontdek – die eerste regulerende geen, een wat nie vir ‘n ensiem of strukturele proteïen kodeer nie. Nie baie lank daarna nie is ander regulerende gene ontdek wat vir RNS kodeer, is die onderskeid tussen koderende en nie-koderende gene gemaak en is besef dat dit nie net proteïenkoderende gene is wat funksioneel is nie.

Monod en Jacques in hul solderlaboratorium

Hierdie was ‘n groot konsepsionele deurbraak en die drietal se bydrae tot molekulêre biologie kan met dié van Crick en Watson vergelyk word. Monod is in 1976 aan leukemie oorlede. Jacob het later die volgende oor hul ontdekking geskryf: “Our breakthrough was the result of ‘night science’: a stumbling, wandering exploration of the natural world that relies on intuition as much as it does on the cold, orderly logic of ‘day science.’ ”

The Laboratory Midnight

Science is what the world is, earth and water.

And what its seasons do. And what space fountained it.

It is forges hidden underground. It is the day’s slow salvo.

It is in the closed retort, and it is not yet.

It looks up and counts the perseids in August,

A fire from nowhere like signals in the sky

And it looks for your portents, as redmen on a hill,

In the white stream where Altair swims with the andromedae.

Now you who know what to believe, who have God with you

By desk and bed, blue fire in the stove,

Whom the rains from the northeast alter, but perféct,

Into new powers, and new pities, and new love;

Go look in lava flows for newer elements,

And dismantle the electric shape of matter like a house;

And weigh the mountains in small pocket scales;

Break buds; inquire into the senses of the mouse;

And if you are unpanicked, tell me what you find

On how the sun flies, and the snow is spent;

What blasts and bessemers we live in, that dissolve

All the loam loaned to spine and ligament.

Reuel Denny

Ten spyte van Crick, Szilárd, die drie Franse en ander navorsers was die geheim van die genetiese kode nog steeds… ‘n geheim. Die ontsyfering daarvan het uit ‘n heeltemal onverwagte oord gekom.

 

 

Bookmark and Share

Los kommentaar