Anélkül, hogy felidéznénk a tudományelmélet szakembereinek a tudományos forradalmak feltételeire, körülményeire és meghatározására vonatkozó megállapításait, elmondhatjuk, hogy mindaz, ami a biológiában 1953 után bekövetkezett, a szó legszorosabb értelmében tudományos forradalom. Ez az év a legtöbb tudománytörténész szemléletében egy új tudományág: a molekuláris biológia rövid, de máris diadalmas útjának a kezdete. Ami nem azt jelenti azonban, hogy a forradalom, amit a molekuláris biológia magával hozott, előzmények nélkül zajlott le.
A BIOLÓGIA MOLEKULÁRIS MEGKÖZELÍTÉSE
A „molekuláris biológia” kifejezés eredetére vonatkozó vélemények megoszlanak. Eugene L. Hess (National Science Foundation, Molekuláris Biológia Szakosztály, Washington) A molekuláris biológia eredete című, 1970-ben a Science-ban megjelent cikkében W. T. Astbury-nek (krisztallográfus, a biomolekuláris szerkezet professzora a Leeds-i Egyetemen 1928–1961 között) tulajdonítja a kifejezést. Az ugyancsak washingtoni Fred E. Hahn azonban idézi F. O. Schmitt professzort (a „neurosciences” szupertudományának a tanára a Massachusetts-i Technológiai Intézetben), aki szerint a terminust a cseh J. E. Purkinje már több mint száz évvel ezelőtt használta! Kendrew (Crick kollégája Cambridge-ben) a molekuláris biológia eredetét a biológiai anyagok röntgensugaras vizsgálatára vezeti vissza. Ismert biokémikusok hol komolyan (például Edsall), hol csípősen (például a nagy nukleinsav-vegyész E. Chargaff) a biokémia „szinonimájának” tekintik a molekuláris biológiát: utóbbi szerint a molekuláris biológia nem más, mint „a biokémia szabadalom nélküli gyakorlása”. A klasszikus biológiát nosztalgikusan visszasírók (például a zoológus Grobstein), akik a molekuláris biológia zsarnokságáról beszélnek és annak redukcionista voltát a biológia holista („holos” görögül: egész) arculataira nézve fenyegetőnek tartják, a szellemi ártalomtan (károsodástan – intellectual teratology) kifejezést használnák a legszívesebben.
„A felismerés, hogy a biológiai struktúrák valóban molekuláris alapokon szervezettek, a molekuláris biológia kifejlődésének az elengedhetetlen feltétele volt. Noha többségünk számára a molekuláris szempont pusztán axiomatikusnak tűnhet, a fogalom megszületését hosszú és nehéz vajúdás előzte meg – állapítja meg Hess.
A hemoglobin – több kulcsfontosságú élettani folyamat vegyi „főszereplője” – kristályos formáját már 1940-ben előállították, s azóta számos fehérjét sikerült kristályosítani. A kristályosodás sikere az élő anyag „alkatrészeinek” tiszta formában való elkülöníthetőségét és fizikai módszerekkel, például színképelemzéssel való tanulmányozhatóságát jelentette. Ebből a szempontból jelentős hozzájárulás volt az orosz botanikus, Cvett kromatográfiás eljárásának kidolgozása (1906), a röntgensugaras fehérjeszerkezeti kutatások (Bragg, Bernal, Astbury, Pauling, Kendrew, Corey, Branson) sikere és az a felismerés (Wyman és Allen), hogy a fehérjemolekulák térszerkezeti változásai fontos szerepet játszanak az enzimatikus vegyfolyamatokban.
A SZÁZÉVES NUKLEINSAV
Míg az egyéb biológiai jelentőségű építők (elsősorban a fehérjék, poliszaccharidok) megismerése óriás léptekkel haladt, addig a nukleinsavak tanulmányozása területén érthetetlen lemaradást kellett nyugtázni.
Friedrich Miescher, egy baseli orvos fia, aki maga is orvosit végzett, 1868-ban Tübingenbe utazott a német élettani kémia iskola akkori kiemelkedő professzorához, Hoppe-Seylerhez, hogy a sejtmag vegyi összetételét tanulmányozza. 1869-ben sikerült gennysejtekből egy nukleinnek nevezett foszfortartalmú savas anyagot kivonnia – s akkortól számítjuk a nukleinsavak felfedezését. Tudománytörténeti érdekességként megemlíthető, hogy Mendel és Miescher, akiknek felfedezései csaknem egy évszázad múlva kerültek „testvéri közelségbe” a kettős hélix révén, kortársak voltak, s így potenciálisan már akkor megvolt a lehetőség a genetika molekuláris alapjainak a megteremtésére. Csak hát hiányzott néhány összekötő láncszem, nem beszélve az információforgalmazás akkori rövidzárlatairól. Hoppe-Seyler annyira kételkedett az eredményben, hogy csak 1871-ben engedte közölni, miután saját maga is megismételte a kísérleteket.
A nukleinsav elnevezést húsz évvel később, 1889-ben Richard Altmann vezette be. A századforduló táján világos volt már, hogy a nukleinsavak minden élő sejtben, tehát a növényi és állati sejtekben egyaránt jelen vannak. Piccard, Neumann, Steudel, Levene, Ascoli és főként a biokémikus Arbrecht Kossel révén ismertekké váltak építőköveik is: a nitrogénbázisok (adenin, guanin, citozin, uracil és timin), egy öt szénatomos (pentóz) gyűrűs cukor és a foszforsav. Levene és Jones kimutatta, hogy két alapvető nukleinsav-féleség létezik: a timusznukleinsav és az élesztőnukleinsav, az előbbi elsősorban az állatvilágban (különösen a borjú csecsemőmirigyben, ahonnan nevét is nyerte), az utóbbi főként a növényvilágban. Ma már tudjuk, hogy ezek a régebbi elnevezések a dezoxiribonukleinsavat (DNS) (a dezoxiribóz cukorkomponenstől), illetőleg a ribonukleinsavat (RNS) (a ribóz nevű pentóztól) fedték, és hogy mindkettő egyaránt előfordul minden élő sejtben: a DNS a sejtmagvakban (és a citoplazma mitokondriumaiban és kloroplasztjaiban), az RNS főként a citoplazmában (bár a sejtmagban keletkezik).
A sejtmagból izolált nukleinsav-fehérje komplexumot Wilson, Delage, Kölliker és Sachs még a múlt század utolsó évtizedében az öröklődés fizikai alapjával asszociálták. Ennek ellenére a nukleinsavak információhordozó makromolekulákként való felfogása hosszú ideig meddő maradt.
A fordulatot Avery, MacCleod és McCarty 1944-beli felfedezése jelentette: kimutatták, hogy a DNS örökletes tulajdonságokat irányít, és lehetséges, hogy az öröklődés vegyi és fizikai alapjául szolgál (ők ezt „transzformációs princípiumának nevezték, ugyanis egy bizonyos fajta baktériumot DNS-kivonattal sikerült egy másikká átalakítani. Óriási horderejű felfedezésük sajnos – ámbár nem épp oly hosszú időre, mint a Mendelé – nem talált visszhangra. Tiselius professzor (a Nobel Bizottság tagja) és mások többször kifejezték sajnálkozásukat, hogy Avery eddig nem kapott Nobel-díjat, mostanában pedig valóságos „népszerűsítési” kampány folyik érte. De hát ritka az az eset, amikor valamely tudományos felfedezés akár pillanatnyi (hát még távlati!) jelentőségét azonnal felismernék és értékelnék. Lám, a tudomány nemcsak a ráció tiszta szintjén zajlik, hanem csupán az érzéklés és a lélek útvesztőin való átvergődés után jut az őt megillető helyre; igenis létezik a tudomány lélektana, a The Psychology of Science (A. H. Maslow, 1966), mely kiegészíti a kutatás racionális arculatát. Kétségtelen, hogy Avery és munkatársai felfedezésének méltatásában nagy gátat jelentett a tudományos körökben akkortájt eluralkodott előítélet, amely szerint a biológiai fajlagosság hordozói a fehérjék. (A Nature ez évi egyik januári száma külön cikkben foglalkozik – éppen Avery munkája kapcsán – azzal, hogy milyen zegzugos utakon válik végül is egy tudományos felfedezés valóságos ismeretté.)
AZ ARANYKOR: A MODERN MOLEKULÁRIS BIOLÓGIA KORA
Az átöröklődés kémiai alapjaira vonatkozóan R. Lankester 1871-ben a következő profetikus megsejtését fejtette ki a még ma is megjelenő Pflügers Archivben: „A különféle állat- és növényfajok közötti vegyi különbségek minden bizonnyal éppoly jelentősek eredetük tisztázásában, mint a formájukbeli különbségek. Ha világosan meg tudnánk határozni a különféle szervezetek vegyi, felépítésbeli és működési különbségeit, úgy könnyebben érzékelhetnénk a fejlődés profilját, semmint a morfológiai (alaktani) becslésekből tehetjük.”
Megemlítünk még egy jelentős mozzanatot az 1944 és 1953 közötti időszakból: 1952-ben Alfred Hershey és fiatal tanársegédje, Martha Chase – mindketten a molekuláris genetikában jelentős szerepet játszó amerikai Bakteriofág Csoport tagjai – radioaktív nyomjelzéses módszerrel igazolták, hogy amikor egy bakteriofág „megfertőzi” a gazdabaktériumot, csak a DNS-ét juttatja be, tehát a DNS hordozza az öröklődési információját.
Nem kell itt részletesebben kitérni a kettős hélix közvetlen történetére, hisz Watson tollából megjelent egy „személyes beszámoló” könyv formájában, amelyet magyarra és románra is lefordítottak (lásd A Hét ez évi 26. számát); annyit jegyzünk meg csupán – több recenzenssel összhangban –, hogy e „beszámoló” értékét érzékelhetően csökkenti (sőt magát a könyvet ellenszenvessé teszi) a mértéktelen személyeskedés.
Az amerikai J. D. Watson és az angol F. H. C. Crick határkövet jelentő két írása („Egy szerkezet a DNS-re” és „A DNS szerkezetének genetikai velejárói”) 1953-ban jelent meg a Nature-ben. A modell szerint a dezoxiribonukleinsav molekulát kettős csavarvonalban összefonódó polinukleotidláncok alkotják. A szerzők már első, a Nature-hez írt levelük végén megjegyzik: „Nem kerülte el figyelmünket, hogy az általunk posztulált specifikus porosodás (ti. a két hélix között) közvetlenül sugalmazza az öröklődési anyag egy lehetséges másolási mechanizmusát”, majd a második levélben világosabban kifejtik, hogy a DNS-molekula – szerkezete révén – képes önkatalitikus szerepet játszani a két egymásra csavarodott lánc szétválásában, ami tulajdonképp a sejtosztódás alapját képezi, ugyanis a különvált láncok a tökéletes komplementaritás (kiegészítés) elve értelmében újra képesek építeni másik két – az eredetivel azonos – kettős hélixet. Ez volt az első meggyőző molekuláris magyarázata az élő szervezetek önreprodukciójának (más szóval: szaporodásának), az örökletes elemek utódokba való „átszállításának”. Végül következett a híres központi tétel („Central Dogma”), mely kiszélesítése, magyarázata és doktrína-erőre emelése a korábbi (G. W. Beadle, 1946) „egy gén, egy enzim”, illetőleg „egy gén, egy funkció” hipotézisnek. A központi tétel szerint a DNS alapként szolgál, amelyről az öröklődési információ „átiratik” az RNS-be, majd az ebben rejtjelezett információt a citoplazma molekuláris gépezete „lefordítja” a fehérjék nyelvére. A tétel szerint ez az információáramlási irány sohasem fordított. Az első alapos bírálat a centrális dogma címére 1968-ban érkezett Barry Commoner részéről, aki elég kihívó címet adott írásának: A Watson–Crick elmélet kudarca az öröklődés kémiai magyarázásában; gondolatmenete trónvisszaszerzési kísérlet a fehérjék számára. Még súlyosabb megpróbáltatást jelentettek a központi tételre nézve az onkogén (rákkeltő) vírusok kutatásának eredményei: ezek a vírusok behatolva a sejtbe, RNS-ük irányításával egy olyan enzimet termelnek ki, amely a maga során egy új DNS szintézisét képes irányítani; tehát itt a következő, a dogmától eltérő sorrenddel állunk szemben: RNS – fehérje – DNS! Megdőlt volna a tétel? Nem! Crick a felfedezésre még ugyanabban az évben (1970) válaszolt a Nature hasábjain a Central Dogma of Molecular Biology (Defended), azaz a Molekuláris biológia központi tételének védelmében című cikkében.
A molekuláris biológia Crickék nyomán éppolyan mítoszt keltett a tudományban, mint Einstein relativitáselmélete annak idején (azzal a különbséggel, hogy ráadásul sokkal hozzáférhetőbb volt, mint amaz). A tudományos divathóbort berkeiben – hozzáértők és pancserek – jóízűen csámcsogtak a divatos csemegén. Olyannyira megnyerő volt ez a tudományos terület, hogy számos rokon és kevésbé rokon szakterület „munkásainak” eldorádójává vált, ahová matematikusok, fizikusok, vegyészek, orvosok, pszichológusok a „nagy felfedezés” reményével özönlöttek (Francis Crick az Of molecules and men-ben említést tesz egy cambridge-i egyházfőről, aki szerint „léteznie kell valamely elbűvölő összefüggésnek a DNS és a parapszichológia között”). Kétségtelen, hogy e mellékízek ellenére a molekuláris biológia alaposan megmozgatta az általános tudományos vérkeringést: határtudomány lévén hamar gyökeret vert más tudományágak talajában is, és életre keltett új határtudományokat: molekuláris biokémia, molekuláris biofizika, molekuláris genetika, molekuláris kortan, molekuláris gyógyszertan, molekuláris gerontológia, molekuláris immunológia, molekuláris neurobiológia és pszichobiológia (vagy ahogy egyesek bátrabban – de talán kevésbé találóan – nevezik: molekuláris pszichológia), molekuláris filogénia vagy taxonómia (törzsfejlődéstan v. osztályozástan); ezen kívül az általános tudománymódszertan es tudományfilozófia számára újabb fejezettel bővítette a redukcionista metodológiát.
A TÁVLATOK
Sokan próbálkoztak, reálisan vagy éppenséggel álmokkal telítve, felmérni a molekuláris biológia jövőjét. Crick persze ezek közül sem hiányozhat; a névsorba a Molekuláris biológia 2000-ben című írásával (Nature, 1970) iratkozott be. Max Delbrück 1908-ban A molekuláris biológia következő fázisa című cikkében a kettős hélix „egydimenziójú molekuláris biológiája” (ahogy ő nevezi) helyett a várakozással ellentétben nem a háromdimenziós molekuláris biológiát jelöli meg mint a jövőben várhatót, hanem a membránok (sejthártyák és a sejtorganellumok felületei) kétd imenziós molekuláris biológiáját. Érveléséből szemmel láthatólag „kilóg” fizikusi-matematikusi előképzettsége: idézi a matematikus Pólya Györgyöt, aki még 1921 ben kimutatta, hogy szabad térben a véletlenszerű (összevissza) mozgás során egy adott célponttal való találkozás akkor vehető biztosra, ha az egy vagy két, nem pedig három dimenzióban történik; zárt tér esetén így fogalmazhatunk; ha azt akarjuk, hogy egy molekula diffúzió útján elérjen a háromdimenziós tér egy megadott helyére, úgy gazdaságos az illető célpontot beágyazni egy membránba, amelyet a molekula egész biztosan elér és e kétdimenziós membrántérben nagyobb valószínűséggel ütközhet a célponttal.
A molekuláris biológia távlati felmérésében elsőrendű haszonélvezőként az ember áll. Kezdve azzal, hogy a genetika révén egyre nagyobb tej- és húshozamú állatfajtákat és még bővebb terméshozamú gabonafajtákat választhatunk ki, ami megoldja az emberiség egyik elsőszámú kérdését: a táplálkozást, folytatva azzal, hogy belátható időn belül közvetlen „molekuláris sebészi” beavatkozást eszközölhetünk a veleszületett kórokok megszüntetésére, az ember genetikai potenciáljának feljavítására (szemben J. Monod bestselleri pesszimizmusával a Le hasard et la nécessité című, 1970-ben megjelent könyvében), sőt a szellemi képességek és a lelki beállítottság szabályozására is.
Persze gyakorlati kivitelezésükben a dolgok nem ilyen egyszerűek. Meg kell említenünk a Nobel-díjas Marshall Nirenberget, aki már 1967-ben meghúzta a vészharangot az Elő fogjuk-e állítani a társadalmat? című, a Science-ben megjelent cikkével: előreláthatólag technikailag ezeket a lehetőségeket még azelőtt elérjük, mielőtt kidolgozhattuk volna a rájuk vonatkozó jogszabályozási vonatkozásokat. Megtanultuk már – az atomenergia felszabadításának fájdalmas leckéjéből –, hogy a tudomány kétélű: állhat a jólét, bőség és egészség szolgálatában, de „csilloghat” a hirosimaihoz hasonló pusztítóan vakító fénnyel is. Remélnünk kell, hogy a „molekuláris biológia időzített bombája” (G. R. Taylor) nem fog robbanni, s a molekuláris biológia segítségével az emberiség megszabadul a rák, a torzszülöttek, elmebaj és az éhség átkaitól.
Megjelent A Hét III. évfolyama 38. számában, 1972. szeptember 22-én.
